Tema 1.- Nuestro lugar en el universo

EL MÉTODO CIENTÍFICO

Método que siguen los científicos en sus investigaciones, para descubrir la verdad y solucionar problemas. Este es el que siguen las ciencias exactas.

Las ciencias exactas son repetibles porque siguiendo el mismo método se llega al mismo resultado o conclusión  Existen 3 tipos:

• Puras: acumulan conocimientos sin finalidad; descubrir cosas (biología, física, astronomía...)
• Aplicadas: aplican los conocimientos de las ciencias puras (agricultura, ganadería, medicina, astrofísica)
• Instrumentales: sirven de instrumentos para otras cosas (matemáticas)

La primera persona que menciono el método científico y escribió un libro sobre ello fue Descarte s.XVII "Discurso del método". Recopilo la experiencia metodológica de los científicos anteriores.

El método científico se utiliza como un continuo, sin fases; pero aquí los vamos a explicar por fases:

 1. Detección del problema (¿a qué se lo vamos a aplicar?):

Ej: mov.epirogénicos

 2. Bibliografía (conocimiento profundo del tema): 

estudia todas las publicaciones anteriores. evita que intentemos descubrir algo que ya está descubierto y no cometer errores.

Ej: mov.estáticos: cambios en el nivel del mar causados por las glaciaciones.

 3. Desechar los aspectos no esenciales del tema que no determinan o tengan que ver con la solución.

Ej: composición de las rocas del continente (+densidad = +nivel del mar)

 4.Obtención de datos:

En ellos esta la solución. 2 formas de obtención:

-         Obtención directa e inteligente (de la naturaleza) sólo por observación.

-         Experimentación: situación deliberadamente planeada que se asemeja a la naturaleza pero cuyas variables puedo modificar y sus conclusiones son aplicables a la naturaleza (debe haber un nº de datos estadisticamente suficiente para que sea fiable.

 5. Hipotesis:  forma más fácil de describir los datos, lo que tienen en común y la relación que hay entre ellos. Son siempre provisionales.

Se pueden expresar de 2 formas:

-         Con enunciados breves (ej: “los seres vivos están formados por células”, “la materia está fomada por átomos”).

-         Fórmulas (ej: química P= m · g).

 6. Comprobación de la hipotesis. Se trata de comprobar la hipotesis definitiva comparandola con nuevos datos.

 7. Teoría o Ley natural: la hipotesis comprobada se hace definitiva

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 EL ORIGEN DEL UNIVERSO Y NUESTRO PLANETA

A principios del s.XX se pensaba en un universo eterno (siempre había existido) Nadie pensaba que había aparecido en un instante, ni si quiera A. Einstein con su teoría de la Relatividad. En 1929 E. Hubble descubrió la forma de medir la distancia de las galaxias. Con sus datos mostró que las galaxias se alejaban de nosotros, y que cuanto más lejos estaban, eran más frías y se alejaban con más rapidez. Parecía que una fuerza que contrarrestaba la atracción gravitatoria estuviera dispersando las galaxias. Con ello se llego a la conclusión de que si el universo es cada vez más frío, difuso y grande, anteriormente, toda la materia y la energía del universo estuvo en un punto más denso, caliente e inestable = huevo cósmico

De ahí surgió una gran explosión: “el Big-Bang”; con la que se originó toda la materia, energía, espacio y el tiempo del universo.

1. Pruebas del Big-Bang

-         el universo en expansión

-         la gran cantidad de helio que hay en el universo (mucho más de lo que se puede formar en una estrella) lo cuál predice que el helio se formó entre 3 y 17’ después de la explosión debido a la altísima temperatura alcanzada (más que la de las estrellas).

-         Gamow en 1948, radiación cósmica de fondo. Calculó que tras la potentísima explosión debió quedar un eco luminoso (resplandor) luz (rayos X, rayos uva, luz visible, infrarrojos, microondas...).

Resumidamente en 20’ se creo la materia, energía, espacio y tiempo.

