Teora del Big BangBig Bang redirige aqu. Para otras acepciones, vase Big Bang (desambiguacin). Para la serie de televisin, vase The Big Bang Theory.

Segn la teora del Big Bang, el Universo se origin en una singularidad espaciotemporal dedensidad infinita matemticamente paradjica. El espacio se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofsicos se han alejado unos respecto de los otros.

En cosmologa fsica, la teora del Big Bang o teora de la gran explosin es un modelo cientfico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de unasingularidad espaciotemporal. Tcnicamente, este modelo se basa en una coleccin de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lematre Robertson - Walker. El trmino "Big Bang" se utiliza tanto para referirse especficamente al momento en el que se inici la expansin observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido ms general para referirse alparadigma cosmolgico que explica el origen y la evolucin del mismo.Contenido[ocultar]

1 Introduccin 2 Breve historia de su gnesis y desarrollo 3 Visin general

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3.1 Descripcin del Big Bang 3.2 Base terica

4 Evidencias

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4.1 Expansin expresada en la ley de Hubble 4.2 Radiacin csmica de fondo 4.3 Abundancia de elementos primordiales

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4.4 Evolucin y distribucin galctica 4.5 Otras evidencias

5 Problemas comunes

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5.1 El problema del segundo principio de la termodinmica 5.2 El problema del horizonte 5.3 El problema de la planitud 5.4 Edad de los cmulos globulares 5.5 Monopolos magnticos 5.6 Materia oscura 5.7 Energa oscura

6 El futuro de acuerdo con la teora del Big Bang 7 Fsica especulativa ms all del Big Bang 8 Interpretaciones filosficas y religiosas 9 Vase tambin 10 Referencias 11 Bibliografa

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11.1 Introducciones tcnicas 11.2 Fuentes de primera mano 11.3 Religin y filosofa 11.4 Artculos de investigacin

12 Enlaces externos

Introduccin

Imagen proporcionada por el telescopioHubble del espacio lejano, cuando el universo era ms caliente y ms concentrado de acuerdo con la teora del Big Bang.

Curiosamente, la expresin Big Bang proviene -a su pesar- del astrofsico ingls Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teora y, a su vez, uno de los principales defensores de la teora del estado estacionario, quien en 1949, durante una intervencin en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era slo un big bang (gran explosin). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosin ni fue grande, pues en rigor surgi de una singularidad infinitamente pequea, seguida de la expansin del propio espacio.1 La idea central del Big Bang es que la teora de la relatividad general puede combinarse con las observaciones de isotropa y homogeneidad a gran escala de la distribucin de galaxias y los cambios de posicin entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del Universo antes o despus en el tiempo. Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tena una temperatura ms alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debera de haber evidencias de un fenmeno que ms tarde sera bautizado como radiacin de fondo de microondas

Breve historia de su gnesis y desarrolloPara llegar al modelo del Big Bang, muchos cientficos, con diversos estudios, han ido construyendo el camino que lleva a la gnesis de esta explicacin. Los trabajos de Alexander Friedman, del ao 1922, y de Georges Lematre, de 1927, utilizaron la teora de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento constante. Poco despus, en 1929, el astrnomo estadounidense Edwin Hubble(1889-1953) descubri galaxias ms all de la Va Lctea que se alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente. En 1948, el fsico ucraniano nacionalizado estadounidense, George Gamow (1904-1968), plante que el universo se cre a partir de una gran explosin (Big Bang). Recientemente, ingenios espaciales puestos en rbita (COBE) han conseguido "or" los vestigios de esta gigantesca explosin primigenia. De acuerdo con la teora, un universo homogneo e istropo lleno de materia ordinaria, podra expandirse indefinidamente o frenar su expansin lentamente, hasta producirse una contraccin universal. El fin de esa contraccin se conoce con un trmino contrario al Big Bang: el Big Crunch o 'Gran Colapso' o un Big Rip o Gran desgarro. Si el Universo se encuentra en un punto crtico, puede mantenerse estable ad eternum. Muy recientemente se ha comprobado que actualmente existe una expansin acelerada del universo hecho no previsto originalmente en la teora y que ha llevado a la introduccin de la hiptesis adicional de la energa oscura (este tipo de materia tendra propiedades especiales que permitiran comportar la aceleracin de la expansin). La teora del Big Bang se desarroll a partir de observaciones y avances tericos. Por medio de observaciones, en la dcada de 1910, el astrnomo estadounidense Vesto Slipher y, despus de

