Origen De La Vida

Origen de la vida 1

INTRODUCCIÓN Origen de la vida, conjunto de fenómenos que han determinado la aparición de seres vivientes en la Tierra. La idea de un proceso único procede directamente de las teorías evolucionistas de Charles Darwin, según las cuales todos los seres vivos descienden de un ancestro único.

(lectura Adicional) El origen de la vida según Oparin El origen de la vida es una de las incógnitas que ha dado lugar a numerosas doctrinas y teorías a lo largo de la historia de la humanidad. Sin embargo, la teoría postulada por Oparin en 1924 se considera la primera coherente sobre el origen de la vida en la Tierra. En el fragmento siguiente correspondiente a la introducción, el autor expone brevemente el planteamiento de su teoría con respecto a las existentes hasta entonces.

Fragmento de Origen de la vida sobre la Tierra. De A. I. Oparin. Introducción. La cuestión relativa al origen de la vida, o aparición sobre la Tierra de los primeros seres vivientes, pertenece al grupo de los problemas más importantes y básicos de las Ciencias Naturales. Toda persona, cualquiera que sea su nivel cultural, se plantea este problema más o menos conscientemente, y, de mejor o peor calidad, producirá una respuesta, ya que sin ella no puede concebirse ni la más rudimentaria concepción del Mundo. La Historia nos muestra que el problema del origen de la vida ha atraído la atención de la Humanidad ya desde los tiempos más remotos. No existe un sólo sistema filosófico o religioso, ni un solo pensador de talla, que no haya dedicado la máxima atención a este problema. En cada época diferente y durante cada una de las distintas fases del desarrollo de la cultura, este problema ha sido resuelto con arreglo a normas diversas. Sin embargo, en todos los casos ha constituido el centro de una lucha acerva entre las dos filosofías irreconciliables del idealismo y el materialismo. Hacia comienzos de nuestro siglo, esta lucha no solamente no amaina, sino que adquiere renovado vigor; ello debido a que las Ciencias Naturales de entonces eran incapaces de encontrar una solución racional y científica al problema del origen de la vida, a pesar de que en otros terrenos se habían logrado tan brillantes éxitos. Se había entrado, por así decirlo, en un callejón sin salida. Pero un tal estado de cosas no era fortuito. Su causa

residía en el hecho de que hasta la segunda mitad del siglo pasado todos, casi sin excepción, se habían obstinado en resolver este problema basándose en el principio de la generación espontánea. Es decir, con arreglo al principio según el cual, los seres vivos podrían generarse no solamente a partir de los semejantes suyos, sino también de una manera primaria, súbitamente, a partir de objetos pertenecientes a la Naturaleza inorgánica, disponiendo además, ya desde el primer instante, de una organización compleja y perfectamente acabada. Este punto de vista era defendido tanto por los idealistas como por los materialistas, limitándose las discrepancias exclusivamente a las causas o fuerzas que condicionaban aquella génesis. Con arreglo a los idealistas, todos los seres vivientes, incluyendo al hombre entre ellos, habrían surgido primariamente dotados de una estructura poco más o menos igual a la que hoy en día poseen gracias a la acción de fuerzas anímicas supramateriales: como resultado de un acto creador de la Divinidad; por la acción “conformadora” del alma, de la fuerza vital o de la entelequia, etc. En otras palabras, sería siempre el resultado de aquel principio espiritual que, según los conceptos idealistas, constituye la esencia de la vida. Por el contrario, los naturalistas y filósofos de fibra materialista partían de la tesis, según la cual, la vida, lo mismo que todo el universo restante, es de naturaleza material, no siendo necesaria la existencia de principio espiritual alguno para explicarla. En consecuencia, al ser la generación espontánea un hecho autoevidente para la mayoría de ellos, la cuestión se limitaba a interpretar este último fenómeno como el resultado de leyes naturales, rechazando toda ingerencia por parte de fuerzas sobrenaturales. Creían así que la manera correcta de resolver el problema del origen de la vida consistía en estudiar, con todos los medios al alcance de la Ciencia, aquellos casos de generación espontánea descubribles en el medio natural o inducidos experimentalmente. Sin embargo, diversas observaciones y experiencias cuidadosamente efectuadas y, muy en particular, las investigaciones de

L. PASTEUR,

demostraron definitivamente lo ilusorio

que era el propio “hecho” de un surgimiento súbito de los seres vivos, aun los más elementales, a partir de materiales inertes. Quedó establecido con absoluta certeza que todos los hallazgos previos de casos de generación espontánea habían sido simplemente el fruto de errores metodológicos, de un planteamiento incorrecto de los experimentos o de una interpretación superficial de los mismos. Esto privó de todo punto de apoyo a los naturalistas que veían en la generación espontánea el único medio posible de originarse la vida. Los descubrimientos de

PASTEUR

les negaban toda posibilidad de resolver esta cuestión por vía experimental. Ello les condujo a conclusiones elevadamente pesimistas, cual fueron el afirmar que el problema del origen de la vida está “maldito” o que es insoluble; que el ocuparse de él es impropio de un investigador serio, constituyendo solamente una pérdida de tiempo.

Como resultado de ello, numerosos naturalistas de nuestro siglo experimentaron una profunda crisis de ideas. De esta manera, algunos de entre ellos procuraban a toda costa evitar esta cuestión, sugiriendo, por ejemplo, que la vida jamás habría tenido principio y que los primeros seres vivos habían sido trasplantados a la Tierra desde algún punto exterior: desde la superficie de planetas más o menos lejanos. Otros naturalistas pasaron a ocupar posiciones francamente idealistas y consideraron a este problema como patrimonio de la Fe y no de la Ciencia. Por supuesto, la causa de esta crisis no estaba en la esencia del problema en cuestión, sino en el procedimiento metodológicamente incorrecto con que se intentaba resolverlo. El mérito enorme de

DARWIN

ante la Biología estriba en haber roto con el método

tradicional, metafísico, utilizado para resolver la cuestión del origen de las actuales especies animales y vegetales.

DARWIN

puso en claro que los seres vivos elevadamente

organizados han podido surgir solamente como resultado de un prolongado desarrollo; gracias a un proceso de evolución de los organismos, en cuyo transcurso las formas más primitivas se convierten en otras más elevadas. La aparición del hombre o de cualquier otro organismo altamente organizado resulta inconcebible fuera de este proceso de evolución, a menos que se recurra a la intervención de factores sobrenaturales o espirituales de uno u otro tipo. Con respecto al origen de la vida misma y de los seres vivos elementales (progenitores de todo lo viviente en este planeta), las Ciencias Naturales de la era post-darwiniana continuaron, sin embargo, utilizando aquel mismo enfoque metafísico que anteriormente había sido aplicado también al caso de los seres vivos altamente organizados. Vemos así que, incluso después de

DARWIN,

se pretendía explicar el origen de la vida prescindiendo

totalmente del concepto de una evolución general de la materia. El origen de la vida era concebido como un acto de generación súbita y espontánea de organismos, donde aun los más sencillos aparecerían ya dotados con todos los atributos complejos de la vida. Desgraciadamente, este planteamiento del problema se hallaba en radical contradicción con la experiencia y con los hechos, por lo que no podía conducir a otra cosa que a la decepción más amarga. Ante nosotros se abren perspectivas por completo diferentes si planteamos este problema en términos dialécticos y no de una manera metafísica; basándonos para ello en el estudio de aquella evolución gradual de la materia que precedió a la aparición de la vida y condujo a su nacimiento. La materia jamás permanece en reposo, sino que se halla en constante movimiento, se desarrolla y, a través de este desarrollo, pasa de una forma de movimiento a otras nuevas, cada vez más perfectas y complejas. La vida, concretamente, representaría una forma especial, muy complicada, de movimiento de la materia, que habría surgido como propiedad nueva en una determinada etapa del desarrollo general de la materia. Ya hacia finales del siglo pasado,