2. Composición del universo y formación de las estrellas

20 minutos después de la explosión las temperaturas altísimas (que ni en las estrellas) hicieron que se formasen los átomos más sencillos y más abundantes del universo (70%), el hidrógeno (H= 1protón + 1neutrón + 1electrón) también se formó el helio (25% del universo; He= 2protónes + 2neutrones + 2electrones) el litio (Li= 3protones + 3neutrones +3electrones) y el berilio (Be= 4protones + 4neutrones + 4electrones).

Los demás tipos de átomos se formaron en las estrellas. Se formaron nebulosas de hidrógeno, helio, litio y berilio, posteriormente alejándose unas de otras y formando a partir de ellas las galaxias.

Dentro de cada nebulosa, se formó la masa de los átomos y con ellos aparece la gravedad, que es la fuerza con la que se atraen las masas. La gravedad es la fuerza fundamental del universo, que dará origen a las estrellas, satélites, cometas, asteroides, planetas....Todas las estrellas van acompañadas de sistemas planetarios.

*Formación de un sistema planetario.

Se originan de una nebulosa. La concentración de la gravedad  la repulsión de las estrellas cercanas hace que la nebulosa empiece a girar. El 99% de la nebulosa se concentra en el centro (la estrella) y el 1% en órbitas ecuatoriales alrededor del centro (los planetas y satélites). A este proceso se le llama acreción gravitacional.

Tras este proceso aumenta la masa y la temperatura en el centro de la nebulosa permitiendo la fusión atómica (H fusiona con otro átomo de H= átomo de He) que es la que produce la energía solar (unión de átomos pequeños para formar otro más grande). Ésta la desprenden todas las estrellas.

3. Las galaxias

Las galaxias son conjuntos de cientos de miles de estrellas acompañadas de planetas, satélites, cometas y asteroides, que todos juntos, forman un sistema planetario.

Hay varios tipos de galaxias:

-         elíptica

-         espiral

-         lenticular

-         irregular

*Origen de un sistema planetario (el sistema solar)

un sistema planetario se forma al mismo tiempo y del mismo modo que su estrella (acreción gravitacional).

En la nebulosa, los átomos procedentes del big-bang y por los átomos más pesados procedentes de la explosión de otra estrella anterior se concentran mayoritariamente en el centro debido a la gravedad. Esto produce un movimiento elíptico que a su vez produce una fuerza centrífuga, causando el achatamiento de la nebulosa y dejándola con forma de disco, más denso en el centro y una serie de anillos a su alrededor.

En estos anillos se forman remolinos de materia por la acreción gravitacional, llamados planetisimales, en los que se forman los planetas, cometas, satélites, meteoritos...

Inicialmente están incandescentes debido a la temperatura alta de la acreción, y se enfría finalmente hasta la actualidad. Una de sus consecuencias es la composición y densidad de la corteza, manto, núcleo de la Tierra (antes eran fluidos) y otra es el calor interno de la Tierra (tras 4500 millones de años de su origen). Que siga aun caliente es porque hay rocas que están aun calientes y hacen de aislante térmico. Pero éste calor fluye a la superficie provocando gradientes térmicos 3ºC/ 100m, volcanes, sismos, cordilleras, movimientos terrestres...

Los planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra, Marte): dieron lugar a ellos el escape de los átomos más ligeros que se daban cerca del sol. Son muy densos, pequeños y sólidos.

Los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Uranio, Neptuno) son ligeros ( átomos poco densos), grandes y gaseosos.

Tras la formación del Sol, se produjo un viento solar. Arrastró todos los fragmentos que estaban sueltos: los asteroides (“planeta que no llegó a cuajar entre Marte y Júpiter”, por las perturbaciones gravitatorias del gigante Júpiter; en su lugar hay un mar de asteroides). Estos fragmentos chocaban contra los planetas (la luna se formó así) produciendo las inclinación del eje de rotación y la rotación de Venus. Todo esto (choques, rotaciones, viento solar) enriqueció a los planetas con H2O, C, N, D, ...esenciales para la vida.