l, Carl Wilhelm Wirtz, de Estrasburgo, determinaron que la mayor parte de lasnebulosas espirales se alejan de la Tierra; pero no llegaron a darse cuenta de las implicaciones cosmolgicas de esta observacin, ni tampoco del hecho de que las supuestas nebulosas eran en realidad galaxias exteriores a nuestra Va Lctea. Adems, la teora de Albert Einstein sobre la relatividad general (segunda dcada del siglo XX) no admite soluciones estticas (es decir, el Universo debe estar en expansin o en contraccin), resultado que l mismo consider equivocado, y trat de corregirlo agregando laconstante cosmolgica. El primero en aplicar formalmente la relatividad a la cosmologa, sin considerar la constante cosmolgica, fueAlexander Friedman, cuyas ecuaciones describen el Universo Friedman-Lematre-Robertson-Walker, que puede expandirse o contraerse. Entre 1927 y 1930, el padre jesuita belga Georges Lematre obtuvo independientemente las ecuaciones Friedman-Lematre-Robertson-Walker y propuso, sobre la base de la recesin de las nebulosas espirales, que el Universo se inici con la explosin de un tomoprimigenio, lo que ms tarde se denomin "Big Bang". En 1929, Edwin Hubble realiz observaciones que sirvieron de fundamento para comprobar la teora de Lematre. Hubble prob que lasnebulosas espirales son galaxias y midi sus distancias observando las estrellas variables cefeidas en galaxias distantes. Descubri que lasgalaxias se alejan unas de otras a velocidades (relativas a la Tierra) directamente proporcionales a su distancia. Este hecho se conoce ahora como la ley de Hubble (vase Edwin Hubble: Marinero de las nebulosas, texto escrito por Edward Christianson). Segn el principio cosmolgico, el alejamiento de las galaxias sugera que el Universo est en expansin. Esta idea origin dos hiptesis opuestas. La primera era la teora Big Bang de Lematre, apoyada y desarrollada por George Gamow. La segunda posibilidad era el modelo de la teora del estado estacionario de Fred Hoyle, segn la cual se genera nueva materia mientras las galaxias se alejan entre s. En este modelo, el Universo es bsicamente el mismo en un momento dado en el tiempo. Durante muchos aos hubo un nmero de adeptos similar para cada teora. Con el pasar de los aos, las evidencias observacionales apoyaron la idea de que el Universo evolucion a partir de un estado denso y caliente. Desde el descubrimiento de la radiacin de fondo de microondas, en 1965, sta ha sido considerada la mejor teora para explicar el origen y evolucin del cosmos. Antes de finales de los aos sesenta, muchos cosmlogos pensaban que la singularidad infinitamente densa del tiempo inicial en el modelo cosmolgico de Friedman era una sobreidealizacin, y que el Universo se contraera antes de empezar a expandirse nuevamente. sta es la teora de Richard Tolman de un Universo oscilante. En los aos 1960, Stephen Hawking y otros demostraron que esta idea no era factible, y que la singularidad es un componente esencial de la gravedad de Einstein. Esto llev a la mayora de los cosmlogos a aceptar la teora del Big Bang, segn la cual el Universo que observamos se inici hace un tiempo finito.

Prcticamente todos los trabajos tericos actuales en cosmologa tratan de ampliar o concretar aspectos de la teora del Big Bang. Gran parte del trabajo actual en cosmologa trata de entender cmo se formaron las galaxias en el contexto del Big Bang, comprender lo que all ocurri y cotejar nuevas observaciones con la teora fundamental. A finales de los aos 1990 y principios del siglo XXI, se lograron grandes avances en la cosmologa del Big Bang como resultado de importantes adelantos en telescopa, en combinacin con grandes cantidades de datos satelitales de COBE, el telescopio espacial Hubble yWMAP. Estos datos han permitido a los cosmlogos calcular muchos de los parmetros del Big Bang hasta un nuevo nivel de precisin, y han conducido al descubrimiento inesperado de que el Universo est en aceleracin.

Visin generalDescripcin del Big Bang

El Universo ilustrado en tres dimensiones espaciales y una dimensin temporal.

Michio Kaku ha sealado cierta paradoja en la denominacin big bang(gran explosin): en cierto modo no puede haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento del espacio-tiempo, habra sido el mismo big bang lo que habra generado las dimensiones desde unasingularidad; tampoco es exactamente una explosin en el sentido propio del trmino ya que no se propag fuera de s mismo. Basndose en medidas de la expansin del Universo utilizando observaciones de las supernovas tipo 1a, en funcin de la variacin de la temperatura en diferentes escalas en la radiacin de fondo de microondas y en funcin de la correlacin de las galaxias, la edad del Universo es de aproximadamente 13,7 0,2 miles de millones de aos. Es notable el hecho de que tres mediciones independientes sean consistentes, por lo que se consideran una fuerte evidencia del llamado modelo de concordancia que describe la naturaleza detallada del Universo.

El universo en sus primeros momentos estaba lleno homognea eistropamente de una energa muy densa y tena una temperatura y presin concomitantes. Se expandi y se enfri, experimentando cambios de faseanlogos a la condensacin del vapor o a la congelacin del agua, pero relacionados con las partculas elementales. Aproximadamente 10-35 segundos despus del tiempo de Planck un cambio de fase caus que el Universo se expandiese de formaexponencial durante un perodo llamado inflacin csmica. Al terminar la inflacin, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de quarks-gluones, en donde todas las partes que lo formaban estaban en movimiento en forma relativista. Con el crecimiento en tamao del Universo, la temperatura descendi, y debido a un cambio an desconocido denominado bariognesis, los quarksy los gluones se combinaron en bariones tales como el protn y el neutrn, produciendo de alguna manera la asimetra observada actualmente entre la materia y la antimateria. Las temperaturas an ms bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que rompieron lasimetra, as que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la fsica y a las partculas elementales. Ms tarde, protones y neutrones se combinaron para formar los ncleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado nucleosntesis primordial. Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dej de moverse de forma relativista y su densidad de energa comenz a dominar gravitacionalmente sobre la radiacin. Pasados 300.000 aos, los electrones y los ncleos se combinaron para formar los tomos (mayoritariamente dehidrgeno). Por eso, la radiacin se desacopl de los tomos y continu por el espacio prcticamente sin obstculos. sta es la radiacin de fondo de microondas. Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente ms densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente, hacindose ms densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronmicas que actualmente se observan. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo. Los tres tipos posibles se denominan materia oscura fra, materia oscura caliente y materia barinica. Las mejores medidas disponibles (provenientes del WMAP) muestran que la forma ms comn de materia en el universo es la materia oscura fra. Los otros dos tipos de materia slo representaran el 20 por ciento de la materia del Universo. El Universo actual parece estar dominado por una forma misteriosa de energa conocida como energa oscura. Aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energa del universo actual est en esa forma. Una de las propiedades caractersticas de este componente del universo es el hecho de que provoca que la expansin del universo vare de una relacin lineal entre velocidad y distancia, haciendo que elespacio-tiempo se expanda ms rpidamente que lo esperado a grandes distancias. La energa oscura toma la forma de una constante cosmolgica en las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, pero los detalles de esta ecuacin de estado y su relacin con el modelo estndar de la fsica de partculas continan siendo investigados tanto en el mbito de la fsica terica como por medio de observaciones.