F. ENGELS

había considerado el estudio histórico del

desarrollo de la materia como el método más adecuado para resolver el problema del

origen de la vida. Sin embargo, sus ideas no obtuvieron un eco suficientemente amplio en los ámbitos científicos de la época. Aun incluso durante los primeros decenios de nuestro siglo eran todavía muy escasos los naturalistas que defendían en sus obras un origen evolucionista de la vida. Por añadidura, estas apologías estaban expresadas en términos demasiado imprecisos, por lo que resultaron impotentes para vencer el atascamiento que, con respecto al origen de la vida, imperaba entonces en el campo de las Ciencias Naturales. Ha sido tan sólo en nuestra época, partiendo de una generalización del abundante material acumulado por las Ciencias Naturales durante el siglo XX, cuando se ha logrado trazar un bosquejo del desarrollo evolutivo de la materia, llegándose incluso a precisar las etapas probables que este proceso ha seguido hasta la aparición de la vida. A consecuencia de ello, han quedado abiertas grandes posibilidades para el estudio experimental del problema de la biogénesis. Pero actualmente ya no se trata de tentativas desesperadas para sorprender o descubrir casos de generación espontánea de organismos sino de estudiar y reproducir en el laboratorio los fenómenos que tienen lugar durante el desarrollo evolutivo de la materia. Tal estado de cosas ha tenido como consecuencia un cambio radical en la actitud de los naturalistas hacia el problema del origen de la vida. Si anteriormente, durante casi toda la primera mitad del siglo XX, este problema se hallaba excluido casi totalmente del campo de las Ciencias, siéndole dedicada una atención mínima en la literatura científica mundial, en la actualidad le son consagrados numerosos artículos y libros, informes y comunicaciones acerca de trabajos experimentales. Ahora ya no nos conformamos con un estudio especulativo de la historia de aquellos fenómenos ocurridos en nuestro planeta en una época determinada. En la actualidad queremos comprobar experimentalmente nuestras hipótesis: reproducir artificialmente las diversas etapas del desarrollo histórico de la materia y, en último término, sintetizar vida. Pero esta vez, sin embargo, no ya siguiendo el largo y tortuoso sendero recorrido por la Naturaleza hasta la consumación de esta síntesis, sino que procuraremos reconstruir deliberadamente la organización que encontramos, ya acabada, en los seres vivos actuales. No cabe duda alguna que ésta es una tarea de complejidad excepcional. No obstante, la Ciencia de nuestros días se halla en condiciones de, al menos, plantear la cuestión de una manera efectiva. En las líneas que siguen procuraremos exponer, en primer lugar, las diversas rutas seguidas por el intelecto humano en su empeño por resolver el problema de la biogénesis. Presentaremos de manera sucinta toda la serie de doctrinas y teorías elaboradas en el transcurso de muchos siglos. Nuestra principal atención estará dedicada, sin embargo, a describir el plan de desarrollo gradual de la materia, que, según nuestro criterio, condujo a la aparición de la vida en este planeta.

Fuente: Oparin, A. I. Origen de la vida sobre la Tierra. Traducción y revisión de Jorge Asensio Peral. Madrid: Editorial Tecnos, 1979.

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EVOLUCIÓN DE LAS IDEAS

Durante mucho tiempo, la investigación de los orígenes de la vida no fue más que un debate basado en la metafísica y las creencias religiosas. De hecho, la mayor parte de las religiones enseñan que los seres vivos han sido creados a partir de la nada o de un caos original por una divinidad, una “mano” que crea y pone orden. La teoría de la generación espontánea, según la cual los seres vivos nacen de la tierra o de cualquier otro medio inerte, se difundió durante la edad media y se mantuvo sin oposición hasta el siglo XVII. El cirujano Ambroise Paré, que vivió en el siglo XVI, sostuvo que había desenterrado en su viña una piedra “hueca y cerrada por todas sus partes” que aprisionaba en su interior un grueso sapo “que sólo podía haber nacido de la humedad putrefacta”. Las experiencias de ciertos sabios, como Francesco Redi, en la segunda mitad del siglo XVII, demostraron que, al menos para los animales visibles, la idea de la generación espontánea era falsa. En particular, Redi demostró que los gusanos blancos que colonizan la carne nacen en realidad de huevos depositados por las moscas. No obstante, muchos siguieron creyendo en la generación espontánea de los organismos minúsculos que se podían observar al microscopio en infusiones de heno (microorganismos llamados por ello infusorios). Incluso Georges Buffon, Lamarck y Cuvier se mantuvieron en el campo de los partidarios de la generación espontánea. Fue preciso esperar a 1859, año en que estalló una ruidosa polémica que enfrentó a Louis Pasteur con un naturalista de Ruán llamado Félix-Archimède Pouchet, para que se abandonase oficialmente la idea de la generación espontánea. Pasteur, convencido de que todos los seres vivientes, por diminutos que fuesen, procedían de ‘gérmenes’ que flotaban en el aire, realizó una serie de experimentos que dieron lugar a la técnica de esterilización de medios de cultivo, de donde procede directamente toda la bacteriología moderna. La idea de la generación espontánea fue abandonada y, si no se tienen en consideración las teorías creacionistas (que todavía cuentan con cierto número de partidarios, sobre todo en Estados Unidos), el problema que por primera vez se planteaba en términos científicos era el siguiente: ¿cómo apareció la vida en la Tierra? En el siglo XIX surgió la idea de que la vida tenía un origen extraterrestre: los meteoritos que chocan contra nuestro planeta habrían depositado gérmenes procedentes de otro. En 1906, el químico Svante Arrhenius propuso la hipótesis de que los gérmenes habían sido transportados por la radiación luminosa. Estas teorías fueron refutadas algunos años

más tarde por Paul Becquerel, quien señaló que ningún ser viviente podría atravesar el espacio y resistir las rigurosas condiciones que reinan en el vacío (temperatura extremadamente baja, radiación cósmica intensa, por ejemplo). Además, estas soluciones a medias no hacen sino desplazar el problema, pues, aun admitiendo el origen extraterrestre de la vida, quedaría por averiguar cómo ha aparecido en otros planetas. La cuestión del origen de la vida no comenzó a avanzar hasta la década de 1920, cuando empezaron a precisarse los conocimientos sobre el origen de la Tierra.

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PRIMEROS INDICIOS DE VIDA

Oxford Scientific Films División de una bacteria Cuando las bacterias y otras células alcanzan un tamaño y un metabolismo crítico, se dividen y forman dos células hijas idénticas; cada una de éstas recibe aproximadamente la mitad de la masa celular de la célula original, y comienzan a crecer. Una bacteria puede llegar a dividirse cada seis minutos, y formar con rapidez una colonia que es visible para el ojo humano.

La Tierra se formó hace 4.600 millones de años. Cerca de 1.000 millones de años más tarde ya albergaba seres vivos. Los restos fósiles más antiguos conocidos se remontan a hace 3.800 millones de años y demuestran la presencia de bacterias, organismos rudimentarios procariotas y unicelulares. Muy recientemente se han descubierto pruebas de vida aún más antiguas en forma de indicios de actividad fotosintética con una antigüedad de 3.850 millones de años; estas pruebas se han obtenido mediante el análisis de restos de materia orgánica que no se encontraban en forma de fósiles identificables. La geología ha demostrado que las condiciones de vida en esa época eran muy diferentes de las actuales. La actividad volcánica era intensa y los gases liberados por las erupciones eran la fuente de la atmósfera primitiva, compuesta sobre todo de vapor de agua, dióxido de carbono (CO2), nitrógeno, amoníaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y

metano (CH4) y carente de oxígeno. Ninguno de los organismos que actualmente vive en nuestra atmósfera hubiera podido sobrevivir en esas circunstancias. El enfriamiento paulatino determinó la condensación del vapor y la formación de un océano primitivo que recubría gran parte del planeta.

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APARICIÓN DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 el bioquímico ruso Alexandr Oparin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones físicoquímicas que reinaban en la Tierra hace 3.000 a 4.000 millones de años. Oparin postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H2O, CH4, NH3) dieron lugar a unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos (elementos constituyentes de las proteínas) y ácidos nucleicos. Según Oparin, estas primeras moléculas quedarían atrapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el litoral del océano primitivo. Al concentrarse, continuaron evolucionando y diversificándose. Esta hipótesis inspiró las experiencias realizadas a principios de la década de 1950 por el estadounidense Stanley Miller, quien recreó en un balón de vidrio la supuesta atmósfera terrestre de hace unos 4.000 millones de años (es decir, una mezcla de CH4, NH3, H, H2S y vapor de agua). Sometió la mezcla a descargas eléctricas de 60.000 V que simulaban tormentas. Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico (véase Cianuro de hidrógeno) y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparin. Estas experiencias fueron retomadas por investigadores franceses que demostraron en 1980 que el medio más favorable para la formación de tales moléculas es una mezcla de metano, nitrógeno y vapor de agua. Con excepción del agua, este medio se acerca mucho al de Titán, un gran satélite de Saturno en el que los especialistas de la NASA consideran que podría haber (o en el que podrían aparecer) formas rudimentarias de vida.

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PRIMERAS CÉLULAS

Si se prescinde de los virus, cuya situación es difícil de definir, todos los seres vivientes están formados por células, cada una de ellas encerrada por una membrana rica en unos lípidos especiales (fosfolípidos) que la aísla del medio externo. Estas células contienen los ácidos nucleicos ADN y ARN, que contienen la información genética y controlan la síntesis de proteínas. Pueden formarse membranas lipídicas en ausencia de vida. Esto ya lo demostró Oparin, quien, en efecto, obtuvo en el curso de sus experimentos unas pequeñas gotas ricas en

moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. Estas ‘gotitas’, a las que llamó coacervados, recuerdan a células rudimentarias. Otros investigadores han obtenido también estructuras similares. La teoría de Oparin se vio reforzada por los descubrimientos de un paleontólogo francés que identificó estructuras de este tipo con una antigüedad de 3.000 millones de años; se llaman cocoides, y se consideran antepasados de las bacterias. Más difícil es explicar la formación de las proteínas celulares. La cuestión es la siguiente: ¿qué moléculas surgieron en primer lugar: los ácidos nucleicos, indispensables para la síntesis de proteínas, o las proteínas, cuya actividad enzimática es a su vez indispensable para sintetizar aquéllas a partir de los ácidos nucleicos? El descubrimiento de partículas de ARN capaces de almacenar la información genética y de actuar como enzimas permite resolver el dilema. En efecto, estas moléculas, llamadas ribozimas, son capaces de transmitir la información necesaria para la síntesis de las proteínas y, a su vez, despliegan una actividad enzimática que les permite sintetizar proteínas. Así, la primera forma de vida terrestre probablemente fue una célula simple que encerraba un ácido nucleico similar al ARN dentro de una membrana rudimentaria capaz de reproducirse por división.

