Del origen de la vida, la mente y el universo

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¡Buenas tardes, habitantes de este Universo Paralelo! Hoy tenemos un número dedicado a las grandes preguntas de la ciencia. Las más grandes de todas. Las preguntas primigenias: ¿Cómo nació la vida? ¿Cómo nació la mente? ¿Cómo nació el universo?

• La mala noticia es que no sabemos. La buena es que vivimos tiempos en que estas preguntas pueden ser tratadas científicamente y, aunque estamos lejos de responderlas, hemos avanzado y aprendido mucho en el intento.

La doctora en Genética Molecular y Microbiología Nicole Trefault nos ayudará con las dos preguntas iniciales. Primero, visitando las profundidades marinas en donde nació el último antepasado común universal, ese primer organismo vivo, antepasado de todas las especies que habitan y habitaron el planeta.

• Luego, la profesora Trefault –que es también vicerrectora de Investigación de la Universidad Mayor– nos introducirá en los misterios del origen de las neuronas y el cerebro, órgano en donde la mente se origina.

El cuestionario lo contesta en esta oportunidad Natalia Inostroza, doctora en Fisicoquímica Molecular. Ella es directora del Núcleo de Astroquímica y Astrofísica de la Universidad Autónoma. El origen de la vida es uno de los temas que la apasionan. Para eso estudia la química de las moléculas de la vida. En la Tierra y en el cosmos.

En la imagen de la semana tenemos un hermoso time-lapse creado por el fotógrafo Gabriel Muñoz. Se trata de una hermosa escena de la intensa actividad del volcán Villarrica durante una noche estrellada.

• En las Breves Paralelas hablaremos un poco del origen del universo, además de rendir homenaje a la física Rosemary Fowler, descubridora del kaón, quien a los 98 años recibió un doctorado honorífico.
• Para terminar, tenemos dos libros sobre el origen para recomendar. Uno acerca del origen de la historia; otro sobre el del universo. Además, te recomendamos un nuevo newsletter que lanzó El Mostrador, que aborda temas ambientales y climáticos.

Espero que disfruten de esta edición de nuestro Universo Paralelo. Que se transporten a nuestros orígenes. Después de todo, es la mejor manera de conocernos a nosotros mismos y entender el presente. Este presente en donde espero que me ayuden a promover la ciencia en los medios. Para esto, por favor compartan el newsletter. Y si les llegó de alguien, ¡inscríbanse ya!

MI NOMBRE ES LUCA, VIVÍ EN EL EÓN ARCAICO

Por Nicole Trefault

Doctora en Genética Molecular y Microbiología

¿Cómo surgió la vida en la Tierra? Es una de las preguntas fundamentales de la humanidad. Aunque la ciencia no tiene una respuesta consensuada, se sabe que toda la vida proviene de un solo organismo.LUCA, del inglés Last Universal Common Ancestor (último antepasado común universal), es la primera forma de vida que emergió en la Tierra y es el antepasado común de todas las especies que han existido. Conocer más sobre LUCA, entender cómo era, cuándo apareció y en qué tipo de ambiente vivió es fundamental para comprender mejor el origen de la vida.

• Un equipo de investigación de Europa y Japón ha obtenido importantes resultados en torno a la naturaleza de nuestro célebre antecesor.
• ¿Cuándo apareció LUCA?

Estudios previos habían establecido una restricción para la edad de LUCA, basándose en el supuesto de que la vida no podría haber sobrevivido al periodo conocido como bombardeo pesado tardío. Este, que ocurrió hace unos 3.700 a 3.900 millones de años, fue una época en la que el planeta fue intensamente bombardeado por asteroides. Sin embargo, existe mucha controversia sobre esta hipótesis, que fue desestimada en el nuevo trabajo. El equipo de investigación ajustó registros fósiles, isótopos radiactivos, datos moleculares y modelos matemáticos para calibrar la raíz del árbol de la vida. Los resultados sugieren que LUCA apareció hace aproximadamente 4.200 millones de años, una edad muy cercana al origen de la Tierra.