Ms misterios aparecen cuando se investiga ms cerca del principio, cuando las energas de las partculas eran ms altas de lo que ahora se puede estudiar mediante experimentos. No hay ningn modelo fsico convincente para el primer 10-33 segundo del universo, antes del cambio de fase que forma parte de la teora de la gran unificacin. En el "primer instante", la teora gravitacional de Einstein predice unasingularidad gravitacional en donde las densidades son infinitas. Para resolver esta paradoja fsica, hace falta una teora de la gravedad cuntica. La comprensin de este perodo de la historia del universo figura entre los mayores problemas no resueltos de la fsica.Base terica

En su forma actual, la teora del Big Bang depende de tres suposiciones: 1. La universalidad de las leyes de la fsica, en particular de la teora de la relatividad general 2. El principio cosmolgico 3. El principio de Coprnico Inicialmente, estas tres ideas fueron tomadas como postulados, pero actualmente se intenta verificar cada una de ellas. La universalidad de las leyes de la fsica ha sido verificada al nivel de las ms grandes constantes fsicas, llevando su margen de error hasta el orden de 10-5. Laisotropa del universo que define el principio cosmolgico ha sido verificada hasta un orden de 10 -5. Actualmente se intenta verificar elprincipio de Coprnico observando la interaccin entre grupos de galaxias y el CMB por medio del efecto Sunyaev-Zeldovich con un nivel de exactitud del 1 por ciento. La teora del Big Bang utiliza el postulado de Weyl para medir sin ambigedad el tiempo en cualquier momento en el pasado a partir del la poca de Planck. Las medidas en este sistema dependen de coordenadas conformales, en las cuales las llamadas distancias codesplazantes y los tiempos conformales permiten no considerar la expansin del universo para las medidas de espacio-tiempo. En ese sistema de coordenadas, los objetos que se mueven con el flujo cosmolgico mantienen siempre la misma distancia codesplazante, y el horizonte o lmite del universo se fija por el tiempo codesplazante. Visto as, el Big Bang no es una explosin de materia que se aleja para llenar un universo vaco; es el espacio-tiempo el que se extiende.Y es su expansin la que causa el incremento de la distancia fsica entre dos puntos fijos en nuestro universo.Cuando los objetos estn ligados entre ellos (por ejemplo, por una galaxia), no se alejan con la expansin del espacio-tiempo, debido a que se asume que las leyes de la fsica que los gobiernan son uniformes e independientes del espacio mtrico. Ms an, la expansin del universo en las escalas actuales locales es tan pequea que cualquier dependencia de las leyes de la fsica en la expansin no sera medible con las tcnicas actuales.

EvidenciasEn general, se consideran tres las evidencias empricas que apoyan la teora cosmolgica del Big Bang. stas son: la expansin del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede

apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo csmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Adems, la funcin de correlacin de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teora del Big Bang.Expansin expresada en la ley de HubbleArtculo principal:

Ley de Hubble.

De la observacin de galaxias y quasares lejanos se desprende la idea de que estos objetos experimentan un corrimiento hacia el rojo, lo que quiere decir que la luz que emiten se ha desplazado proporcionalmente hacia longitudes de onda ms largas. Esto se comprueba tomando el espectro de los objetos y comparando, despus, el patrn espectroscpico de las lneas de emisin o absorcincorrespondientes a tomos de los elementos que interactan con la radiacin. En este anlisis se puede apreciar cierto corrimiento hacia el rojo, lo que se explica por una velocidad recesional correspondiente al efecto Doppler en la radiacin. Al representar estas velocidades recesionales frente a las distancias respecto a los objetos, se observa que guardan una relacin lineal, conocida como Ley de Hubble:

donde v es la velocidad recesional, D es la distancia al objeto y H0 es la constante de Hubble, que el satlite WMAP estim en 71 4 km/s/Mpc.Radiacin csmica de fondoArtculo principal:

Radiacin de fondo de microondas.

Imagen de la radiacin de fondo de microondas.

Una de las predicciones de la teora del Big Bang es la existencia de la radiacin csmica de fondo, radiacin de fondo de microondas o CMB (Cosmic microwave background). El universo temprano, debido a su alta temperatura, se habra llenado de luz emitida por sus otros componentes. Mientras el universo se enfriaba debido a la expansin, su temperatura habra cado por debajo de 3.000 K. Por encima de esta temperatura, los electrones y protones estn separados, haciendo el universo opaco a la luz. Por debajo de los 3.000 K se forman los tomos, permitiendo el paso de la luz a travs del gas del universo. Esto es lo que se conoce como disociacin de fotones.

