Las estrellas son cuerpos celestes de grandes dimensiones constituidas principalmente por átomos de hidrógeno (H) y helio (He), en cuyo interior se producen reacciones nucleares que provocan la emisión de una gran cantidad de energía al espacio exterior.
Los átomos de hidrógeno y helio, que conforman las estrellas, constituyen gases que se concentran como consecuencia de la atracción gravitatoria. En el interior de las estrellas, la densidad del hidrógeno es tan elevada que se alcanzan presiones y temperaturas muy intensas. En estas condiciones se producen reacciones nucleares de fusión que liberan gran cantidad de energía. La reacción de fusión típica es la unión de dos átomos de hidrógeno para formar uno de helio.
1 H + 1 H → Reacción de fusión → 1 He
A medida que el hidrógeno se consume, aumenta la proporción de helio en su composición.
El tiempo de vida de una estrella depende de su masa: cuanto mayor es la masa de la estrella, más rápidamente consume su combustible nuclear, de modo que disminuye el tiempo de vida.
Se calcula que una estrella como el Sol tiene un ciclo vital de unos 10.000 millones de años, y que éste se encuentra ahora a mitad de su ciclo vital.
Según su color y temperatura las estrellas se clasifican en distintos tipos:
o Azules (O): Son las de mayor temperatura (30.000 ºC)
o Blancas (A): Tienen menos temperatura que las azules pero más que las amarillas.
o Amarillas (G): Tienen menos temperatura que las blancas pero más que las naranjas.
o Naranjas (K): Tienen menos temperatura que las amarillas pero más que las rojas.
o Rojas (M y L): Son las de menor temperatura ( 3.000- 1.500 ºC)
El tamaño de las estrellas es muy variable. Las estrellas más grandes se llaman supergigantes y las más pequeñas, enanas. El Sol es una estrella mediana de color amarillo (tipo G). Una supergigante como Betelgueuse, tienen 650 veces el diámetro del Sol.
Ciclo vital de una estrella
Las estrellas no viven eternamente. Viven hasta que se agotan sus reservas y no puede realizar más reacciones de fusión.
Las estrellas se forman a partir de nebulosas de emisión, donde se encuentran grandes cantidades de gases y polvo que se concentran por atracción gravitatoria y constituyen la llamada protoestrella.
Cuando la protoestrella alcanza una densidad determinada, empieza la fusión del hidrógeno y la consiguiente síntesis de helio.
Cuando se agota el hidrógeno de la estrella, las reacciones de fusión nuclear continúan, pero ahora son los átomos de helio los que se fusionan entre sí para dar átomos de mayor tamaño como los de carbono y los de oxígeno. Sin embargo, estas reacciones no proporcionan suficiente energía para mantener estable la estrella, que pronto llega al fin de su ciclo vital. El fin de la vida de una estrella depende de su masa inicial.
- Las estrellas poco masivas, como el Sol se hinchan hasta convertirse en una gigante roja. Luego expulsan las capas externas, formando una nebulosa planetaria y se enfrían poco a poco, hasta convertirse en una enana blanca.
- Las estrellas más masivas pueden expulsar sus capas exteriores violentamente. Decimos entonces que se ha formado una supernova. Durante la explosión, la supernova brilla más que todas las estrellas de una galaxia. Sólo sobrevive el núcleo de la estrella, que forma una estrella de neutrones.
- Si la estrella es muy masiva (15 o 20 masas solares), su núcleo puede convertirse en un agujero negro.
1.- Teorías e hipótesis del origen de la vida
- Teoría de la generación espontánea: Es una de las primeras teorías científicas que propuso una explicación al origen de la vida. Afirmaba que algunos seres vivos pueden aparecer, sin más, de la materia inerte. Fue aceptada como un hecho hasta fines del siglo XIX. (Hoy día sigue siendo una de las “ideas previas” más arraigadas y difíciles de modificar en los alumnos). Así se afirmaba que los gusanos se formaban de la carne en descomposición por el proceso de generación espontánea.