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FUENTES HIDROTERMALES Y ORIGEN DE LA VIDA

En el océano Pacífico, a muchos miles de metros de profundidad, se han descubierto fuentes hidrotermales de agua que brota a una temperatura de 350 ºC y está cargada de numerosas sustancias, entre ellas sulfuro de hidrógeno y otros compuestos de azufre. Alrededor de estas fuentes abunda la vida y proliferan unas bacterias quimiosintéticas que extraen su energía de los compuestos azufrados del agua y que, de este modo, reemplazan a los organismos fotosintéticos, que toman la energía de la luz solar (además, estas bacterias no pueden vivir en medios con oxígeno). Las condiciones de vida que reinan en la proximidad de estas fuentes recuerdan bastante a las comunes hace 3.500 millones de años. Por eso algunos investigadores defienden la hipótesis de que la vida apareció en el fondo oceánico, cerca de estas fuentes hidrotermales, y no en la superficie, en las charcas litorales expuestas a la luz solar intensa.

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EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA Y DIVERSIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

Fuese cual fuese el lugar en que surgió la vida, es seguro que los primeros seres vivos eran bacterias anaerobias, es decir, capaces de vivir en ausencia de oxígeno, pues este gas no se encontraba todavía en la atmósfera primitiva. De inmediato comenzó la evolución y la aparición de bacterias distintas, capaces de realizar la fotosíntesis. Esta nueva función permitía a tales bacterias fijar el dióxido de carbono abundante en la atmósfera y liberar oxígeno. Pero éste no se quedaba en la atmósfera, pues era absorbido por las rocas ricas en hierro. Hace 2.000 millones de años, cuando se oxidó todo el hierro de las rocas, el oxígeno pudo empezar a acumularse en la atmósfera.

Su concentración fue aumentando y el presente en las capas altas de la atmósfera se transformó en ozono, el cual tiene la propiedad de filtrar los rayos ultravioleta nocivos para los seres vivos. A partir de ese momento se asiste a una verdadera explosión de vida. Los primeros organismos eucariotas aparecieron hace unos 1.800 millones de años y los primeros pluricelulares hace unos 670 millones de años. Algunas investigaciones recientes (agosto de 1999) sugieren que las células eucariotas ya existían hace unos 2.700 millones de años; es decir casi mil millones de años antes. En realidad, no se han encontrado células eucariotas de esa antigüedad pero sí ciertas moléculas (esteroles) que sólo pueden ser producidas por este tipo de células. Cuando la capa de ozono alcanzó un espesor suficiente, los animales y vegetales pudieron abandonar la protección que proporcionaba el medio acuático y colonizar la tierra firme.

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PREGUNTAS SIN RESPONDER

Todavía quedan muchas preguntas sin respuesta sobre el origen de la vida. ¿Cómo se produjo el paso desde las primitivas bacterias procariotas a las células eucariotas de estructura más compleja que forman todos los seres vivos? Cada vez se impone con más fuerza la teoría de la simbiosis, según la cual los primeros eucariotas surgieron de la combinación de unas bacterias con otras. Estas bacterias irían quedando incorporadas definitivamente a la célula hospedante, dentro de la que se transformarían en mitocondrias. La considerable semejanza que hay entre mitocondrias y bacterias es un argumento a favor de esta teoría. Asimismo, los cloroplastos propios de las células vegetales serían quizá bacterias clorofílicas que habrían colonizado otras células. Otro enigma es el de la naturaleza química de las moléculas biológicas. Todas las moléculas, sean las que sean, presentan, según la disposición de los átomos que las constituyen, formas distintas llamadas isómeros, que son simétricas entre sí (como la mano derecha es simétrica de la izquierda). Las moléculas no biológicas están formadas por mezclas de isómeros ‘derechos’ (dextrógiros) e ‘izquierdos’ (levógiros) en proporciones iguales. Por el contrario, las moléculas biológicas, y en particular los aminoácidos que forman las proteínas, tienen la particularidad de ser todas levógiras. ¿Cómo ha podido la vida, que ha surgido de moléculas minerales, eliminar uno de los isómeros y primar el otro? Ninguna hipótesis explica este fenómeno de manera satisfactoria.

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VIDA EXTRATERRESTRE

Nada se opone a que se haya formado vida en planetas distintos de la Tierra. La investigación de la vida y las condiciones de existencia en esos otros planetas es el objeto de una ciencia nueva llamada exobiología. En otro tiempo se creyó ver en Marte manifestaciones de vida en forma de una red de canales supuestamente construidos por los ‘marcianos’; ahora se sabe que esos canales no son sino una ilusión óptica provocada por el insuficiente poder de resolución de las lentes astronómicas.

La vida sólo puede surgir en determinadas condiciones físico-químicas favorables, en particular en lo relativo a la temperatura y a la presencia de agua en forma líquida. Estas condiciones limitan la investigación de indicios de vida a planetas situados a una distancia que, en el caso de nuestro Sistema Solar, está comprendida entre 0,95 y 1,5 unidades astronómicas del Sol. Marte está a 1,52 unidades astronómicas, pero en ese planeta no se ha observado ningún indicio de vida. Actualmente los astrónomos buscan otros planetas fuera de nuestro Sistema Solar cuyas condiciones físico-químicas sean compatibles con la existencia de seres vivos. Se han identificado algunos, pero todavía no se ha podido averiguar si albergan alguna forma de vida.

Serie de articulos adicionales sobre Origen de la Vida

Concepto de evolución El Diccionario de la evolución, de Richard Milner, es un compendio sobre el evolucionismo desde sus orígenes hasta la actualidad. En este libro, los conceptos no son breves explicaciones, sino que están ampliados, actualizados y relacionados con otras ciencias, además de las biológicas. En este fragmento el autor explica el término evolución, como mención al título de esta obra.

Fragmento de Diccionario de la evolución. De Richard Milner. Al hablar de «evolución» los biólogos quieren decir que, con el paso del tiempo, el cambio en las frecuencias génicas de las poblaciones produce nuevas especies a lo largo de generaciones. Charles Darwin denominó este fenómeno descendencia con modificación, un proceso lento que suele obrar a lo largo de cientos, miles y hasta millones de años. La palabra evolución tiene cuatro significados que suelen confundirse y deberían mantenerse separados y distintos: 1) el proceso general del cambio en poblaciones y especies, considerado un hecho científico establecido; 2) el «progreso» inevitable desde formas de vida inferiores a otras superiores, un concepto que ha quedado desacreditado; 3) la historia concreta del «arbusto ramificado» de la vida y el origen de grupos diversos o filogenias, interpretado a partir del registro fósil y los estudios bioquímicos, y 4) el mecanismo, o «motor», de la evolución, para el que Darwin y Wallace propusieron la «selección natural», pero que en la actualidad está siendo estudiado y modificado por la investigación.

Veamos ahora algunos de los principales argumentos y objeciones que quienes se oponen a la evolución jamás se cansan de aducir... y algunas respuestas desde la perspectiva de la biología evolucionista: 1. ¿Un hecho o una teoría? La evolución quedó establecida como un hecho, no por haber triunfado en los debates entre filósofos o lógicos de gabinete, sino porque unificó miles de observaciones dispares realizadas por anatomistas comparativos, naturalistas de campo, geólogos, paleontólogos, botánicos y (posteriormente) genetistas y bioquímicos. Sin el concepto englobante de un mundo en cambio a lo largo de inmensidades de tiempo, no existiría lo que consideramos la ciencia moderna. La idea de que las especies están relacionadas por una ascendencia común cuenta con el apoyo no sólo de argumentos o encadenamientos racionales, sino de muchos campos de investigación interconectados, cada uno de los cuales nutre a los demás y los apoya. La evolución está tan bien confirmada como la gravitación. Parafraseando a un destacado paleontólogo, las manzanas no dejarán de caer mientras los científicos discuten si la ley de la gravitación de Newton ha sido superada por las teorías de Einstein. Y las especies seguirán cambiando a lo largo del tiempo mientras nosotros seguimos investigando el cómo y por qué de la evolución. Si alguien insiste en que la evolución es una mera interpretación de la naturaleza, ¿cuál sería la alternativa? ¿Que miles de dinosaurios y de especies anteriores y posteriores a ellos no guardaban relación entre sí, que aparecieron plenamente desarrollados y que no tienen nexos comunes? Un modelo de esas características, tanto si se denomina religión como «ciencia de la creación», no puede generar una indagación fructífera. Es una respuesta que impide plantear más preguntas. 2. Evolución «general» frente a especialización. Algunos críticos aceptan la creación de especies nuevas (de moscas del vinagre, por ejemplo) en laboratorio, pero afirman que la evolución general nunca ha sido demostrada experimentalmente. Con ello, aluden a la procreación de una serie de especies progresivamente superiores o más complejas. Sin embargo, no existe una teoría de la evolución general que mantenga tal cosa; las ideas victorianas de progreso inevitable no están de moda en biología. 3. Formas transicionales. La afirmación, repetida a menudo, de que no existen formas transicionales es probadamente falsa. La región del Karroo, en Suráfrica es, por ejemplo, un vasto cementerio de restos de reptiles mamiferoides, todo un tropel de especies cuya anatomía fue intermedia entre los reptiles y los mamíferos. El famoso Archaeopteryx, con sus plumas, dientes, garras y esqueleto reptiloide, es una transición entre reptiles y aves. Y los fósiles de homínidos africanos representan seres con fórmulas dentarias antropoideas, cerebros pequeños, brazos más largos que los de los humanos, pero más cortos que los de los simios actuales, y pelvis, pies y piernas dispuestos para la marcha erecta.