EL ORIGEN DE LA VIDA

1.    La Tierra, atmósfera, océanos primitivos y la vida.

La Tierra hace 4.500 millones de años era un planeta semifundido que se originó de la misma manera que el Sol; de una nebulosa mediante el proceso de acreción gravitacional que generaba una temperatura tan alta capaz de fundir el Fe (hierro) pero no lo suficiente como para fundir el H (hidrógeno) y “encender” como una estrella. Al finalizar la acreción, cesó el bombardeo de materia y se enfrió.

Hace 4.000 millones de años la temperatura bajó tanto que se condensó todo el vapor de agua (procedentes de vulcanismo que era muy abundante y de los impactos de los cometas “hielo sucio”) ocupando el agua líquida todas las depresiones de la Tierra formando los océanos primitivos.

La Tierra tiene todas las condiciones idóneas para la vida:

La distancia del Sol permite una temperatura compatible con la vida y tambien permite el ciclo de agua (puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso) a lo que la vida esta unida para su existencia.

*Atmósfera primitiva

Era muy diferente a la actual, era reductora, y ahora es oxidante (tiene mucho hidrógeno y poco oxígeno). Estaba formada de Hidrógeno, metano, sulfuro de hidrógeno, amoniaco y vapor de agua (NH3, H2, CH4, SH2, vapor de H2O) procediente de los gases volcánicos. Era una atmosfera muy energética. Tenía más temperatura debido a los fenómenos meteorológicos tan violentos que había . Estos producieron el calentamiento global (los rayos,, las erupciones, los volcanes...). Los rayos UVA psaban todos a la Tierra porque no había oxígeno ni ozono (hoy en día deja pasa algunos rayos UVA que son los que provocan el cáncer en la piel). Tras unas “lluvias” de una atmosfera energética caen unos monomeros en el mar. Miller lo comprobó en su experimetno en el que reprodujo la atmósfera reductora (con los mismos gases) en un laboratorio y tras unas descargas electricas comenzó a caer una “lluvia” de monómeros.

MACROMOLÉCULAS están formadas por POLÍMEROS están formados por MONÓMEROS

La atmósfera primitiva: - monómeros

                                      - ácidos grasos

                                      - monosacaridos

                                      - aminoácidos

Para que aparezca un s.vivo tiene que haber una membrana lípida para que separe lo de adentro de lo de fuera.

Después pasaría que una membrana capaces de realizar reacciones químicas, ésta membrana envolvería unos ácidos nucleicos capaces de expresarse en proteínas que realizan reacciones químicas independientes del medio (autónomas)

El primer ser vivo era una Bacteria exactamente igual que las de actualmente. Ésta se alimentaba como un animal; eran Heterótrofas. Comía de la materia orgánica proveniente de la sopa primigenia por fermentación sin oxigeno.

Llega un momento que deja de producirse materia orgánica (empiezan a escasear las condiciones de formación de los Monómeros orgánicos en la atmosfera) por ello da lugar a escasez del alimento. Esto creó la primera crisis energética.

En consecuencia de la escasez de alimento aparece una selección natural, y ella aceleró la aparición de un nuevo microorganismo (otra bacteria) con una nueva habilidad metabólica, consistía en la capacidad de fabricar su propia materia orgánica como alimento; es decir, había empezado a darse la Fotosíntesis.

Esto aseguró la perpetuación de la vida sobre la tierra

* La fotosíntesis, inventada por la bacteria, la realizaban cojiendo:

      CO2 + SH2 + SALES + LUZ = Monómeros y no se producía O2, sino, S.

* Sin embargo, la fotosíntesis utilizada en la actualidad es:

      CO2 + H2O + SALES + LUZ = Monómeros + O2 (Algas cianofíceas)

En la fotosíntesis se fabrican los Monómeros.

La aparición de la fotosíntesis reciente tubo una consecuencia importante: producir oxigeno.