Argumentos a favor:
o Aristóteles defendió que algunas formas de vida procedían de la materia inerte. Así organismos como gusanos, insectos o peces surgirían del rocío, el sudor y la humedad, respectivamente.
o Anton Leeuwenhoek, mediante el desarrollo del microscopio, a finales del siglo XVII, descubrió todo un mundo de microorganismos, que parecían surgir en gran número sin causa aparente y con suma facilidad.
A mediados del siglo XVII, Francesco Redi puso en cuestión dicha teoría y realizó un experimento en el que colocó trozos de carne en varios frascos, unos tapados y otros no, demostrando que sólo en los abiertos aparecían moscas y con ello afirmando que la teoría de la generación espontánea era falsa.
En el siglo XIX, Louis Pasteur, refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea. Se dio cuenta de que en el aire hay microorganismos y al eliminar el aire ya no aparecían seres vivos. Obtuvo la conclusión de que todo ser vivo procede de otro. Lo que no pudo explicar es como surgieron los primeros de todos.
- Hipótesis de la panspermia: Sostiene que la vida no se originó en la Tierra, sino que llegó desde el espacio . Sugiere que la Tierra recibió el impacto de miles de meteoritos y cometas, algunos de los cuales transportarían bacterias o células sencillas, procedentes de otros planetas.
Argumentos a favor:
o Análisis de cometas y meteoritos revelan la existencia de agua y compuestos de carbono en su composición. Un tipo de meteorito llamados condritas contienen indicios de glúcidos, aminoácidos e incluso fragmentos de nucleótidos. Aunque sólo se trata de fragmentos de biomoléculas y no de seres vivos, hay que tener en cuenta que las biomoléculas son los precursores de las células.
o Algunas bacterias pueden mantenerse vivas en el espacio durante períodos prolongados de tiempo.
Argumentos en contra:
o No se han encontrado células en los meteoritos, sólo trazas de biomoléculas. Las supuestas células halladas en el meteorito ALH84001 prodrían ser bacterias terrestres que se introdujeron en dicho meteorito con posterioridad a su caída a la Tierra, o estructuras inertes similares en su forma externa a la de las bacterias.
o Existen dudas de si las bacterias resistirían las altas temperaturas alcanzadas por los meteoritos al caer sobre la Tierra, aunque existen algunas bacterias termófilas que soportan hasta 140 ºC.
Sin embargo, la objeción más importante que se plantea contra la panspermia es que sigue sin esclarecer cómo tuvo lugar el origen de la vida. Con la panspermia, esta cuestión se traslada al espacio, pero no se responde.
2.- Origen de las biomoléculas
- Alexander Oparín y John Haldane: En la década de 1920 propusieron por separado una nueva hipótesis sobre el origen de la vida.
o Oparín: Dedujo a partir de observaciones sobre la composición atmosférica de otros planetas, que la atmósfera primitiva de la Tierra no era como la actual, y debió contener hidrógeno (H2), amoníaco (NH3), metano (CH4) y vapor de agua (H2O) y no contenía oxígeno libre (O2).
o Haldane: Completó destacando que en la atmósfera primitiva debió concentrarse gran cantidad de energía, debido a las elevadas temperaturas de la Tierra en la época de formación y a las radiaciones solares, que la antigua atmósfera no filtraba como la actual.
Ambos científicos sugirieron que las sustancias que se encontraban en la atmósfera primitiva de la Tierra pudieron reaccionar y producir las primeras biomoléculas. Pero las hipótesis de Oparín y Haldane no tenían pruebas sólidas en las que respaldarse.
- Harold Urey y Stanley Miller: En 1953 llevaron a cabo un experimento crucial que demostraba que la hipótesis de Oparín y Haldane era razonable. Lograron simular en el laboratorio las condiciones primitivas de la atmósfera primitiva, tanto en composición como en las condiciones de energía y consiguieron sintetizar biomoléculas orgánicas a partir de materia inerte.
En la década de 1960, otros investigadores como Fox o el español Joan Oró realizaron experimentos similares y obtuvieron biomoléculas como glúcidos y lípidos sencillos, nucleótidos y otras muchas. Investigaciones más recientes, en las que ha colaborado el español Muñoz Caro, han demostrado de forma experimental que en el hielo que contienen los cometas se dan las condiciones necesarias para la formación de algunas biomoléculas sencillas. Lo mismo podría afirmarse de las nubes interestelares.