Los fósiles transicionales son notablemente raros porque, según las teorías actuales, la mayoría de las especies se mantuvieron estables durante largos períodos. Cuando se produce el cambio, ocurre con bastante rapidez (en términos geológicos) y suele darse entre poblaciones pequeñas y aisladas. El registro fósil ha sido comparado con la congelación en el tiempo de un aparcamiento de varios pisos. La mayoría de los coches se encontrarían en las distintas plantas y sólo muy pocos en las rampas. La cantidad de tiempo que cada coche pasa en la rampa es breve por comparación con la duración del aparcamiento inmóvil, a pesar de que todos han circulado por ella. Otra prueba de la transición se encuentra en la distribución geográfica de las especies vivas. En las cadenas de islas del Pacífico, por ejemplo, los biólogos han seguido la pista de especies poblacionales a lo largo de miles de kilómetros y han descubierto formas intermedias de un extremo al otro del rosario de islas. El mismo Darwin se sintió tan impresionado por un conjunto de variaciones geográficas de ese tipo entre las mariposas del Amazonas a lo largo de una extensa área de bosque tropical, que se vio impulsado a observar lo siguiente: «Nos parece ser testigos, en la medida en que podemos esperar llegar a serlo, de la creación de nuevas especies en la Tierra». Entre las criaturas vivas hay una serie de especies graduales e intermedias entre los lagartos y las serpientes, los tordos y los chochines, los tiburones y las rayas. 4. Prueba y «demostración». Existe el equívoco generalizado de que Darwin pensaba haber «demostrado» por lógica la evolución de las especies. En realidad, era un pensador y filósofo de la ciencia mucho más sutil. «El cambio de especies no se puede demostrar de manera directa -escribía a un amigo- y... la doctrina se hundirá o saldrá a flote en función de su capacidad para agrupar y explicar fenómenos [dispares]. Es realmente curioso observar el escaso número de personas que la juzgan de esta manera, que es claramente la correcta.» (Unos pocos años después escribía que se sentía «cansado de intentar explicar» este punto, pues la mayoría era incapaz de captarlo.) 5. «Agujeros» y cuestiones. Es innegable la existencia de «agujeros» y cuestiones en la teoría evolucionista (como los hay en la física de partículas), lo cual es normal en una ciencia que goce de buena salud. Thomas Henry Huxley pidió en cierta ocasión a sus estudiantes que se imaginaran perdidos en el campo en una noche ciega, sin pistas para reconocer el camino. Si alguien les ofreciera una linterna semiapagada y vacilante, ¿la rechazarían basándose en que su luz era imperfecta? «Creo que no -dijo Huxley-, creo que no.» 6. Tautología de la «supervivencia de los más aptos». La vieja canción de que la teoría evolucionista se basa en un razonamiento circular según el cual «los sobrevivientes sobreviven» fue olvidada hace ya tiempo. Los críticos mantienen que, sin una definición unívoca de la aptitud, la afirmación de que «sólo los más aptos sobreviven» es una proposición incomprobable y, por tanto, carente de sentido en cuanto explicación. Así es, desde luego; y, además, es cierto que algunos científicos de pensamiento brumoso han ideado explicaciones ad hoc sobre los orígenes de determinadas adaptaciones.

Pero, sea cual fuere el destino de arcaicas frases capciosas como «selección natural» y «supervivencia de los más aptos», la teoría de Darwin-Wallace sigue teniendo un núcleo sano: la superproducción de descendientes en la naturaleza, la variabilidad genética y un proceso selectivo cuyos resultados son una estabilidad a largo plazo y una divergencia circunstancial entre poblaciones. Las nuevas investigaciones se centran cada vez más en comprender con mayor profundidad estos mecanismos de la variación genética y la selección diferencial a medida que se producen en los diversos niveles de un mismo organismo. 7. Explicación ad hoc y no ciencia. Algunas personas dan por supuesto que la investigación y el estudio de las cosas vivas ha de llevar a la formulación de «leyes» fijas como las de la química o la física. La disección de estructuras anatómicas de seres extintos, la formulación de su distribución en el espacio y el tiempo y la reconstrucción de climas y ecologías del pasado pueden ser «una explicación ad hoc» para un físico o un químico, como en los relatos de la serie titulada «Precisamente así», de Rudyard Kipling, pero para la mayoría de los biólogos son, sin duda, ciencia. El tipo de analfabetismo científico que rechaza la evolución por considerarla una creencia religiosa humanista puede tener como consecuencia serios errores en la comprensión de la vida humana y llegar incluso a provocar su pérdida. Veamos un ejemplo: en 1984 el doctor Leonard L. Bailey, de la facultad universitaria de medicina de Loma Linda (adventistas del séptimo día) intentó salvar la vida de Baby Fae, una niña nacida con graves malformaciones cardíacas. Bailey le implantó quirúrgicamente el corazón de un papión, pero el órgano fue rechazado de inmediato y la criatura murió. Poco después se preguntó al médico por qué no había utilizado un corazón de chimpancé, en vez del de un papión, pues habría supuesto posibilidades de éxito mucho mejores, debido a la mayor proximidad evolutiva y adecuación genética del chimpancé. El doctor Bailey respondió que «no creía en la evolución» y, en cualquier caso, no comprendía qué tenía que ver con la práctica de la medicina. La palabra evolución significaba en el siglo XVII el «despliegue» o «desarrollo» de un plan ya presente, como en la teoría de la preformación. También significa, de manera similar, el desarrollo embrionario de un individuo. Cuando Darwin comenzó a dirigir su atención a «ese misterio de misterios: el origen de las especies», la idea de que las especies cambian con el paso del tiempo se denominaba transmutación o hipótesis del desarrollo. En los artículos de Darwin-Wallace leídos ante la Linnean Society en 1858, que anunciaban el principio de la selección natural, ninguno de los autores empleó la palabra evolución, que tampoco apareció en la primera edición de El origen de las especies (1859). (Se lee por primera vez en la edición de 1869.) En cuanto a la expresión supervivencia de los más aptos, el primero en utilizar el término evolución en este contexto fue Herbert Spencer. Wallace y Darwin lo adoptaron más

tarde, pero entre el público, en general, ambas frases se han identificado totalmente con las teorías de Charles Darwin. Fuente: Milner, Richard. Diccionario de la evolución. Barcelona: Biblograf, 1995.

La génesis del Big Bang La teoría del Big Bang del origen del Universo es, en la actualidad, generalmente aceptada. El fragmento que se reproduce a continuación, extraído del artículo La génesis del Big Bang, muestra cómo poco a poco esta teoría fue imponiéndose dentro del mundo científico, tanto por las pruebas teóricas que han ido apareciendo como por aquéllas que surgieron de la observación del Universo.

Fragmento de La génesis del Big Bang. De Virginia Trimble. Desde que se admitió la expansión del Universo como la interpretación más probable de la ley de Hubble del desplazamiento hacia el rojo, muchos astrónomos se dieron cuenta de que esto implicaba un Universo considerablemente diferente que en el pasado. La literatura de los años 30 y 40 contiene muchas alusiones a un supuesto estado denso y caótico de la materia, que constituiría un contexto propicio a la formación de estrellas (la mayoría de las estrellas parecía tener entonces aproximadamente la misma edad que el Universo en conjunto). Sin embargo, una reflexión sustancial sobre lo que había podido pasar miles de millones de años antes seguía siendo la excepción. Georges Gamow, un físico nuclear formado en Rusia pero que hizo carrera en Estados Unidos, es considerado en general como el primer investigador que reflexionó seriamente sobre este problema de los orígenes del Universo. En 1935, se concentró en las reacciones nucleares susceptibles de haberse producido cuando toda la materia estaba al menos tan caliente y era tan densa como en el núcleo de las estrellas actuales. Continuó sus investigaciones después de la segunda guerra mundial, en colaboración con Ralph Alpher y Robert Herman. Los tres se dieron cuenta de que si el Universo era inicialmente un fluido constituido únicamente por protones, habría acabado en forma de hidrógeno y de helio en una proporción de alrededor de un átomo de helio por cada ocho átomos de hidrógeno. Estudiaron a continuación el entorno térmico en el que se tenían que haber producido las reacciones nucleares y concluyeron que, después de millones de años de expansión y de enfriamiento, el Universo tenía que estar a una temperatura de unos 5 kelvin. El mismo Gamow no se tomó su propia predicción suficientemente en serio para iniciar la busca de una firma en radio de una temperatura de 5 kelvin. ¡En 1949 o 1950, le dijo a uno de sus estudiantes que no conocía ningún problema interesante en espectroscopía milimétrica! Sin embargo, los sensores que se habían desarrollado durante la segunda