La radiacin en este momento habra tenido el espectro del cuerpo negro y habra viajado libremente durante el resto de vida del universo, sufriendo un corrimiento hacia el rojo como consecuencia de la expansin de Hubble. Esto hace variar el espectro del cuerpo negro de 3.345 K a un espectro del cuerpo negro con una temperatura mucho menor. La radiacin, vista desde cualquier punto del universo, parecer provenir de todas las direcciones en el espacio. En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson, mientras desarrollaban una serie de observaciones de diagnstico con un receptor de microondaspropiedad de los Laboratorios Bell, descubrieron la radiacin csmica de fondo. Ello proporcion una confirmacin sustancial de las predicciones generales respecto al CMB la radiacin result ser istropa y constante, con un espectro del cuerpo negro de cerca de 3 K e inclin la balanza hacia la hiptesis del Big Bang. Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel por su descubrimiento. En 1989, la NASA lanz el COBE (Cosmic background Explorer) y los resultados iniciales, proporcionados en 1990, fueron consistentes con las predicciones generales de la teora del Big Bang acerca de la CMB. El COBE hall una temperatura residual de 2.726 K, y determin que el CMB era istropo en torno a una de cada 105 partes. Durante la dcada de los 90 se investig ms extensamente la anisotropa en el CMB mediante un gran nmero de experimentos en tierra y, midiendo la distancia angular media (la distancia en el cielo) de las anisotropas, se vio que el universo era geomtricamente plano. A principios de 2003 se dieron a conocer los resultados de la Sonda Wilkinson de Anisotropas del fondo de Microondas (en inglsWilkinson Microwave Anisotropy Probe o WMAP), mejorando los que hasta entonces eran los valores ms precisos de algunos parmetros cosmolgicos. (Vase tambin experimentos sobre el fondo csmico de microondas). Este satlite tambin refut varios modelos inflacionistas especficos, pero los resultados eran constantes con la teora de la inflacin en general.Abundancia de elementos primordialesArtculo principal:

Nucleosntesis primordial.

Se puede calcular, usando la teora del Big Bang, la concentracin de helio-4, helio3, deuterio y litio-7.1 en el universo como proporciones con respecto a la cantidad de hidrgeno normal, H. Todas las abundancias dependen de un solo parmetro: la razn entre fotones ybariones, que por su parte puede calcularse independientemente a partir de la estructura detallada de la radiacin csmica de fondo. Las proporciones predichas (en masa, no volumen) son de cerca de 0,25 para la razn 4He/H, alrededor de 10-3 para 2He/H, y alrededor de 10-4para 3He/H. Estas abundancias medidas concuerdan, al menos aproximadamente, con las predichas a partir de un valor determinado de la razn de bariones a fotones, y se considera una prueba slida en favor del Big Bang, ya que esta teora es la nica explicacin conocida para la abundancia

relativa de elementos ligeros. De hecho no hay, fuera de la teora del Big Bang, ninguna otra razn obvia por la que el universo debiera, por ejemplo, tener ms o menos helio en proporcin al hidrgeno.Evolucin y distribucin galctica

Las observaciones detalladas de la morfologa y estructura de las galaxias y cusares proporcionan una fuerte evidencia del Big Bang. La combinacin de las observaciones con la teora sugiere que los primeros cusares y galaxias se formaron hace alrededor de mil millones de aos despus del Big Bang, y desde ese momento se han estado formando estructuras ms grandes, como los cmulos de galaxias y lossupercmulos. Las poblaciones de estrellas han ido envejeciendo y evolucionando, de modo que las galaxias lejanas (que se observan tal y como eran en el principio del universo) son muy diferentes a las galaxias cercanas (que se observan en un estado ms reciente). Por otro lado, las galaxias formadas hace relativamente poco son muy diferentes a las galaxias que se formaron a distancias similares pero poco despus del Big Bang. Estas observaciones son argumentos slidos en contra de la teora del estado estacionario. Las observaciones de laformacin estelar, la distribucin de cusares y galaxias, y las estructuras ms grandes concuerdan con las simulaciones obtenidas sobre la formacin de la estructura en el universo a partir del Big Bang, y estn ayudando a completar detalles de la teora.Otras evidencias

Despus de cierta controversia, la edad del Universo estimada por la expansin Hubble y la CMB (Radiacin csmica de fondo) concuerda en gran medida (es decir, ligeramente ms grande) con las edades de las estrellas ms viejas, ambos medidos aplicando la teora de la evolucin estelar de los cmulos globulares y a travs de la fecha radiomtrica individual en las estrellas de la segunda Poblacin. En cosmologa fsica, la teora del Big Bang o teora de la gran explosin es un modelo cientfico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Tcnicamente, este modelo se basa en una coleccin de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lematre - Robertson - Walker. El trmino "Big Bang" se utiliza tanto para referirse especficamente al momento en el que se inici la expansin observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido ms general para referirse al paradigma cosmolgico que explica el origen y la evolucin del mismo.

Problemas comunesHistricamente, han surgido varios problemas dentro de la teora del Big Bang. Algunos de ellos slo tienen inters histrico y han sido evitados, ya sea por medio de modificaciones a la teora o como resultado de observaciones ms precisas. Otros aspectos, como elproblema de la

penumbra en cspide y el problema de la galaxia enana de materia oscura fra, no se consideran graves, dado que pueden resolverse a travs de un perfeccionamiento de la teora. Existe un pequeo nmero de proponentes de cosmologas no estndar que piensan que no hubo Big Bang. Afirman que las soluciones a los problemas conocidos del Big Bang contienen modificaciones ad hoc y agregados a la teora. Las partes ms atacadas de la teora incluyen lo concerniente a la materia oscura, la energa oscura y la inflacin csmica. Cada una de estas caractersticas del universo ha sido sugerida mediante observaciones de la radiacin de fondo de microondas, la estructura a gran escala del cosmos y las supernovas de tipo IA, pero se encuentran en la frontera de la fsica moderna (ver problemas no resueltos de la fsica). Si bien los efectos gravitacionales de materia y energa oscuras son bien conocidos de forma observacional y terica, todava no han sido incorporados al modelo estndar de lafsica de partculas de forma aceptable. Estos aspectos de la cosmologa estndar siguen sin tener una explicacin adecuada, pero la mayora de los astrnomos y los fsicos aceptan que la concordancia entre la teora del Big Bang y la evidencia observacional es tan cercana que permite establecer con cierta seguridad casi todos los aspectos bsicos de la teora. Los siguientes son algunos de los problemas y enigmas comunes del Big Bang.El problema del segundo principio de la termodinmicaArtculo principal:

Segundo principio de la termodinmica.