Sin embargo, aunque estos experimentos consiguen explicar la formación de algunas biomoléculas, aún no desvelan el origen de los seres vivos.
2.- Origen de las células
Cuando Oparín planteó su hipótesis sobre el origen de las biomoléculas, argumentó que las formadas en la primitiva armósfera se concentraron en los mares y océanos primitivos. En ellos debió formarse una sopa o caldo primitivo de biomoléculas, que facilitaría su interacción y permitiría que algunas combinaciones más estables de biomoléculas dieran lugar a algún tipo de célula primitiva.
Hasta hoy todos los intentos para obtener una célula a partir de un caldo de biomoléculas han resultado infructuoso:
- Coacervados de Oparín: Oparín consiguió obtener unas estructuras a las que denominó coacervados, y que consideró precursores de las células. Los coacervados poseen una membrana que permite el paso a su interior de algunas sustancias, en especial proteínas, y están dotados de un metabolismo muy simple. Distan mucho de parecerse a una célula viva, ya que, por ejemplo, carecen de material genético.
- Microesferas proteinodes de Fox: Fox consiguió obtener unas estructuras que denominó microesferas proteinoides, formadas a partir de grupos de aminoácidos en condiciones determinadas. Fox las consideró protocélulas (células primitivas); las microesfereas también tienen un metabolismo muy simple y, además, pueden dividrise al aumentar de tamaño. Sin embargo, siguen siendo muy distintas a una posible célula primitiva, y tampoco resuelven el problema de la falta de material genético.
- Mundo del ARN: Una de las hipótesis actuales que sostiene que las primeras moléculas que actuaron como material genético eran de ARN y no de ADN, como sucede en la mayoría de los seres vivos actuales. Se ha descubierto que algunas moléculas de ARN pueden formar copias de sí mismas y desarrollar funciones similares a las proteínas, pero esta hipótesis también deja cuestiones fundamentales por resolver.
Así pues no se sabe con seguridad cómo pudieron formarse las primeras células.
Parece lógico suponer que la primera célula que apareció en la Tierra fuera de un tipo sencillo, muy parecido a las células procariotas, las más simples que se conocen hoy en día.
La bióloga estadounidense Lynn Margulis postuló la Teoría endosimbionte que afirma que las células eucariotas provienen en realidad de la asociación de procariotas en simiosis o colaboración mutua. Esta hipótesis se basa en que algunos orgánulos de la célula eucariota tienen membrana propia similar a la de las procariotas y material genético propio. Aunque estos orgánulos no pueden vivir fuera de la célula, Margulis supuso que en el pasado eran procariotas independientes, que se asociaron para formar un organismo más complejo.
3.- Cronología de la vida en la Tierra
- Los primeros organismos son organismos unicelulares procariotas. Aparecieron hace unos 3700 m.a.
- Debían de ser anaerobios, ya que la atmósfera primitiva carecía de oxígeno. De hecho el oxígeno liberado a la atmósfera mucho más tarde les resultaba tóxico. (Serían heterótrofos)
- Las primeras células procariotas debieron de reproducirse con facilidad al ser los únicos seres vivos que habitaban en la Tierra y carecer de competidores. Sin embargo, con el tiempo, debieron llegar a competir por los recursos para su reproducción, como gases y nutrientes.
- Hace unos 2200 m.a. algunos procariotas empezaron a realizar una nueva reacción química: la Fotosíntesis. Esta reacción desprende oxígeno que se fue acumulando progresivamente en la atmósfera. Este gas resultaba tóxico para los organismos anaerobios por lo que muchos de ellos murieron y otros consiguieron adaptarse a las nuevas condiciones atmosféricas.
- La actividad de los procariotas fotosintéticos durante millones de años liberó tal cantidad de oxígeno que la atmósfera primitiva fue cambiando hasta convertirse en la atmósfera actual. Hacia 1500 m. a. se supone que hubo oxígeno suficiente en el planeta como para que se generalizaran los organismos aerobios. La liberación del oxígeno formó la capa de ozono lo que permitió que los seres vivos pudieran salir del agua y colonizar la tierra al no llegar a ella los rayos UVA.