guerra mundial (fundamentalmente asociados al nombre de Robert Dicke) probablemente habrían permitido detectar la radiación de fondo en aquella época. Mientras tanto, un equipo de tres astrónomos británicos había decidido que la expansión cósmica no significaba necesariamente un Universo diferente en el pasado: es la idea llamada del Universo estacionario. Fue avanzada en 1948 por Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle (los dos primeros habían huido del nazismo de la Europa continental y el tercero era una persona del Yorkshire). Como los tres y sus partidarios tienen un excepcional talento de oradores y de divulgadores, su idea se hizo probablemente más popular entre el gran público que en la comunidad de los astrónomos profesionales. Allan Sandage lo ha expresado con una fórmula de un chovinismo exquisito: «Yo no creo que la creación continua se haya tomado nunca en serio en California». Un universo estacionario ha estado siempre en expansión, y lo estará eternamente (lo que suprime toda posibilidad de contradicción entre el inverso de la constante de Hubble, es decir la edad del Universo, y la edad de las estrellas más viejas). Pero ni su densidad ni su temperatura disminuyen, ya que constantemente surge nueva materia, exactamente en la proporción necesaria para que todo se mantenga idéntico. Naturalmente, esta idea viola el principio de conservación de la masa y de la energía tal como se concibe ordinariamente, pero a un nivel tal que no se puede esperar que se detecte en el laboratorio: es del orden de un átomo de hidrógeno por siglo para un volumen equivalente al de la torre Eiffel. Desde el punto de vista de sus autores, esta teoría tiene el mérito de hacer de la creación un fenómeno físico aprehensible, en vez de remitirla al principio, allí donde nadie puede estudiar el proceso. Las proposiciones del modelo de Universo estacionario tuvieron una fecundidad considerable: muchos astrónomos se sintieron en la obligación de refutarlo y desarrollaron con esta intención diversos tipos de observaciones de las que nos seguimos sirviendo en la actualidad (catalogación de las radiofuentes, medida de las luminosidades de la superficie de las galaxias, etc.). Estas primeras pruebas, daban globalmente la preferencia al modelo del Big Bang y a los modelos evolutivos en general respecto a la idea de un universo estacionario, ya que sugerían que el Universo había sido diferente en el pasado. Pero no hasta el punto de que una persona sensata estuviese absolutamente obligada a elegir. La expresión misma de «Big Bang» fue inventada por Hoyle como un insulto deliberado, antes de que lo adoptasen los partidarios de los universos evolutivos.

¿Era la radiación radio detectada por Penzias y Wilson la predicha por Gamow quince años antes? Entre 1955 y 1967, la gran mayoría de la comunidad científica rechazó el modelo de Bondi, Gold y Hoyle, que actualmente sólo conserva un puñado de fieles. Hay tres razones principales para este rechazo.

La primera, que fue la última que adquirió una fuerza de convicción definitiva, fue la contabilización de las radiofuentes y más tarde de los cuásares. El resultado fue la aparición de una proporción mucho más elevada de fuentes débiles que de fuentes brillantes. Esto se puede interpretar de dos maneras: o bien en el pasado existían más radiofuentes (que en la actualidad aparecen débiles debido a su distancia), o bien vivimos de modo muy improbable en una especie de hueco local, en medio de una población específica. Las medidas del desplazamiento hacia el rojo de las radiofuentes y los cuásares acabaron con la hipótesis llamada «local»; los elevados valores atestiguaban el alejamiento de estas fuentes débiles. A partir de 1967 se podía decir con seguridad que las galaxias habían sido sede de fenómenos violentos más a menudo en el pasado que en la actualidad. Por lo tanto, el Universo ha cambiado con el paso del tiempo: no está en un estado estable. Una de las contribuciones precoces y duraderas del astrónomo británico Martin Rees a la ciencia fue haber convencido a su director de tesis Dennis Sciama (los dos estaban en Cambridge). Esto hace de Sciama el único defensor convencido de la creación continua que cambió de opinión. La segunda razón fue la identificación del helio como una reliquia del Universo primitivo. Gamow y sus colaboradores ya lo habían predicho pero, en los años 50, la mejora de los análisis espectrales de las estrellas y de las galaxias confirmó que la casi totalidad de lo que podemos observar está compuesto de un 75% de hidrógeno y de un 25% de helio (en proporción de masas, la proporción en número de átomos es del 90% y del 10% respectivamente). Naturalmente, el helio también es un producto de reacciones nucleares internas en las estrellas. Pero, para producir la cantidad que observamos en el intervalo de tiempo atribuido a la creación de materia por la teoría del Universo estacionario, se necesitarían unas galaxias diez veces más brillantes que tal como lo son en realidad. Este hecho se anunció en algunas raras ocasiones y luego cayó en el olvido a partir de 1960. Tercero, Arno Penzias y Robert Wilson midieron en 1965 una radiación de fondo cuyo origen era desconocido. Cuando publicaron su descubrimiento ya estaban seguros de haber visto algo distinto de una bolsa local de radiación: la radiación presentaba fundamentalmente la misma intensidad y el mismo espectro en todas las direcciones del cielo. De hecho, los modelos del Big Bang habían predicho la existencia de este tipo de radiación mucho antes de que fuese descubierta. Y sería imposible explicarla en el marco de un universo estacionario. La cantidad total de energía de la radiación micrométrica de fondo no es gigantesca, y podría ser producida por las estrellas y las galaxias. Pero, para que esta radiación presente un espectro de cuerpo negro y esté casi a la misma temperatura en todas partes en el Universo, tiene que haber interaccionado con materia muy densa y térmicamente homogénea. Esto era fácil de lograr en el Universo primitivo, pero completamente imposible en cualquier otra situación. El mismo George Gamow quizá no estaba convencido del todo: ¿era verdaderamente la radiación descubierta por Penzias y Wilson la que él había predicho? Al principio de 1967 planteó textualmente la

siguiente pregunta durante una conferencia: «Vale, yo he perdido una moneda de cinco centavos y usted ha encontrado una. ¿Quién puede decir que es la misma?» Pero la moneda encontrada por Penzias y Wilson no era una moneda cualquiera. Golpeada por el canto de la ley de la radiación de un cuerpo negro a 5 kelvin, no podía ser sino la perdida por Gamow veinte años antes. Hacia 1965, con uno o dos años de diferencia, casi toda la comunidad astronómica se había adherido a un modelo de universo descrito por una de las soluciones de las ecuaciones de la relatividad general y que habría pasado por un estado caliente y denso (el Big Bang) hace de 10.000 a 20.000 millones de años. A partir de ahí se podía interesar por temas como la distribución de las galaxias en el espacio, la naturaleza de la materia oscura y los hipotéticos acontecimientos anteriores al estadio inicial caliente y denso. Fuente: Trimble, Virginia. La génesis del Big Bang. Mundo Científico. Barcelona: RBA Revistas, septiembre, 1992.

Freud y las ideas evolucionistas Del Diccionario de la evolución incluimos la voz dedicada al neurólogo austriaco Sigmund Freud. Para Richard Milner, autor de esta obra, el evolucionismo no está limitado a las ciencias biológicas, sino que ha influido en otras áreas de conocimiento como la psicología e, incluso, el psicoanálisis. Milner defiende en este fragmento la influencia que ejercieron las ideas evolucionistas del siglo XIX en el pensamiento de Freud.

Fragmento de Diccionario de la evolución. De Richard Milner. Sigmund Freud (1856-1939) En una mesa de su consultorio, el doctor Sigmund Freud tenía un jarrón de cristal lleno de las «antigüedades» que le encantaba coleccionar: escarabajos egipcios, hachas de mano de sílex del paleolítico, figurillas antiguas. ¿Qué relación guardaba esta ecléctica vitrina de curiosidades con el psicoanálisis? Freud trataba de investigar cómo los acontecimientos de la infancia de sus pacientes habían configurado sus personalidades adultas. Aquellos artefactos prehistóricos, solía decir a sus visitantes, eran claves de la «infancia de la especie humana». Freud había estudiado la carrera de biología durante el auge del darwinismo clásico, cuando las facultades de medicina alemanas enseñaban la recapitulación. Esta idea, impulsada en Alemania por Ernst Haeckel, mantenía que el desarrollo de cada individuo (ontogenia) es una reproducción a cámara rápida de toda la historia de la especie (filogenia)