El problema del segundo principio de la termodinmica resulta del hecho de que de este principio se deduce que la entropa, el desorden, aumenta si se deja al sistema (el universo) seguir su propio rumbo. Una de las consecuencias de la entropa es el aumento en la proporcin entre radiacin y materia por lo tanto el universo debera terminar en una muerte trmica, una vez que la mayor parte de la materia se convierta en fotones y estos se diluyan en la inmensidad del universo. Otro problema sealado por Roger Penrose es que la entropa parece haber sido anormalmente pequea en el estado inicial del universo. Penrose evala la probabilidad de un estado inicial en aproximadamente: .2 De acuerdo con Penrose y otros, la teora cosmolgica ordinaria

no explica porqu la entropa inicial del universo es tan anormalmente baja, y propone la hiptesis de curvatura de Weil en conexin con ella. De acuerdo con esa hiptesis una teora cuntica de la gravedad debera dar una explicacin tanto del porqu el universo se inici en un estado de curvatura de Weil nula y de una entropa tan baja. Aunque todava no se ha logrado una teora de la gravedad cunticasatisfactoria. Por otro lado en la teora estndar el estado entrpico anormalmente bajo, se considera que es producto de una "gran casualidad" justificada en base al principio antrpico. Postura que Penrose y otros consideran filosficamente insatisfactoria.El problema del horizonte

Artculo principal:

Problema del horizonte.

El problema del horizonte, tambin llamado problema de la causalidad, resulta del hecho de que la informacin no puede viajar ms rpido que la luz, de manera que dos regiones en el espacio separadas por una distancia mayor que la velocidad de la luz multiplicada por la edad del universo no pueden estar causalmente conectadas. En este sentido, la isotropa observada de la radiacin de fondo de microondas (CMB) resulta problemtica, debido a que el tamao del horizonte de partculas en ese tiempo corresponde a un tamao de cerca de dos grados en el cielo. Si el universo hubiera tenido la misma historia de expansin desde la poca de Planck, no habra mecanismo que pudiera hacer que estas regiones tuvieran la misma temperatura. Esta aparente inconsistencia se resuelve con la teora inflacionista, segn la cual un campo de energa escalar istropo domina el universo al transcurrir un tiempo de Planck luego de la poca de Planck. Durante la inflacin, el universo sufre una expansin exponencial, y regiones que se afectan mutuamente se expanden ms all de sus respectivos horizontes. El principio de incertidumbre de Heisenberg predice que durante la fase inflacionista habr fluctuaciones primordiales, que se simplificarn hasta la escala csmica. Estas fluctuaciones sirven de semilla para toda la estructura actual del universo. Al pasar la inflacin, el universo se expande siguiendo la ley de Hubble, y las regiones que estaban demasiado lejos para afectarse mutuamente vuelven al horizonte. Esto explica la isotropa observada de la CMB. La inflacin predice que las fluctuaciones primordiales son casi invariantes segn la escala y que tienen una distribucin normal o gaussiana, lo cual ha sido confirmado con precisin por medidas de la CMB. En 2003 apareci otra teora para resolver este problema, la velocidad variante de la luz de Joo Magueijo, que aunque a la larga contradice la relatividad de Einstein usa su ecuacin incluyendo la constante cosmolgica para resolver el problema de una forma muy eficaz que tambin ayuda a solucionar el problema de la planitud.El problema de la planitudArtculo principal:

Problema de la planitud.

El problema de la planitud (flatness problem en ingls) es un problema observacional que resulta de las consecuencias que la mtrica deFriedmann-Lematre-Robertson-Walker tiene para con la geometra del universo. En general, se considera que existen tres tipos de geometras posibles para nuestro universo segn su curvatura espacial: geometra elptica (curvatura positiva), geometra hiperblica(negativa) y geometra euclidiana o plana (curvatura nula). Dicha geometra viene determinada por la cantidad total de densidad de energa del universo (medida mediante el tensor de tensin-energa). Siendo el cociente entre la densidad de

energa medida observacionalmente y la densidad crtica c, se tiene que para cada geometra las relaciones entre ambos parmetros han de ser :

La densidad en el presente es muy cercana a la densidad crtica, o lo que es lo mismo, el universo hoy es espacialmente plano, dentro de una buena aproximacin. Sin embargo, las diferencias con respecto a la densidad crtica crecen con el tiempo, luego en el pasado la densidad tuvo que ser an ms cercana a esta. Se ha medido que en los primeros momentos del universo la densidad era diferente a la crtica tan slo en una parte en 1015 (una milbillonsima parte). Cualquier desviacin mayor hubiese conducido a una muerte trmica o unBig Crunch y el universo no sera como ahora. Una solucin a este problema viene de nuevo de la teora inflacionaria. Durante el periodo inflacionario el espacio-tiempo se expandi tan rpido que provoc una especie de estiramiento del universo acabando con cualquier curvatura residual que pudiese haber. As la inflacin pudo hacer al universo plano.Edad de los cmulos globulares

A mediados de los aos 90, las observaciones realizadas de los cmulos globulares parecan no concondar con la Teora del Big Bang. Las simulaciones realizadas por ordenador de acuerdo con las observaciones de las poblaciones estelares de cmulos de galaxias sugirieron una edad de cerca de 15.000 millones de aos, lo que entraba en conflicto con la edad del universo, estimada en 13.700 millones de aos. El problema qued resuelto a finales de esa dcada, cuando las nuevas simulaciones realizadas, que incluan los efectos de la prdida de masa debida a los vientos estelares, indicaron que los cmulos globulares eran mucho ms jvenes. Quedan an en el aire algunas preguntas en cuanto a con qu exactitud se miden las edades de los cmulos, pero est claro que stos son algunos de los objetos ms antiguos del universo.Monopolos magnticos