• ¿Qué tipo de organismo fue LUCA?

Además, el grupo de investigación logró deducir las características fisiológicas y genómicas de LUCA. Este organismo habría sido capaz de obtener su propio carbono en ausencia de oxígeno. Los investigadores también lograron reconstruir su genoma, que resultó ser asombrosamente similar al de algunas bacterias y arqueas actuales. Entre estos hallazgos se incluye la presencia de un sistema inmune muy primitivo, lo que implica que los virus han estado presentes en el planeta casi desde su origen.

• ¿En qué tipo de ambiente y cómo vivió LUCA?

LUCA es el nodo más antiguo del árbol de la vida que podemos reconstruir con la información actual. Los resultados muestran que LUCA es producto de un período evolutivo altamente innovador, durante el cual muchos componentes esenciales de las células primitivas ya estaban presentes. Aunque no podemos reconstruir los genomas de los contemporáneos de LUCA, podemos inferir características sobre sus fisiologías, basándonos en el genoma reconstruido de LUCA. Estas características sugieren que LUCA interactuaba con otros microorganismos, formando parte de un ecosistema complejo y no viviendo de manera aislada.

• Una pregunta que sigue sin respuesta es cómo ocurrió la evolución desde el origen de la vida hasta la aparición de las comunidades tempranas que coexistieron con LUCA. Al comparar la edad inferida de LUCA con la edad de la Tierra y la Luna, observamos que la aparición de la vida en el planeta requirió un intervalo de tiempo geológicamente corto. El impacto de esta aparición sobre el sistema terrestre primitivo fue monumental, marcando el inicio de la increíble historia de la vida en nuestro planeta.

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DE ESPONJAS Y EL ORIGEN DE LA MENTE

Spongilla lacustris, Hanford Reach del río Columbia, Washington, EE. UU. | Kirt L. Onthank.

La mente humana es uno de los objetos más fascinantes del universo. ¿Cómo evolucionó el sistema nervioso para llegar a formarla? Se cree que la neurona se originó hace unos 650 millones de años. Para entender este proceso evolutivo, es útil observar a animales primitivos, similares a los que existieron al inicio de la historia multicelular. Sabemos que existen células similares a las neuronas en los ctenóforos, un grupo de animales que aparecieron hace más de 500 millones de años, parecidos a las medusas. Estas neuronas, sin embargo, carecen de la expresión de la mayoría de los genes presentes en las neuronas modernas.

• Los ctenóforos no forman parte de nuestra genealogía, por lo que nuestro cerebro no pudo evolucionar a partir de ellos. Venimos de una rama evolutiva que se inicia con las esponjas, nuestros parientes animales más lejanos.
• Las esponjas no tienen sistema nervioso ni intestino, pero poseen un cuerpo simple para alimentarse por filtración y una compleja simbiosis con microorganismos que les ayuda en múltiples funciones. A pesar de su organización sencilla, tienen genes que normalmente se expresan en neuronas o músculos.

Estudiando la esponja de agua dulce Spongilla lacustris, científicas del Laboratorio Europeo de Biología Molecular obtuvieron información del cuerpo completo de una esponja, célula a célula. Utilizaron una técnica para secuenciar el material genético de células individuales e identificaron 18 tipos diferentes. Una de ellas sería el precursor de las neuronas modernas. Tiene tanto propiedades neuronales como inmunes y se conoce como célula neuroide.

• El equipo propuso que las primeras neuronas podrían haber sido similares a estas, adquiriendo luego la capacidad de formar sinapsis, axones y dendritas, y generar señales eléctricas rápidas, dando origen a las neuronas de animales más complejos, como las medusas.

Otro estudio reciente mostró que algunos genes neuronales también están presentes en las células de los placozoos, animales marinos milimétricos que aparecieron hace unos 800 millones de años, 150 millones de años antes de las primeras neuronas. A diferencia de los ctenóforos, los genes relacionados con la formación de neuronas sí se expresan en los placozoos. Los placozoos, ctenóforos y esponjas nos muestran los múltiples caminos, bifurcaciones y callejones sin salida de la evolución. La mente humana es producto de uno de estos, que –de manera intrincada y fascinante– partió su historia en el fondo marino, en una sencilla esponja que jamás pudo imaginar sus consecuencias.