Basándose en observaciones generales del embrión en desarrollo, la teoría de la recapitulación ejerció una gran influencia fuera del ámbito científico. Esta analogía, mal aplicada y llevada al extremo de explicar un gran número de fenómenos sociales, provocó muchos daños. Se partía de la idea inexacta de que, en diversos momentos, el embrión humano se asemeja en el vientre materno a un pez adulto, un reptil, un mono, etc., y se suponía que todos los individuos atraviesan los mismos estadios de desarrollo. Según una aplicación ampliada de esta idea, la inteligencia de los niños europeos pasaba por una etapa similar a la de los adultos de las razas contemporáneas «inferiores» (salvajes) o de nuestros ancestros prehistóricos primitivos. Los pueblos tribales que habían sido esclavizados o colonizados por los europeos se consideraban «primitivos infantiles» que requerían la firme supervisión de un misionero paternal o un administrador colonial. A la tríada de niños, salvajes y hombres primitivos, Freud añadió un cuarto elemento: el adulto neurótico. (Otros teóricos de su tiempo, como Cesare Lombroso, habían sugerido que los «criminales» y los «idiotas» se habían detenido en un estadio de desarrollo humano anterior o eran «regresiones» hacia un tipo primitivo.) Al tratar a Freud, la mayoría de los autores ha considerado que sus teorías surgieron, plenamente formadas, de su propio sistema de pensamiento, sin precedentes científicos. En realidad, como ha mostrado Frank Sulloway en Freud, Biologist of the Mind (Freud, biólogo de la mente) (1979), esta «originalidad absoluta» es un mito; las ideas evolucionistas del siglo XIX ejercieron una enorme influencia en la formación del pensamiento de Freud. El mismo Freud comenzó sus Lecciones introductorias al psicoanálisis (1916) con la afirmación de la premisa de Haeckel, que a él le parecía evidente de por sí: «Todo individuo recapitula de alguna manera en forma abreviada el entero desarrollo de la especie humana». Y, en 1938, explicaba que «con los neuróticos es como si nos halláramos en un paisaje prehistórico, por ejemplo en el jurásico. Los grandes saurios siguen aún rondando, los equisetos crecen tan altos como palmeras». Stephen Jay Gould observa que la «recapitulación fue fundamental y omnipresente en el desarrollo intelectual de Freud». Sus estadios «oral» y «anal» representan no sólo las experiencias tempranas del niño, sino que se remontan, también, a un antepasado animal cuadrúpedo. La famosa obra de Freud Tótem y tabú (1913) se subtitula: Algunos puntos de coincidencia entre la vida mental de los salvajes y los neuróticos. En esta imaginativa obra clásica, Freud meditaba sobre la relación entre el tabú del incesto, difundido por el mundo entero —el «complejo de Edipo», que creía haber encontrado en los niños— y el totemismo tribal: la identificación con un animal sagrado que sólo puede ser muerto una vez al año en que es devorado ritualmente.

Al llegar aquí, elaboró su propio mito psicoanalítico de «la horda primigenia», versión freudiana del pecado original. Freud imaginaba que la primera sociedad prehistórica había sido un clan patriarcal regido por un padre dominante que monopolizaba la comida y el sexo. Para conseguir una mujer, los hijos asesinaron a su padre. Pero entonces se sintieron demasiado culpables como para disfrutar de las mujeres. Según el pensamiento de Freud, esta situación habría sido el origen del tabú del incesto. Más tarde, los hijos aliviaron su sentimiento de culpa fundiendo el recuerdo de su padre con el de un animal simbólico totémico cuya muerte era tabú. Sin embargo, una vez al año, el tótem sagrado era muerto y devorado simbólicamente. El nuevo «mito original» de Freud era audaz e imaginativo, pero no hay pruebas de que tales sucesos hayan ocurrido nunca. Últimamente se han detectado especulaciones aún más cogidas por los pelos en su manuscrito Una fantasía filogenética, escrito en 1915 pero olvidado y guardado en un viejo baúl durante setenta años y publicado por fin en 1987. Esta extraña obra rastrea las huellas de la histeria, las obsesiones, las neurosis de angustia y otros trastornos modernos hasta la rigurosa vida de nuestros antepasados en el período glacial. La angustia, por ejemplo, surgió porque “la humanidad, bajo la influencia de las privaciones que le imponía el avance de la glaciación, se angustió de manera general. El mundo exterior, predominantemente amable hasta entonces y que ofrecía todo tipo de satisfacciones, se transformó en una masa de peligros amenazadores”. Sometidos a estas rigurosas condiciones, las personas tuvieron que limitar su número, lo que provocó una reorientación de los instintos libidinales hacia otros objetos. La situación resurge en la actualidad en forma de «histeria de conversión» o fetichismo (deseos sexuales dirigidos a objetos como el calzado o el cuero, en vez de al sexo opuesto). Según su idea, los comportamientos que carecen de sentido en el mundo actual deben de haber tenido una utilidad en el pasado y haber sido transmitidos como una especie de memoria hereditaria. Las conclusiones de Freud sobre los orígenes y disfunciones del comportamiento se basan, pues, en dos teorías biológicas anticuadas: la recapitulación, combinada con la herencia lamarckiana. La mayoría de los freudianos actuales, desconocedores de la historia de la teoría de la evolución, no pueden apreciar la profundidad con que el pensamiento de Freud hunde sus raíces en estas importantes modas científicas del siglo XIX, que han sido abandonadas desde hace mucho tiempo por los biólogos. Fuente: Milner, Richard. Diccionario de la evolución. Barcelona: Biblograf, 1995.

Origen del universo

Origen del Universo

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INTRODUCCIÓN Origen del Universo, aparición en un momento definido del pasado de toda la materia y energía existentes en la actualidad; se trata de un acontecimiento postulado por la teoría cosmológica generalmente aceptada. Los astrónomos están convencidos en su gran mayoría de que el Universo surgió en un instante definido, entre 13.500 y 15.500 millones de años antes del momento actual. Los primeros indicios de este hecho provinieron del descubrimiento por parte del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, en la década de 1920, de que el Universo se está expandiendo y los cúmulos de galaxias se alejan entre sí. La teoría de la relatividad general propuesta por Albert Einstein también predice esta expansión. Si los componentes del Universo se están separando, esto significa que en el pasado estaban más cerca, y retrocediendo lo suficiente en el tiempo se llega a la conclusión de que todo salió de un único punto matemático (lo que se denomina una singularidad), en una bola de fuego conocida como Gran Explosión o Big Bang. El descubrimiento en la década de 1960 de la radiación de fondo cósmica, interpretada como un “eco” del Big Bang, fue considerado una confirmación de esta idea y una prueba de que el Universo tuvo

un origen. M. Tegmark, A. de Oliveria-Costa, M. Devlin, B. Netterfield, L. Page & E. Wollack, Astrophysical Journal, 474, L77 Radiación cósmica Incluso cuando todas las demás fuentes de ondas de radio son eliminadas, algunos ruidos parásitos aparecen en las radios más sofisticadas. Parte de esta radiación proviene de la energía que quedó después del Big Bang, la explosión que dio origen al Universo. Como muestra este mapa obtenido por el satélite Explorador de Fondo Cósmico, la radiación de fondo cósmica no es del todo uniforme.

No hay que imaginarse el Big Bang como la explosión de un trozo de materia situado en el vacío. En el Big Bang no sólo estaban concentradas la materia y la energía, sino también el espacio y el tiempo, por lo que no había ningún lugar “fuera” de la bola de fuego primigenia, ni ningún momento “antes” del Big Bang. Es el propio espacio lo que se expande a medida que el Universo envejece, alejando los objetos materiales unos de otros.

El misterioso ruido de microondas Lectura Adicional

El profesor de la Universidad de Harvard y premio Nobel de Física 1979, Steven Weinberg, reconstruye Los tres primeros minutos del universo basándose en el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas en 1965, radiación de baja temperatura que llega desde el espacio a la superficie de la Tierra.

Fragmento de Los tres primeros minutos del universo. De Steven Weinberg. Capítulo 3. El fondo de radiación cósmica de microondas. En 1964, el laboratorio de la Bell Telephone poseía una excepcional antena de radio en Crawford Hill, Holmdel, New Jersey. Se la había construido para la comunicación a través del satélite Echo, pero sus características —un reflector de 20 pies en forma de cuerno con nivel de ruido ultrabajo— la convertían en prometedor instrumento para la radioastronomía. Dos radioastrónomos, Arno A. Penzias y Robert W. Wilson, comenzaron a usar la antena para medir la intensidad de las ondas de radio emitidas por nuestra galaxia a elevadas latitudes galácticas, esto es, fuera del plano de la Vía Láctea. Este tipo de medición es muy dificultosa. Las ondas de radio de nuestra galaxia, como de la mayoría de las fuentes astronómicas, pueden describirse fielmente como una suerte de ruido, similar al «ruido parásito» que se oye en una radio durante una tormenta. Este ruido no es fácil de distinguir del inevitable ruido eléctrico que producen los movimientos al azar de los electrones dentro de la estructura de la antena de radio y los circuitos del amplificador, o del ruido de radio que recoge la antena de la atmósfera de la Tierra. El problema no es tan serio cuando uno estudia una fuente de ruidos relativamente «pequeña», como una estrella o una galaxia distante. En este caso, se puede mover la antena de un lado a otro, entre la fuente y el cielo vacío circundante; todo ruido espurio que provenga de la estructura de la antena, los circuitos del amplificador o la atmósfera de la Tierra será el mismo se apunte la antena a la fuente o al cielo cercano, de modo que se lo anula cuando se comparan las dos observaciones. Pero Penzias y Wilson trataban de medir el ruido de radio proveniente de nuestra galaxia, es decir del cielo