La objecin de los monopolos magnticos fue propuesta a finales de la dcada de 1970. Las teoras de la gran unificacin predicen defectos topolgicos en el espacio que se manifestaran como monopolos magnticos encontrndose en el espacio con una densidad mucho mayor a la observada. De hecho, hasta ahora, no se ha dado con ningn monopolo. Este problema tambin queda resuelto mediante la inflacin csmica, dado que sta elimina todos los puntos defectuosos del universo observable de la misma forma que conduce la geometra hacia su forma plana. Es posible que an as pueda haber monopolos pero se ha

calculado que apenas si habra uno por cada universo visible, una cantidad nfima y no observable en todo caso.Materia oscura

En las diversas observaciones realizadas durante las dcadas de los 70 y 80 (sobre todo las de las curvas de rotacin de las galaxias) se mostr que no haba suficiente materia visible en el universo para explicar la intensidad aparente de las fuerzas gravitacionales que se dan en y entre las galaxias. Esto condujo a la idea de que hasta un 90% de la materia en el universo no es materia comn o barinica sino materia oscura. Adems, la asuncin de que el universo estuviera compuesto en su mayor parte por materia comn llev a predicciones que eran fuertemente inconsistentes con las observaciones. En particular, el universo es mucho menos "inhomogneo" y contiene mucho menosdeuterio de lo que se puede considerar sin la presencia de materia oscura. Mientras que la existencia de la materia oscura era inicialmente polmica, ahora es una parte aceptada de la cosmologa estndar, debido a las observaciones de las anisotropas en el CMB, dispersin de velocidades de los cmulos de galaxias, y en las estructuras a gran escala, estudios de las lentes gravitacionales y medidas por medio derayos x de los cmulos de galaxias. La materia oscura se ha detectado nicamente a travs de su huella gravitacional; no se ha observado en el laboratorio ninguna partcula que se le pueda corresponder. Sin embargo, hay muchos candidatos a materia oscura en fsica de partculas (como, por ejemplo, las partculas pesadas y neutras de interaccin dbil o WIMP (Weak Interactive Massive Particles), y se estn llevando a cabo diversos proyectos para detectarla.Energa oscura

En los aos 90, medidas detalladas de la densidad de masa del universo revelaron que sta sumaba en torno al 30% de la densidad crtica. Puesto que el universo es plano, como indican las medidas del fondo csmico de microondas, quedaba un 70% de densidad de energa sin contar. Este misterio aparece ahora conectado con otro: las mediciones independientes de las supernovas de tipo Ia han revelado que la expansin del universo experimenta una aceleracin de tipo no lineal, en vez de seguir estrictamente la Ley de Hubble. Para explicar esta aceleracin, la relatividad general necesita que gran parte del universo consista en un componente energtico con gran presin negativa. Se cree que esta energa oscura constituye ese 70% restante. Su naturaleza sigue siendo uno de los grandes misterios del Big Bang. Los candidatos posibles incluyen una constante cosmolgica escalar y una quintaesencia. Actualmente se estn realizando observaciones que podran ayudar a aclarar este punto.

El futuro de acuerdo con la teora del Big BangAntes de las observaciones de la energa oscura, los cosmlogos consideraron dos posibles escenarios para el futuro del universo. Si la densidad de masa del Universo se encuentra sobre

la densidad crtica, entonces el Universo alcanzara un tamao mximo y luego comenzara a colapsarse. ste se hara ms denso y ms caliente nuevamente, terminando en un estado similar al estado en el cual empez en un proceso llamado Big Crunch. Por otro lado, si la densidad en el Universo es igual o menor a la densidad crtica, la expansin disminuira su velocidad, pero nunca se detendra. La formacin de estrellas cesara mientras el Universo en crecimiento se hara menos denso cada vez. El promedio de la temperatura del universo podra acercarse asintticamente al cero absoluto (0 K -273,15 C). Los agujeros negros se evaporaran por efecto de la radiacin de Hawking. La entropa del universo se incrementara hasta el punto en que ninguna forma de energa podra ser extrada de l, un escenario conocido como muerte trmica. Ms an, si existe la descomposicin del protn, proceso por el cual un protn decaera a partculas menos masivas emitiendo radiacin en el proceso, entonces todo el hidrgeno, la forma predominante del materia barinica en el universo actual, desaparecera a muy largo plazo, dejando solo radiacin. Las observaciones modernas de la expansin acelerada implican que cada vez una mayor parte del universo visible en la actualidad quedar ms all de nuestro horizonte de sucesos y fuera de contacto. Se desconoce cul sera el resultado de este evento. El modelo LambdaCMD del universo contiene energa oscura en la forma de una constante cosmolgica (de alguna manera similar a la que haba incluido Einstein en su primera versin de las ecuaciones de campo). Esta teora sugiere que slo los sistemas mantenidos gravitacionalmente, como las galaxias, se mantendran juntos, y ellos tambin estaran sujetos a la muerte trmica a medida que el universo se enfriase y expandiese. Otras explicaciones de la energa oscurallamadas teoras de la energa fantasma sugieren que los cmulos de galaxias y finalmente las galaxias mismas se desgarrarn por la eterna expansin del universo, en el llamado Big Rip.Vase tambin:

Destino ltimo del universo

Fsica especulativa ms all del Big BangA pesar de que el modelo del Big Bang se encuentra bien establecido en la cosmologa, es probable que se redefina en el futuro. Se tiene muy poco conocimiento sobre el universo ms temprano, durante el cual se postula que ocurri la inflacin. Tambin es posible que en esta teora existan porciones del Universo mucho ms all de lo que es observable en principio. En la teora de la inflacin, esto es un requisito: La expansin exponencial ha empujado grandes regiones del espacio ms all de nuestro horizonte observable. Puede ser posible deducir qu ocurri cuando tengamos un mejor entendimiento de la fsica a altas energas. Las especulaciones hechas al respecto, por lo general involucran teoras de gravedad cuntica. Algunas propuestas son:

Inflacin catica.