El oxigeno de la atmosfera es de origen orgánico (el 20% de aire es oxigeno)

El Ozono nos protege de los rayos ultravioletas, asi que hasta que este no se creó la vida no sale del agua.

Al aparecer el oxigeno se acelera la selección natural

         Ej.: 1ª Célula: No O2 (oxigeno tóxico)

                                      “anaerobios”

Al aparecer el oxigeno  el microorganismo es capaz de vivir con oxigeno AEROBIO, el oxigeno lo aprovechaba para realizar la respiración celular para la obtención de energía.

LOS SERES VIVOS Y SUS CARACTERÍSTICAS

1.    ¿Qué es un ser vivos?

No hay definición sobre los seres vivos. Tienen unas funciones vitales:

-         Función de nutrición: capacidad que tenemos los seres vivos en tomar materia y energía del medio y transformarlos en materia propia y energía para funcionar.

-         Funciones de relación: es la capacidad de captar estímulos (cambios ambiente fuera y dentro) y responder (movimiento).

-         Funciones de reproducción: capacidad de producir descendencia.

-    Somos autónomos (se valen por sí mismo)

-    Su composición química es exclusiva y extraordinaria. Agua(H2O): 70% de nuestar composición y el resto que se llama peso seco, de materia orgánica, que solo la tienen los seres vivos, la materia del resto del mndo es inórganica, formada por móleculas muy pequeñas (los minerales: cualquiera desearia ser cristalino, tienen la mayor complejidad).

La materia orgánica está formada de moléculas muy grandes (millones de átomos foman una macromolécula) Todas las moléculas orgánicas so llamadas polímeros, que estan compuestos por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Monómeros à   Polímeros à   Macromoléculas  à  Mat.orgánica

Monosacaridos--Glúcidos               (son estructural y morfologicamente

Ácidos grasos----Lípidos                   extraordinariamente complejos

Aminoácidos-----Proteínas                 comparados con un mineral) 

Nucleóticos------Ac.nucleóticos      *tienen ordenación interna y forma

-         Todos están formados por células: unidad estructural y funcional de los seres vivos.

-         Somos maquinas que funcionamos con una reacción química A+BóC. El conjunto de reacciones se llama metabolismo.

*Excepciones en todas las carcterísticas de los seres vivos: el virus.

No tienen nutrición. Son mucho más sencillos: no son autonómos (son parasitos obligados). No tienen metabolísmo.

LA EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES

Hasta finales del s.XIX la mayoría de los científicos consideraban que la vida y todos los seres vivos habían sido creados por “Dios” llamado creacionismo (creo la vida y las especies); pero si hubiera creado las especies debería de existir el fijismo (permanecerían todas las especies iguales).

A finales del s.XVIII, el estudio de los fósiles entraba en contradicción con el fiismo. Las especies antiguas existían antes y las actuales no.

A finales del s.XVIII Erasmus Darwin y Lawarck fueron los primeros en sugerir que las especies pueden cambiar y adaptarse; pero no fueron capaces de descubrir el mecanismo pero Charles Darwin sí:

Tras un viaje que duró desde 1831-36 en el barco Beagle descubrió q en lo alto de la cordillera de los Andes habían fósiles marinos. Esto le hizo pensar que cambios geológicos tan importantes afectó a los seres vivos haciéndoles cambiar. Se llevó el libro “principios de geología” de Charles Lyell; en el calculó científicamente la edad de la Tierra, la extinción de las especies y explicaba los lentos procesos geológicos (formación cordilleras y océanos).

Esta información más la comparación de las distintas especies de pinzones (aves) de las islas galápagos tras su aislamiento; habían evolucionado de forma distinta en una y otra isla dependiendo del medio.

1838 “Ensayos sobre la población” obra de Malthus:

“La población humana crece a mayor ritmo que la producción de alimentos”….van a escasear los alimentos y provocará una gran mortandad entre los seres humanos.

Selección natural: escasez de alimentos, escasez de espacio, depredadores, los cambios ambientales (glaciaciones), grandes cambios geológicos (cordilleras)….