mismo. Por lo tanto, era vitalmente importante identificar todo ruido eléctrico que pudiera producirse dentro del sistema receptor. Las pruebas anteriores de este sistema, en efecto, habían revelado un poco más de ruido del que se podía descontar, pero parecía probable que esta discrepancia se debiese a un ligero exceso de ruido eléctrico en los circuitos del amplificador. Para eliminar tales problemas, Penzias y Wilson usaron un recurso llamado de «carga en frío»: se comparaba la energía proveniente de la antena con la producida por una fuente artificial enfriada con helio líquido, a unos cuatro grados por encima del cero absoluto. El ruido eléctrico en los circuitos del amplificador sería el mismo en ambos casos, y por ende se lo podía anular en la comparación, permitiendo así una medición directa de la energía proveniente de la antena. La energía de la antena medida de esta manera sólo consistiría en los aportes de la estructura de la antena, la atmósfera de la Tierra y cualquier fuente astronómica de ondas de radio. Penzias y Wilson esperaban que hubiera muy poco ruido eléctrico dentro de la estructura de la antena. Sin embargo, para verificar esta suposición, comenzaron sus observaciones en una longitud de onda relativamente corta, de 7,35 centímetros, en la que el ruido de radio de nuestra galaxia es despreciable. Naturalmente cabía esperar en esta longitud de onda algún ruido de radio proveniente de la atmósfera de la Tierra, pero éste tiene una característica dependencia de la dirección: es proporcional al espesor de la atmósfera a lo largo de la dirección en la que se apunta la antena, menor hacia el cenit y mayor hacia el horizonte. Se esperaba que, después de substraer un término atmosférico con esta característica dependencia de la dirección, esencialmente no quedaría energía de la antena, y esto confirmaría que el ruido eléctrico producido dentro de la estructura de la antena era, en verdad, despreciable. Entonces podrían continuar estudiando la galaxia misma a una longitud de onda mayor, de unos 21 centímetros, a la que se esperaba que el ruido de radio galáctico fuera apreciable. (Dicho sea de paso, las ondas de radio con longitudes de onda como 7,35 centímetros o 21 centímetros, y hasta 1 metro, son llamadas «radiación de microondas». Se las llama así porque esas longitudes de onda son menores que las de la banda de VHF usadas por el radar a comienzos de la Segunda Guerra Mundial.) Para su sorpresa, Penzias y Wilson hallaron en la primavera de 1964 que captaban una cantidad apreciable de ruido de microondas a 7,35 centímetros que era independiente de la dirección. También hallaron que este «ruido parásito» no variaba con la hora del día ni con la estación, a medida que avanzaba el año. No parecía que pudiera provenir de nuestra galaxia, pues si así fuera, entonces la gran galaxia M31 de Andrómeda, que en la mayoría de los aspectos es similar a la nuestra, presumiblemente también tendría una fuerte radiación en 7,35 centímetros, y este ruido de microondas ya habría sido observado. Sobre todo, la ausencia de toda variación en el ruido de microondas observado con respecto a la dirección indicaba claramente que esas ondas de radio, si

eran reales, no provenían de la Vía Láctea, sino de un volumen mucho mayor del Universo. Evidentemente, era necesario cerciorarse otra vez de que la antena misma no estaba generando más ruido eléctrico que el esperado. En particular, se sabía que un par de palomas habían estado posándose en el cuello de la antena. Las palomas fueron atrapadas, enviadas a los Laboratorios Bell en Whippany, liberadas, halladas nuevamente en la antena de Hoimdel unos días más tarde, atrapadas nuevamente, y por último disuadidas por medios más decisivos. Pero en el curso de su permanencia las palomas habían cubierto el cuello de la antena con lo que Penzias llamaba delicadamente «un material dieléctrico blanco», y a la temperatura ambiente este material podía ser una fuente de ruido eléctrico. A principios de 1965 fue posible desarmar el cuello de la antena y limpiar la suciedad, pero esto, y todos los demás esfuerzos, sólo produjo una disminución muy pequeña del ruido observado. Subsistía el misterio: ¿de dónde provenía el ruido de microondas? El único dato numérico de que disponían Penzias y Wilson era la intensidad del ruido de radio que habían observado. Para describir esta intensidad, usaron un lenguaje que es común entre los ingenieros radioeléctricos, pero que en este caso resultó tener una inesperada importancia. Cualquier cuerpo a cualquier temperatura superior al cero absoluto emite siempre un ruido radioeléctrico, producido por los movimientos térmicos de los electrones internos del cuerpo. Dentro de una caja con paredes opacas, la intensidad del ruido en cualquier longitud de onda determinada sólo depende de la temperatura de las paredes: cuanto mayor es la temperatura, tanto mayor es el ruido. Así, es posible describir la intensidad de ruido observado a una determinada longitud de onda en términos de una «temperatura equivalente», la temperatura de las paredes de una caja dentro de la cual el ruido tendría la intensidad observada. Por supuesto, un radiotelescopio no es un termómetro; mide la intensidad de las ondas de radio registrando las pequeñas corrientes eléctricas que las ondas generan en la estructura de la antena. Cuando un radioastrónomo dice que observa ruido radioeléctrico con un equivalente de temperatura tal y cual, sólo quiere decir que ésta es la temperatura de la caja opaca en la cual tendría que colocarse la antena para producir la intensidad de ruido observada. Desde luego, el que la antena se halle o no en tal caja es otra cuestión. (Para prevenir objeciones de los expertos, debo decir que los ingenieros de radio a menudo describen la intensidad de un ruido de radio en términos de la llamada temperatura de antena, que es un poco diferente de la «temperatura equivalente» descrita. Para las longitudes de onda y las intensidades observadas por Penzias y Wilson, las dos definiciones son prácticamente idénticas.) Penzias y Wilson hallaron que la temperatura equivalente del ruido que recibían era de unos 3,5 grados centígrados por encima del cero absoluto (o, más exactamente, entre 2,5 y 4,5 grados por sobre el cero absoluto). Las temperaturas medidas en la escala centígrada pero referidas al cero absoluto, y no al punto de fusión del hielo, son los

«grados Kelvin». Así, el ruido de radio observado por Penzias y Wilson podría describirse como con una «temperatura equivalente» de 3,5 grados Kelvin, o 3,5° K, para abreviar. Esto era mucho más de lo esperado, pero aún se trataba de una temperatura muy baja en términos absolutos, por lo que no cabe sorprenderse de que Penzias y Wilson dieran vueltas un poco a este resultado antes de darlo a conocer. Sin duda no fue inmediatamente obvio que se trataba del más importante avance cosmológico desde el descubrimiento de los corrimientos hacia el rojo. Fuente: Weinberg, Steven. Los tres primeros minutos del universo. Versión española de Néstor Míguez. Madrid: Alianza Editorial, 1982.

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© Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Nacimiento de las fuerzas fundamentales Un segundo después del Big Bang ya habían surgido cuatro fuerzas que aún gobiernan el Universo. Estas fuerzas son la gravitación, el electromagnetismo y las interacciones nucleares débil y fuerte. El Universo empezó en un estado de densidad y temperatura inconcebiblemente elevadas, y es muy probable que entonces existiera una única fuerza. A medida que el Universo se expandía y enfriaba, esa fuerza dio lugar a la gravedad, que afecta a todas las partículas, y a una ‘gran fuerza unificada’. Después de la era inflacionaria, en la que el Universo multiplicó repetidamente su tamaño a un ritmo fabuloso, la gran fuerza unificada originó la interacción nuclear fuerte que conocemos actualmente, y que es la responsable de mantener unidos los núcleos atómicos, y la fuerza electrodébil, una combinación de electromagnetismo e interacción nuclear débil. Cuando el Universo tenía aproximadamente 10-8 s (una cienmillonésima de segundo) de antigüedad, la fuerza electrodébil se dividió en la interacción nuclear débil, que rige la radiactividad, y el electromagnetismo.

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La teoría inflacionaria, teoría estándar del origen del Universo, implica un proceso denominado inflación, y se basa en una combinación de las ideas cosmológicas con la teoría cuántica y la física de las partículas elementales. Si tomamos como tiempo cero el momento en que todo surgió a partir de una singularidad, la inflación explica cómo una “semilla” extremadamente densa y caliente que contenía toda la masa y energía del Universo, pero de un tamaño mucho menor que un protón, salió despedida hacia afuera en una expansión que ha continuado en los miles de millones de años transcurridos desde entonces. Según la teoría inflacionaria, este empuje inicial fue debido a procesos en los que una sola fuerza unificada de la naturaleza se dividió en las cuatro fuerzas fundamentales que existen hoy: la gravitación, el electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil. Esta breve descarga de antigravedad surgió como una predicción natural de los intentos de crear una teoría que combinara las cuatro fuerzas (véase Teoría de la gran unificación). La fuerza inflacionaria sólo actuó durante una minúscula fracción de segundo, pero en ese tiempo duplicó el tamaño del Universo 100 veces o más, haciendo que una bola de energía unas 1020 veces más pequeña que un protón se convirtiera en una zona de 10 cm de extensión (aproximadamente como una naranja grande) en sólo 15 × 10-33 segundos. El empuje hacia afuera fue tan violento que, aunque la gravedad está frenando las galaxias desde entonces, la expansión del Universo continúa en la actualidad. Aunque siguen debatiéndose los detalles del funcionamiento de la inflación, los cosmólogos creen entender todo lo que ha ocurrido con posterioridad, desde que el Universo tenía una diezmilésima de segundo de antigüedad, cuando la temperatura era de un billón de grados y la densidad era en todas partes la que existe actualmente en el núcleo de un átomo. En esas condiciones, las partículas materiales como electrones o protones eran intercambiables con energía en forma de fotones (radiación). Los fotones perdían energía, o desaparecían por completo, y la energía perdida se convertía en partículas. Al contrario, las partículas desaparecían y su energía reaparecía como fotones, según la ecuación de Einstein E = mc2. Aunque estas condiciones son extremas en comparación con nuestra experiencia cotidiana, corresponden a energías y densidades estudiadas rutinariamente en los actuales aceleradores de partículas: por eso los teóricos están convencidos de entender lo que ocurría cuando todo el Universo se hallaba en ese estado. A medida que el Universo se iba enfriando, los fotones y las partículas materiales ya no tenían suficiente energía para ser intercambiables, y el Universo, aunque seguía expandiéndose y enfriándose, empezó a estabilizarse en un estado en el que el número de partículas permanecía constante (materia estable bañada en el calor de la radiación). Una centésima de segundo después del “principio”, la temperatura había caído hasta los 100.000 millones de grados, y los protones y neutrones se habían estabilizado. Al

