Unidad 1. El origen del universo y de la vida

1. El origen y la evolución del universo2. El ser vivo y la vida3. El origen de la vida y de los primeros organismos

1. El origen y la evolución del universo

El universo es el conjunto de toda la materia y energía existente y el espacio en el que se encuentran.

Antigüedad del universo: 13 700 millones de años.

Dimensiones del universo observable:46 000 millones de años luz.

Estructura del universo:• Galaxias.• Nebulosas.

Composición del universo:

Teoría de la relatividad

En el universo no se puede distinguir:

• Si un cuerpo está en reposo absoluto o moviéndose con una velocidad constante.

• Entre un cuerpo en movimiento acelerado y otro que esté sometido a un campo gravitatorio.

Consecuencias de la teoría de la relatividad

• El tiempo absoluto no existe, ya que la duración de un suceso depende de la velocidad del sistema en el que se realiza.

• El espacio y el tiempo constituyen una misma realidad, denominada espacio-tiempo.

• La masa y la energíason dos aspectos de una misma realidad física. E = m · c2

• La luz está constituida por quanta de energía luminosao fotones. Albert Einstein (1879-1955).

Teoría de la gran explosión (Big Bang)

El universo se originó a partir de una gran explosión de singularidad inicial.

Se separan la fuerza electromagnética y la fuerza débil.Se unen los quarks para formar protones y neutrones.10-12 s

Se separa la fuerza de interacción nuclear fuerte.Se forman las partículas elementales (quarks y leptones).El universo se hizo homogéneo y plano.

10-32 s

El universo empezó a enfriarse y a dilatarse a una velocidad superior a la de la luz.Se separa la fuerza gravitatoria.

10-43 s

Evolución del universoDespués

de…

Se formaron las primeras galaxias y estrellas. 200 m. a.

Se formaron los primeros átomos de hidrógeno y de helio.Los fotones se dispersaron y recorrieron grandes distancias (radiación de fondo).Los fotones, al separarse de la materia, originaron la luz.El universo se hizo transparente.

1013 s

Los protones y neutrones formaron núcleos de helio.El universo se hizo oscuro (opaco).102 s

Una gran cantidad protones y de neutrones chocaron entre sí transformándose en energía.10-6 s

Evolución del universoDespués de…

Teoría del estado estacionario o de la creación continua

• El universo es uniforme en todo el espacio y no varía en el tiempo.

• Aunque el universo se expande, su densidad se mantiene constante gracias a que continuamente se está creando nueva materia.

Vía Láctea.

Teoría del Big Bang y teoría del estado estacionario

El debate entre los seguidores de estas teorías se decantó hacia la teoría del Big Bang debido a los siguientes descubrimientos:

• La distribución de las radiofuentes celestes.• Los cuásares.• La radiación de fondo.• La proporción de átomos de hidrógeno y helio.

Imagen de la radiación de fondo.

Evolución futura del universoSe han propuesto dos posibles modelos:• Universo abierto. En expansión indefinida. Se considera

el modelo más acertado.• Universo cerrado. Sucesivas expansiones y

contracciones (universo pulsante).

Galaxia Andrómeda.

La forma del universo

Su densidad debería ser igual a la crítica.Universo cerrado y finito.

Su densidad debería ser inferior a la crítica.Universo abierto.

Su densidad debería ser superior a la crítica.Universo cerrado y finito.

Formación del sistema solar

1. Contracción de la gran nebulosa inicial.

2. Formación de una estrella o protosol.

3. Formación de los planetas del sistema solar.

Teoría de la tectónica global o de placas

• La litosfera está fragmentada en placas tectónicas o litosféricas.• Las placas se generan por las corrientes de magma que ascienden a

la superficie.• El movimiento de las placas origina cordilleras, seísmos y volcanes.

2. El ser vivo y la vida

Los seres vivos son capaces de realizar las tres funciones vitales: nutrirse, relacionarse y reproducirse.

• Actúan espontáneamente y con una cierta intencionalidad.• Son seres muy complejos.• Están constituidos por una o más células.• La información biológica sobre su anatomía y su fisiología se haya en los ácidos nucleicos.

• Mantienen relativamente constante su medio interno (homeostasis).

3. El origen de la vida y de los primeros organismos

Teoría de la generación espontánea

Según esta, algunos seres vivos podrían originarse a partir de materiales inertes, como el barro, el sudor, la carne en corrupción, etc.

Pasteur demostró experimentalmente que «todos los seres vivos proceden de otros seres vivos» y que la generación espontánea no se producía.

Experimento de Pasteur

Teoría de los coacervados• Composición de la atmósfera primitiva: H2, H2O, amoniaco (NH3),

metano (CH4).

• Formación del caldo primitivo: moléculas orgánicas pequeñas (monómeros).

• Combinación de monómeros para formar polímeros.• Unión de polímeros para constituir los coacervados.• Oparin propuso que los coacervados debían de ser los

precursores de los seres vivos en la Tierra.

Síntesis de materia orgánica sencillaExperimento de Miller

• Miller simuló en un matraz las condiciones que se suponía tenía la atmósfera primitiva.

• En el recipiente se formaron moléculas orgánicas sencillas, como glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos.

Síntesis de materia orgánica complejaExperimento de Fox

• Fox simuló las condiciones de las zonas volcánicas próximas al mar de la Tierra primitiva.

• Introdujo en un horno una porción de lava con una mezcla de 18 tipos de aminoácidos y los mantuvo a 170 ºC durante unas cuantas horas.

• Obtuvo proteinoides termales (polímeros similares a las proteínas), que formaban pequeñas gotitas (microesferas). Estas podrían captar energía del medio externo y dividirse.

Síntesis de ácidos nucleicos Hipótesis de Joan Oró

Oró concibió que el primer ser vivo debió de originarse a partir de la acción conjunta de cinco macromoléculas:

• Un protorribosoma, estructura que sintetiza las proteínas.

• Una protoenzima.

• Un proto-ADN o un proto-ARN, con la información biológica y capacidad de autoduplicarse.

• Un proto-ARN de transferencia.

• Una membrana.

Hipótesis actuales sobre el origen de la vida

Primero se originaron los cristales de los minerales de la arcilla; luego, las enzimas; posteriomente, las membranas y, finalmente, los genes en forma de ARN.

Hipótesis de Cairns-Smith o de los cristales de arcilla

La primera molécula de ARN se formó a

partir de nucleótidos sueltos.

Primero aparecieron los genes en forma

de ARN; luego, las enzimas y, por último,

la membrana plasmática.

Hipótesis de Eigen o del ARN primitivo

Los componentes de protobionte que primero se formaron fueron las membranas; luego, los coacervados; después, las proteínas enzimáticas y, por último, los genes.

Hipótesis de Oparin actualizada

Hipótesis del origen de la célula eucariota

• Hipótesis de la compartimentación.• Hipótesis de la endosimbiosis.

Esquema de aparición de los seres vivos