- Hace 1400 millones de años, algunos procariotas debieron ser absorbidos por otros mayores (teoría endosimbionte) sin ser digeridos. Ambos organismos empezaron a funcionar de forma conjunta, en simbiosis, como una nueva célula más compleja: la célula eucariota.
- El siguiente avance tuvo lugar hace unos 700 millones de años, cuando aparecieron los primeros organismos pluricelulares. A partir de aquí los organismos evolucionaron rápidamente hasta las formas conocidas hoy en día.
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El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés Deoxyribo Nucleic Acid), es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de la mayoría de las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, siendo el responsable de su transmisión hereditaria.
Desde el punto de vista químico el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón al siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.
Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción. Una vez procesadas en el núcleo celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido. O sea, la información genética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula) se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poder ser empleada. Tal traducción se realiza empleando el código genético a modo de diccionario. El diccionario "secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula.
Por ejemplo, el caso anterior ATGCTAGATCGC... se convertiría primero a una molécula de ARN que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-... y ésta a su vez, utilizando el código genético se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-...
Un gen es el conjunto de una secuencia determinada de nucleótidos de una de las dos cadenas del ADN. El gen lleva la información para la formación de una proteína o para un carácter. La secuencia puede llegar a formar proteínas, o serán inhibidas, dependiendo del programa asignado para la célula que aporte los cromosomas.[
La cromatina es el conjunto de ADN asociado a unas proteínas especiales llamadas histonas. Este material se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y se visualiza como una maraña de hilos delgados.
La cromatina es la forma en la que se encuentra el ADN en la que es funcional, es decir, en la que se puede leer la información que lleva, copiarla en forma de ARN mensajero y llevarla al citoplasma de la célula para que los ribosomas puedan traducirla y formar la proteína correspondiente.
Cuando el núcleo celular comienza el proceso de división (mitosis o meiosis), esa maraña de hilos inicia un fenómeno de de condensación progresivo que finaliza en la formación de entidades discretas e independientes: los cromosomas. Por lo tanto, cromatina y cromosoma son dos aspectos morfológicamente distintos de una misma entidad celular: ADN.
Los cromosomas se forman para que el reparto del ADN durante la división celular sea equitativo y cada célula hija reciba la misma cantidad de información.
Cada especie tiene un número específico de cromosomas que además poseen una forma y estructura determinada. El conjunto de cromosomas de una especie constituyen su CARIOTIPO.
La mayoría del cariotipo de las especies animales y vegetales tienen un número diploide de cromosomas, representado por 2n, es decir, tienen parejas de cromosomas homólogos, un juego completo de cromosomas de origen paterno y un juego completo de cromosomas de origen materno. Cada pareja de cromosomas homólogos está formada por un cromosoma procedente del padre y uno procedente de la madre que llevan información para los mismos caracteres aunque ésta no tiene por qué ser la misma. Por ejemplo, en el cromosoma de la pareja de homólogos procedente del padre puede venir información para el color del cabello y esta información ser color rubio, mientras que en el procedente de la madre también vienen la información para el color del cabello pero esta información puede ser color negro. Cuando las especies diploides formen sus células sexuales o gametos lo harán por meiosis y los gametos tendrán la mitad de información porque cada gameto llevará un solo cromosoma de la pareja de homólogos. Los gametos son por tanto haploides, representado por n, ya que llevan un solo cromosoma para cada carácter. Hay especies cuyo cariotipo tiene un número haploide de cromosomas pero son muy pocas.
El que una especie sea diploide le supone una ventaja evolutiva frente a una especie haploide ya que al tener dos informaciones para cada carácter (cada una va en uno de los cromosomas homólogos) si una información para un carácter es defectuosa o sufre algún problema tiene otra información y el organismo puede seguir viviendo, pero si la única información para un carácter de un organismo haploide se daña éste puede morir ya que no tiene otra información.
La especie humana es diploide, tienen 46 cromosomas, es decir tiene 23 parejas de cromosomas homólogos. Su número diploide es 2n = 46. Todas las células del cuerpo tienen 46 cromosomas menos los gametos (óvulos en el caso de la mujer y espermatozoides en el caso del hombre) que tienen la mitad es decir 23. n = 23.