principio había el mismo número de protones que de neutrones, pero durante un tiempo las interacciones entre estas partículas y los electrones de alta energía convirtieron más neutrones en protones que protones en neutrones. Una décima de segundo después del principio, ya sólo había 38 neutrones por cada 62 protones, y la temperatura había bajado a 30.000 millones de grados. Algo más de un segundo después del nacimiento del Universo sólo había 24 neutrones por cada 76 protones, la temperatura había descendido hasta 10.000 millones de grados, y la densidad de todo el Universo “sólo” era 380.000 veces superior a la del agua. Para entonces, el ritmo de los cambios estaba decelerando. Fueron necesarios casi 14 segundos desde el principio para que el Universo se enfriara hasta los 3.000 millones de grados, momento en que las condiciones fueron lo suficientemente suaves para permitir los procesos de fusión que se producen en una bomba de hidrógeno (véase Armas nucleares) o en el corazón del Sol. En esa fase, los protones y neutrones individuales empezaron a permanecer unidos al colisionar, formando un núcleo de deuterio (hidrógeno pesado) antes de separarse por efecto de nuevas colisiones. Algo más de tres minutos después del principio, el Universo era unas 70 veces más caliente que el centro del Sol en la actualidad. Se había enfriado hasta sólo 1.000 millones de grados. Para entonces únicamente había 14 neutrones por cada 86 protones, pero llegados a ese punto los núcleos de deuterio no sólo podían formarse sino también sobrevivir como núcleos estables a pesar de las colisiones. Esto hizo posible que algunos neutrones de la bola de fuego del Big Bang sobrevivieran hasta el momento actual.

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FORMACIÓN DE NÚCLEOS Y ÁTOMOS

Desde ese momento hasta aproximadamente cuatro minutos después del principio tuvieron lugar una serie de reacciones nucleares que convirtieron algunos de los protones (núcleos de hidrógeno) y núcleos de deuterio en núcleos de helio (cada uno con dos protones y dos neutrones), junto con trazas de otros núcleos ligeros, en un proceso conocido como nucleosíntesis. Sólo algo menos del 25% del material nuclear terminó en forma de helio, y el resto (salvo una fracción de un 1%) en forma de hidrógeno. No obstante, la temperatura aún era demasiado alta para que estos núcleos pudieran capturar electrones y formar átomos estables. Algo más de 30 minutos después del principio, la temperatura del Universo era de 300 millones de grados, y la densidad había disminuido espectacularmente hasta ser sólo un 10% de la del agua. Los núcleos de hidrógeno y helio, con carga positiva, coexistían con electrones libres (de carga negativa); debido a su carga eléctrica, tanto los núcleos como los electrones seguían interaccionando con los fotones. La materia se encontraba en un estado denominado plasma, similar al estado de la materia que existe en la actualidad en el interior del Sol. Esta actividad prosiguió durante unos 300.000 años, hasta que el Universo en expansión se enfrió hasta la temperatura que existe hoy en la superficie del Sol, unos 6.000 ºC. Esa temperatura era suficientemente fría para que los núcleos empezaran a capturar

electrones y formar átomos. Durante los 500.000 años siguientes, todos los electrones y núcleos se unieron de este modo para formar átomos de hidrógeno y helio. Como los átomos son en su conjunto eléctricamente neutros, dejaron de interaccionar con la radiación. El Universo se hizo transparente por primera vez, al poder pasar los fotones de radiación electromagnética junto a los átomos de materia sin ser perturbados. Es esta radiación, enfriada ya hasta unos -270 ºC (3 K), la que detectan los radiotelescopios como microondas de la radiación de fondo. Esta radiación no ha interaccionado con la materia desde unos cientos de miles de años después del principio, y todavía lleva la huella (en forma de ligeras diferencias en la temperatura de radiación, según las distintas direcciones del cielo) de la distribución de la materia en aquel tiempo. Las estrellas y galaxias no pudieron empezar a formarse hasta aproximadamente un millón de años después del principio, una vez que la materia y la radiación se “desacoplaran” según se ha descrito.

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MATERIA OSCURA

Hay otro componente del Universo, además de la materia nuclear y la radiación, que surgió del Big Bang y desempeñó un importante papel en la formación de galaxias. Al igual que las teorías de la gran unificación predicen la inflación, que es lo que los cosmólogos necesitan para que el Universo “arranque”, estas teorías también predicen la existencia de otras formas de materia, que resultan ser precisamente lo que necesitan los cosmólogos para explicar la existencia de estructura en el Universo. Los astrónomos saben desde hace décadas que hay mucha más materia en el Universo de la que podemos ver. La existencia de esta materia se manifiesta a través de la atracción gravitatoria que ejerce sobre las galaxias y cúmulos de galaxias visibles, lo que afecta a la forma en que se mueven. Al menos hay 10 veces más materia oscura en el Universo que materia luminosa, y puede que haya hasta 100 veces más. No es posible que toda esta materia se halle en la forma de la materia que conocemos (a veces llamada materia bariónica), porque en ese caso no funcionaría el modelo del Big Bang resumido aquí. En particular, la cantidad de helio producida en el Big Bang no coincidiría con la cantidad observada en las estrellas más antiguas, que se formaron poco después. Las teorías de la gran unificación predicen que en la primera fracción de segundo de la existencia del Universo también debería haberse producido a partir de la energía una gran cantidad de materia de otro tipo (llamada materia oscura). Esta materia tendría la forma de partículas que no participan en interacciones electromagnéticas ni en ninguna de las dos interacciones nucleares, y sólo se ven afectadas por la cuarta fuerza fundamental, la gravedad. Estas partículas se conocen como WIMP, acrónimo inglés de ‘partículas masivas de interacción débil’. La única forma en que las WIMP afectan al tipo de materia de la que estamos formados (materia bariónica) es a través de la gravedad. La consecuencia más importante de ello es que, cuando el Universo surgió del Big Bang y la materia ordinaria y la radiación se desacoplaron, las irregularidades en la distribución de las WIMP en el espacio crearon

enormes “baches” gravitatorios que frenaron el movimiento de las partículas de materia bariónica. Esto habría posibilitado la formación de estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias, y explicaría la distribución actual de los cúmulos de galaxias en el Universo, en una estructura esponjosa formada por hojas y filamentos arrollados alrededor de “burbujas” oscuras carentes de galaxias.

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LA CONVERGENCIA DE LA FÍSICA Y LA COSMOLOGÍA

Aunque quedan por averiguar muchos detalles —en particular, la forma exacta en que se forman las galaxias—, este modelo estándar de las primeras etapas evolutivas del Universo descansa sobre bases sólidas. Las teorías de la gran unificación predicen tanto la inflación como la presencia de materia oscura, sin las cuales la cosmología tendría graves problemas. Sin embargo, estas teorías fueron desarrolladas de forma aislada de la cosmología, sin pensar que sus resultados podían aplicarse al Universo en su conjunto. Las medidas de la actual radiación de fondo revelan la temperatura que existía en el Universo en la fase de nucleosíntesis, y llevan a la predicción de que el 25% de la materia de las estrellas antiguas debería encontrarse en forma de helio, lo que coincide con las observaciones. Además, la estructura detallada de ondulaciones en la radiación de fondo, detectada por el satélite COBE, revela la influencia de materia oscura que actuó gravitatoriamente sobre la materia luminosa algunos cientos de miles de años después del principio y formó el tipo de estructuras a gran escala que corresponde a la distribución actual a gran escala de las galaxias. La coincidencia entre los hallazgos de la física de partículas (el mundo de lo extremadamente pequeño) obtenidos en experimentos terrestres y la estructura del Universo en expansión (el mundo de lo extremadamente grande) deducida de las observaciones astronómicas es lo que convence a los cosmólogos de que, si bien quedan detalles por resolver, la idea general del origen del Universo es esencialmente correcta.