EL CUESTIONARIO: NATALIA INOSTROZA

Cada semana hacemos las mismas cuatro preguntas a un científico. En esta edición, entrevistamos a Natalia Inostroza, doctora en Fisicoquímica Molecular y directora del Núcleo de Astroquímica y Astrofísica de la U. Autónoma.

-¿Qué te motivó a dedicarte a la ciencia?

-Desde pequeña fui muy curiosa, me pasaba las tardes de verano hojeando Icaritos que llegaban semanalmente a casa. Crecí escuchando historias de libros y películas de ciencia ficción y cómics. Creo que esto gatilló en parte mi inspiración, así fue como descubrí el gusto por el cosmos, a partir de la ciencia ficción en películas como Star Wars o series como Start Trek. En el patio de mi casa desarrollé habilidades químicas haciendo extracciones a las flores más coloridas de mi madre, que luego eran un apetecido jugo para mis vecinas. También me gustaba observar a las hormigas y entender cómo, por ejemplo, transportaban sus alimentos. Estas sin duda fueron víctimas de mi curiosidad, ayudándola a conocer el ácido fórmico de diversas maneras. Desde esta etapa hasta la etapa escolar seguí siendo muy curiosa y ya en la educación media destacaba mayormente en ciencias, pero no mucho más que en otras áreas; sin embargo, esto determinó mi elección. Yo quería entender qué era el mol y de qué estaba compuesto esencialmente todo ello que me rodeaba. Es así como llegué a ser científica.

-¿Cuál es la obra científica que más influyó en tu actividad?

-Recuerdo que, sobre mis 12 años, llegó a casa el libro Historia del tiempo, de Stephen Hawking. Y empezaron las preguntas: ¿de dónde surgió el cosmos?, ¿hubo un principio en el tiempo?, ¿el universo es infinito?, etc. No creo que en ese momento de mi corta vida yo haya entendido algo realmente de ese libro, pero lo llevaba conmigo e intentaba comprender esos conceptos tan lejanos para mí. Con los años, seguí leyendo y profundizando algunos conceptos muchas otras veces con este libro. Sin embargo, debo reconocer que 2001: una odisea del espacio, de Stanley Kubrick, despertó en mí las ganas de comprender la evolución desde la ciencia, momento en el cual comencé a leer a Darwin y El origen de las especies. Estos libros, así como la ciencia ficción, fueron sin duda mi motor intelectual hasta el día de hoy.

-¿Cuál es el problema científico más importante por resolver?

-Desde mi sesgo, el origen de la vida es para mí la gran pregunta. Creo que tenemos un puzle con muchas partes y, aun cuando sabemos hoy por hoy cuáles son los procesos necesarios para que esta se origine tal y como la conocemos, veo que aún es mucha la incertidumbre para comprender cómo surge la vida, al menos en nuestro planeta. Hace 30 años pensábamos que existían planetas fuera del sistema solar, pero no lo habíamos comprobado. Hoy en día hemos identificado más de 5 mil exoplanetas. Esto se ha conseguido gracias al desarrollo de tecnología y nuestros instrumentos para estudiar el universo. Desde este punto de vista, avanzar en astroingeniería seguirá siendo fundamental en las próximas décadas.

-¿Cuál es la pregunta que te desvela como científica y cómo la enfrentas?

-Las moléculas orgánicas complejas conocidas como COMs, por sus siglas en inglés, son especies que, de acuerdo con la definición en astroquímica, contienen más de 6 átomos. Este tema es uno de los que hoy me despiertan a mitad de la noche cuando me pregunto cómo se ha formado la urea, una simple molécula que se ha detectado a más de 300 años luz y de la cual, si bien sabemos mucho, no tenemos una idea clara de cómo llegó a formarse. En este contexto, tenemos modelos y podemos hipotetizar respecto de esta formación tanto para la urea como para otras COMs, pero en rigor no entendemos cómo se están formando estas especies. Lo que sí es claro, o al menos estrictamente necesario, es que se requiere de una superficie para que estos procesos moleculares se den de manera efectiva. Estas superficies son los granos de polvo estelar. Es por eso que muchos científicos utilizamos la frase “in dust we trust” (en analogía a la frase impresa en el dólar estadounidense), dado que sin polvo estelar no habría COMs. Y sin COMs no habría vida, ni mucho de lo que hoy damos por sentado y conocido.