¿Cómo funciona la selección natural? 
Favorecen a los que tienen una característica ventajosa dentro de una población (conjunto de individuos de la misma especie que viven en el mismo lugar).

Favorece la reproducción de los mejor adaptados y se transmiten a la siguiente generación; a los que no los favorece no los mata físicamente sino que dificulta su reproducción “muerte reproductiva”.

LA SELECCIÓN NATURAL

Favorece a los mejores adaptados al medio facilitando su reproducción, transmitiendo sus características  a la descendencia. Los adaptados quedan condenados a desaparecer (extinción por muerte reproductiva). La selección natural elige y actúa sobre lo que ya hay en las poblaciones.

Darwin en su libro publicado en 1859 “ El origen de las especies” decía que la selección natural de las especies cambia lenta y progresivamente hasta formarse una nueva especie.

Darwin descubrió el mecanismo de la evolución (selección natural), pero no descubrió como aparecían las características ventajosas (el motor).

Mendel  “padre de la genética”, era coetáneo de Darwin (vivía en el mismo tiempo) encontró en la genética “las leyes de la transmisión de los caracteres biológicos” 

Darwinismo: teoría de la evolución. Cualquier ser vivo tiene antecesores comunes a los demás.

Mendel se metió a monje y quiso estudiar. Estudio 3 carreras; matemáticas, biología y física. Durante este tiempo adquirió una gran habilidad para manejar conceptos. Los caracteres biológicos son todas las características biológicas en las que se puede separar a un ser vivo (color pelo/piel, peso, estatura...). Como Mendel era campesino, sabia cultivar guisantes (1 generación al año) y con ellos probo como se pasaban las características de una generación a otra. El guisante tiene dos sexos, pero tiene la flor cerrada. Esta planta se autofecunda. Mendel hacia la autofecundación o de forma cruzada artificialmente. Mendel siguió un carácter de generación en generación por separado. Eligió 8 caracteres:

   • Forma de la semilla: lisa/rugosa

 • Color de la semilla: amarilla/ verde

 • Altura de la planta: alta/ baja

 • Color de la flor: rosa/ roja

Poner enlace de  esto

Tras este experimento descubrió que se llegan a formar todas las combinaciones posibles.

*La explicacion genetica

1.¿Cómo aparecen las adaptaciones?

El Darwinismo es universalmente aceptado por los científicos porque es el que mejor explica el mecanismo de la evolución y los conocimientos de la genética de poblaciones.

2.¿Qué cambia de una generación a otra?

Las frecuencias alélicas de una generación a otra, que tiene como resultado la evolución.

La evolución es el cambio en las frecuencias alélicas

3.¿Qué produce las frecuencias alélicas?

- La selección natural: favorece a un alelo, cambiando su frecuencia.

- Las mutaciones: cambio brusco de los genes. Estas suelen ser perjudiciales. Será hereditaria. Algunas pueden ser beneficiosas y producen evolución.

- Las migraciones: se mezclan distintas frecuencias alélicas y se produce una nueva población con frecuencias alélicas distintas de los dos.

- La deriva genética: ocurre en pequeñas poblaciones aisladas, porque solo se cruzan entre sí. Varían las frecuencias alélicas al azar.

Estos cambian las frecuencias alélicas produciendo cambios graduales en las especies  que cuando se acumulan con el tiempo  y terminan por formar una especie nueva (especiación).

La especiación

La acumulación de cambios en la frecuencias alélicas producen (sin son beneficiosos) una nueva especie.

Especie: son individuos semejantes; con características  semejantes capaces de cruzarse entre sí produciendo descendencia fértil. Es la categoría fundamental de los seres vivos. Podemos encontrar cruces: yegua + burro = mulas (no pueden tener descendencia, son esteril; por lo tanto no es una nueva especie).

El aislamiento es la condición para la formación de una nueva especie.

2 evidencias de aislamiento:

- Una especie se divide en 2 poblaciones por una barrera geográfica infranqueable. Ej: cordillera/ océano. Dejan de intercambiar genes y van acumulando deferencias hasta que aparece un asilamiento reproductivo llamado especiación alopátrica.