Cosmologa de branas, incluyendo el modelo ekpirtico, en el cual el Big Bang es el resultado de una colisin entre membranas.

Un universo oscilante en el cual el estado primitivo denso y caliente del universo temprano deriva del Big Crunch de un universo similar al nuestro. El universo pudo haber atravesado un nmero infinito de big bangs y big crunchs. El cclico, una extensin del modelo ekpirtico, es una variacin moderna de esa posibilidad.

Modelos que incluyen la condicin de contorno de Hartle-Hawking, en la cual totalidad del espacio-tiempo es finito. Algunas posibilidades son compatibles cualitativamente unas con otras. En cada una se encuentran involucradas hiptesis an no testeadas.

Interpretaciones filosficas y religiosasExiste un gran nmero de interpretaciones sobre la teora del Big Bang que son completamente especulativas o extra-cientficas. Algunas de estas ideas tratan de explicar la causa misma del Big Bang (primera causa), y fueron criticadas por algunos filsofos naturalistas por ser solamente nuevas versiones de la creacin. Algunas personas creen que la teora del Big Bang brinda soporte a antiguos enfoques de la creacin, como por ejemplo el que se encuentra en el Gnesis (ver creacionismo), mientras otros creen que todas las teoras del Big Bang son inconsistentes con las mismas. El Big Bang como teora cientfica no se encuentra asociado con ninguna religin. Mientras algunas interpretaciones fundamentalistas de las religiones entran en conflicto con la historia del universo postulada por la teora del Big Bang, la mayora de las interpretaciones son liberales. A continuacin sigue una lista de varias interpretaciones religiosas de la teora del Big Bang (que son hasta cierto punto incompatibles con la propia descripcin cientfica del mismo):

En la Biblia cristiana aparecen dos versculos que hablaran del big bang y el big crunch: l est sentado sobre el crculo de la tierra, cuyos moradores son como langostas; l extiende los cielos como una cortina, los despliega como una tienda para morar (Isaas40.22). Y todo el ejrcito de los cielos se disolver, y se enrollarn los cielos como un libro; y caer todo su ejrcito como se cae la hoja de la parra, y como se cae la de la higuera (Isaas 34.4).3

La Iglesia Catlica Romana ha aceptado el Big Bang como una descripcin del origen del Universo. Se ha sugerido que la teora del Big Bang es compatible con las vas de santo Toms de Aquino, en especial con la primera de ellas sobre el movimiento, as como con la quinta.

Algunos estudiantes del Kabbalah, el desmo y otras fes no antropomrficas, concuerdan con la teora del Big Bang, conectndola por ejemplo con la teora de la "retraccin divina" (tzimtzum) como es explicado por el judo Moiss Maimnides.

Algunos musulmanes modernos creen que el Corn hace un paralelo con el Big Bang en su relato sobre la creacin: No ven los no creyentes que los cielos y la Tierra fueron unidos en una sola unidad de creacin, antes de que nosotros los separsemos a la fuerza? Hemos creado todos los seres vivientes a partir del agua (captulo 21, versculo 30). El Corn tambin parece describir un universo en expansin: Hemos construido el cielo con poder, y lo estamos expandiendo (52.47).

Algunas ramas testas del hinduismo, tales como las tradiciones vishnuistas, conciben una teora de la creacin con ejemplos narrados en el tercer canto del Bhagavata Purana (principalmente, en los captulos 10 y 26), donde se describe un estado primordial se expande mientras el Gran Vishn observa, transformndose en el estado activo de la suma total de la materia (prakriti).

El budismo posee una concepcin del universo en el cual no hay un evento de creacin. Sin embargo, no parece ser que la teora del Big Bang entrara en conflicto con la misma, ya que existen formas de obtener un universo eterno segn el paradigma. Cierto nmero de populares filsofos Zen estuvieron muy interesados, en particular, por el concepto del universo oscilante.

AbiognesisPara los procesos de la evolucin de la vida, vase Historia evolutiva de la vida.

Estromatolitos del precmbrico en la Formacin Siyeh,Parque Nacional de los Glaciares, Estados Unidos. En 2002, William Schopf de la UCLA public un artculo en la revistaNature defendiendo que estas formaciones geolgicas de hace 3.500 millones de aos son fsiles debidos acianobacterias1 y, por tanto, seran las seales de las formas de vida ms antiguas conocidas.

La abiognesis (griego: -- [a-bio-gensis], -/- no + - vida +origen/principioEl origen de la vida a partir de la no existencia de esta) o el origen de la?

vida en la Tierra ha generado en las ciencias de lanaturaleza un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cmo y cundo surgi. La opinin ms extendida en el mbito cientfico establece la teorade que la vida comenz su existencia a partir de la materia inerte en algn