LA IMAGEN DE LA SEMANA

Crédito: Gabriel Muñoz – Para ver la versión en video, haz clic aquí

Esta impresionante imagen, y el video en time-lapse al que puedes acceder cliqueándola, son obras del fotógrafo Gabriel Muñoz, a partir de una serie de fotografías que tomó la noche del 11 de mayo recién pasado. La imagen captura la majestuosidad del volcán Villarrica, uno de los más activos de Chile, durante una noche clara y estrellada.

La fotografía revela la Vía Láctea extendiéndose a través del cielo, creando un espectacular telón de fondo para contemplar la actividad volcánica, que, en el video, vemos girar lentamente, debido a la rotación del planeta. La combinación de la furiosa actividad volcánica con la apacible serenidad del cielo nocturno ofrece un contraste asombroso y le da gran fuerza emocional a la imagen.

El volcán Villarrica –conocido por su cono casi perfecto y su cráter activo– es una maravilla natural que destaca en el sur de Chile. La imagen no solo resalta la actividad geológica del área, sino también la claridad de su cielo nocturno, un paraíso para los observadores de estrellas.

La razón por la que la galaxia en que vivimos, la Vía Láctea, se muestra como esa franja que divide el cielo fue discutida en otra imagen de la semana que puedes visitar aquí. Las imágenes, además de la Vía Láctea, muestran claramente la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes, dos galaxias enanas vecinas a la nuestra, y que podemos ver más abajo y hacia la derecha.

• Estas pequeñas galaxias están a 160.000 y 200.000 años luz de distancia, respectivamente.

En el segundo 10 del video, vemos pasar un meteorito, añadiendo un toque dinámico a la escena. Se trata de una pequeña roca espacial que cae. Es la fricción con la atmósfera lo que la calienta y pone incandescente.

Quiero agradecer a Gabriel Muñoz por la gentileza de regalarnos una tan bella imagen de la semana.

• Otro de sus videos en time-lapse de esa noche fue publicado en la página «Astronomy image of the day» de la NASA. ¡Un gran logro!

Si te gustó esta escena tanto como a mí, te pido que visites la página de Instagram de Gabriel en este link, en donde muestra muchas otras fotografías y videos de la naturaleza y el cosmos.

BREVES PARALELAS

– Comúnmente se dice que el universo, tal como lo conocemos, nació hace 13.700 millones de años en una gran explosión o big bang. El «tal como lo conocemos» es crítico aquí. Usando las leyes de la física en reversa y las observaciones actuales, podemos concluir, con una enorme certeza, que hace 13.700 millones de años el universo estaba contraído a un punto ínfimo, muy denso y caliente. El big bang.

• Si continuamos con las leyes conocidas hacia atrás en el tiempo, terminaremos en un punto sin dimensión, de densidad y temperatura infinitas. Y eso no tiene sentido.

Afortunadamente, sabemos que no pudo haber ocurrido. Las leyes de la física que conocemos no tienen validez alguna en esas condiciones y, por lo tanto, la predicción no es posible. Es por esto que realmente no sabemos lo que ocurrió antes del big bang, cuando las dimensiones de todo eran tan inmensamente pequeñas. No entendemos aún la física que estaba en juego.

• Porque, cuando nos acercamos a distancias menores que 10^-33cm, sabemos que la teoría de la gravedad de Einstein no puede funcionar. Allí, en el ámbito de lo minúsculo, requeriríamos una versión cuántica de la gravedad, y hasta el día de hoy nadie sabe con precisión cómo sería esa teoría.
• Por supuesto, ha habido muchos avances en los últimos 50 años en estas materias. Existen ideas muy bellas de cómo debió ser el universo «antes del big bang». Pero estamos lejos de develar el misterio.
• ¿Quién dijo, después de todo, que el problema del origen del espacio, del tiempo y la materia sería uno simple?