- Especiación simpátrica: esta ocurre cuando en una especie ciertos individuos se adaptan a distintos/ nuevos factores ambientales acumulando diferencias hasta llegar al aislamiento reproductivo.

Asín se han formado todas las especies, partiendo de otras que proceden de otras más antiguas. Todas tienen antecesores comunes.

El 99% de las especies que han existido en la Tierra han desaparecido. Una especie vive entre 1-10 millones de años. Actualmente se conoce la existencia de 2 millones de especies y se calcula que hay decenas de millones de especies que no se conocen.

En la historia de la Tierra se conocen por los fósiles que ha habido grandes extinciones debidas a los fenómenos  catastróficos.

• Pérmico (hace 250 millones de años) Hubo un gran cambio climático. El 95% de las especies desaparecieron.

• Cretácico (hace 150  millones de años) La caída de un meteorito en el Golfo de México provocó una gran explosión que levantó una gran nube de polvo que cubrió durante meses la luz del sol, dejando la Tierra a oscuras. Murieron las plantas, los herbívoros, los carnívoros...produciendo una muerte masiva y fue lo que provocó la extinción de los dinosaurios. Esto fue lo que permitió el desarrollo de los mamíferos hasta hacerse predominantes en la Tierra. Tras el registro fósil se puede observar que tras una extinción masiva se produce una explosión evolutiva...las especies supervivientes a las nuevas condiciones ambientales ocupando los sitios de los extinguidos.

Pruebas de la evolución

La evolución está demostrada científicamente, hay pruebas y datos que lo demuestran.

- Pruebas biológicas: los científicos han podido comprobar como se transforman loas caracteres biológicos, y que ocurrían en especies de vida corta (insectos, bacterias..). La primera y más famosa prueba la mariposa abedul (biston betularia)

Ej: antes de la Rev. Industrial había 2 tipos de mariposas: clara y oscuras (más c. que o.) Las claras eran mas frecuentes porque se camuflaban el los líquenes (primeras algas terrestres, en los troncos de los árboles, sus hojas o piedras) de los árboles. En la Revolución se empezó a utilizar el carbón como combustible y las máquinas desprendían un polvo negro que mató a los líquenes de los árboles (estos funcionan como indicadores de contaminación +cont. – líquenes)

Los líquenes desaparecieron y los troncos se quedaron negros haciendo que la mariposa clara no pudiese camuflarse para evitar ser comidas por sus depredadores.

Ej: los insectos que se hacen resistentes a los insecticidas; las ratas que se hacen resistentes a los raticidas; las bacterias que se hacen resistentes a los antibióticos.

La culpa la tienen el uso excesivo y descontrolado.

Darwin dio prueba biológica de la evolución: con las especies domesticadas por los seres humanos.

Los seres humanos elegimos especies q nos interesan y son silvestres (para la ganadería y agricultura) que benefician al ser humano (con leche, carne, lana, protección...) Los seleccionan los seres humanos.

- Pruebas paleontológicas: estudio de los fósiles con los cual se puede “ver” como se transforma gradualmente algún  carácter biológico.

Ej: la evolución en las pezuñas de los ungulados (tienen una pezuña: caballo, ciervo, vaca...). Se observa como pasa poco a poco de 5 dedos a 2 pezuñas, para poder correr de los depredadores sobre suelos tan duros como los de la monte o montaña).

Ej: evolución de las extremidades de los mamíferos según el tipo de locomoción (movimiento). Las patas ->-brazos y piernas/ alas /pezuñas/ aletas....dependiendo de su medio.

- Pruebas biográficas: podemos demostrar que en distintas regiones hay distintos tipos de adaptaciones debido a las distintas condiciones ambientales.

- Pruebas embriológicas: cuanto más cercanas estén dos especies mas semejantes son sus desarrollos embrionarios. En el desarrollo embrionario esta descrito el desarrollo evolutivo.