– Rosemary Fowler es una física de 98 años, famosa por haber descubierto una partícula subatómica conocida como kaón. Esta semana recibió un doctorado honorífico de la Universidad de Bristol. Mismo doctorado que abandonó hace 75 años para formar una familia.

• Su descubrimiento del kaón impulsó una revolución en la teoría de partículas. Sin embargo, en la Gran Bretaña de la posguerra, decidió dejar la academia al casarse con el físico Peter Fowler en 1949.

En 1948, el equipo de física de rayos cósmicos de Bristol, liderado por el profesor Cecil Powell, buscaba nuevas partículas fundamentales. Habían descubierto el pion, por el cual Powell recibiría el Premio Nobel en 1950. Con solo 22 años, Fowler observó una partícula que se desintegraba en tres de estos piones, identificándola como nueva e importante. Fowler alcanzó a publicar tres artículos académicos antes de abandonar la universidad. Su contribución ha dejado una huella duradera en la física de partículas y su reconocimiento tardío subraya la importancia de su trabajo pionero.

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RECOMENDACIONES

Ya que estamos hablando del origen, recomendaremos un libro sobre uno del que no hablamos: el origen de la historia.

• Orígenes. Cómo la historia de la Tierra determina la historia de la humanidad, de Lewis Dartnell (Debate, 2019), es una fascinante obra que explora la interconexión entre la geología, el clima y la historia humana. Dartnell, con su estilo accesible, nos muestra cómo la formación de continentes, los cambios climáticos y el acceso a recursos naturales han influido en el desarrollo de civilizaciones y eventos históricos.

Desde la fértil Mesopotamia hasta la Revolución Industrial impulsada por el carbón, Dartnell ofrece una nueva perspectiva sobre cómo el planeta ha moldeado nuestro pasado y seguirá influyendo en nuestro futuro. Con ejemplos concretos y explicaciones claras, este libro es una lectura esencial para quienes buscan entender cómo la historia de la Tierra se entrelaza con la de la humanidad.

• Por otro lado, para los que quedaron sedientos de saber más sobre el origen del universo, les recomiendo un libro que, a pesar de haber sido escrito en 1979, sigue siendo una obra maestra de la no ficción científica: Los tres primeros minutos del universo, de Steven Weinberg(Alianza Editorial, 2016), uno de los físicos teóricos más influyentes de la segunda mitad del siglo XX. En la década de los 70 fue uno de los creadores de la teoría de las fuerzas nucleares débiles, uno de los pilares del modelo estándar de las partículas elementales.

Los tres primeros minutos del universo es una obra seminal, que nos lleva a los momentos iniciales después del big bang, detallando cómo se formaron las partículas y los átomos. Weinberg –quien murió hace apenas un par de años– fue un protagonista de primera línea en la historia de la física moderna. Es por eso que con su mirada, su sentido estético, su erudición y su pasión por la física nos lleva a un viaje lleno de misterio que nos sorprende, nos provoca y estimula nuestro intelecto.

• Una recomendación más. Si te interesan los temas del medio ambiente, la energía, la crisis climática y la biodiversidad, que en ocasiones tratamos también aquí, te tengo una buena noticia. Un nuevo newsletter se une a la familia de El Mostrador. Se trata de Juego Limpio, de Héctor Cossio. Puedes leer la primera edición aquí. Si te gusta, allí mismo puedes inscribirte gratis.

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Eso es todo en esta edición de Universo Paralelo. Sé que quedaste con muchas preguntas. Yo también. Así es la ciencia. Ya sabes, si tienes comentarios, recomendaciones, fotos, temas que aportar, puedes escribirme a universoparalelo@elmostrador.cl. Gracias por ser parte de este Universo Paralelo. ¡Hasta la próxima semana!  Inscríbete gratis