momento del perodo comprendido entre 4.400 millones de aos cuando se dieron las condiciones para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez2 y 2.700 millones de aos atrs cuando aparecieron los primeros indicios de vida.n. 1 Las ideas e hiptesis acerca de un posible origen extraterrestre de la vida (panspermia), que habra sucedido durante los ltimos 13.700 millones de aos de evolucin del Universo tras el Big Bang, tambin se discuten dentro de este cuerpo de conocimiento.7 El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forma un rea limitada de investigacin, a pesar de su profundo impacto en la biologa y la comprensin humana del mundo natural. Con el objetivo de reconstruir el evento se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio. Por una parte el ensayo qumico en el laboratorio o la observacin de procesosgeoqumicos o astroqumicos que produzcan los constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pudieron suceder en su entorno natural. En la tarea de determinar estas condiciones se toman datos de la geologa de la edad oscura de la tierra a partir de anlisis radiomtricos de rocas antiguas, meteoritos, asteroides y materiales considerados prstinos, as como la observacin astronmica de procesos de formacin estelar. Por otra parte, se intentan hallar las huellas presentes en los actuales seres vivos de aquellos procesos mediante la genmica comparativa y la bsqueda del genoma mnimo. Y, por ltimo, se trata de verificar las huellas de la presencia de la vida en las rocas, como microfsiles, desviaciones en la proporcin de istopos de origen biognico y el anlisis de entornos, muchas veces extremfilos semejantes a los paleoecosistemas iniciales. Los progresos en esta rea son generalmente lentos y espordicos, aunque an atraen la atencin de muchos cientficos dada la importancia de la cuestin que se investiga. Existe una serie de observaciones que intentan describir las condiciones fisicoqumicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todava no se tiene un cuadro razonablemente completo acerca de cmo pudo ser este origen. Se han propuesto varias teoras, siendo la hiptesis del mundo de ARN y la teora del mundo de hierro-sulfuro8 las ms consideradas por la comunidad cientfica.Contenido[ocultar]

1 Historia del problema en la ciencia

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1.1 La cuestin de la generacin espontnea: de Aristteles a Pasteur 1.2 Darwin 1.3 Primeros planteamientos cientficos: Oparin y Haldane

2 Condiciones iniciales

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2.1 Primeras evidencias directas de aparicin de la vida 2.2 Composicin de la atmsfera, los ocanos y la corteza terrestre en el en Hadeico 2.3 Biognesis en ambiente clido contra fro

3 La evolucin y su relacin con los modelos actuales del origen de la vida 4 Modelos actuales

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4.1 Origen de las molculas orgnicas

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4.1.1 Los experimentos de Miller 4.1.2 Los experimentos de Fox 4.1.3 Los experimentos de Joan Or 4.1.4 Hiptesis de Eigen 4.1.5 Hiptesis de Wchstershuser 4.1.6 Teora de la playa radiactiva 4.1.7 Homoquiralidad 4.1.8 Autoorganizacin y replicacin

4.2 De las molculas orgnicas a las protoclulas

5 Otros modelos

4.2.1 Modelos primero los genes: el mundo de ARN 4.2.2 Modelos primero el metabolismo: el mundo de hierro-sulfuro y otros 4.2.3 Teora de la burbuja 4.2.4 Modelos hbridos

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5.1 Autocatlisis 5.2 Teora de la arcilla 5.3 Modelo de Gold de Biosfera profunda y caliente 5.4 El mundo de lpidos 5.5 El modelo del polifosfato 5.6 Hiptesis del mundo de HAP 5.7 El modelo de la ecopoiesis 5.8 Exognesis: vida primitiva extraterrestre

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5.8.1 Teora de la panspermia

5.9 Hiptesis de la gnesis mltiple

6 Argumentos contrarios al origen abiognico

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6.1 Hoyle 6.2 Yockey 6.3 Sntesis abiognica de sustancias qumicas clave 6.4 El problema de la homoquiralidad

7 Vase tambin 8 Notas 9 Referencias

10 Bibliografa 11 Enlaces externos

[editar]Historia

del problema en la ciencia

[editar]La

cuestin de la generacin espontnea: de Aristteles a Pasteur

Artculo principal:

Teora de la generacin espontnea.

La concepcin clsica de la abiognesis, que actualmente se conoce especficamente como generacin espontnea, sostena que losorganismos vivos complejos se generaban por la descomposicin de sustancias orgnicas. Por ejemplo, se supona que los ratones surgan espontneamente en el grano almacenado o que las larvas aparecan sbitamente en la carne. El trmino fue acuado en 1870 por el bilogoThomas Huxley en su obra Biogenesis and abiogenesis. La tesis de la generacin espontnea fue defendida por Aristteles, quien afirmaba, por ejemplo que era una verdad patente que los pulgonessurgan del roco que cae de las plantas, las pulgas de la materia en putrefaccin, los ratones del heno sucio, los cocodrilos de los troncos en descomposicin en el fondo de las masas acuticas, y as sucesivamente.9 Todos ellos se originaban merced a una suerte de fuerza vital a la que da el nombre de entelequia. El trmino empleado por Aristteles y traducido posteriormente por espontneo es , es decir, fabricado por s mismo. La autoridad que se le reconoci a Aristteles hizo que esta opinin prevaleciera durante siglos y fuera admitida por pensadores tan ilustres como Descartes, Bacon o Newton. Por ejemplo, en el siglo XVI, el qumico y naturalista Jan Baptista van Helmont, padre de la bioqumica, lleg a afirmar en su obra Ortus medicinae 1648 que:Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos surgen de nuestras vsceras y excrementos. Si juntamos con trigo la ropa que usamos bajo nuestro atuendo cargada de sudor en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 das cambian los efluvios penetrando a travs de los salvados del trigo, y transmutando stos por ratones. Tales se pueden ver de ambos sexos y cruzar con otros que hayan surgido del modo habitual...

En 1546 el mdico Girolamo Fracastoro se posicion en contra de la generacin espontnea estableciendo la teora de que lasenfermedades epidmicas estaban provocadas por pequeas partculas diminutas e invisibles o "esporas", que podran no ser criaturas vivas, pero no fue aceptada ampliamente. Ms tarde Robert Hooke public los primeros dibujos sobre microorganismos en 1665. Tambin se le conoce por dar el nombre a la clula, que descubri observando muestras de corcho.

Lazzaro Spallanzani, humanista, erudito y cientfico italiano, llamado el bilogo de bilogos. Uno de los primeros personajes que se preocup de buscar una explicacin cientfica al origen de la vida, combatiendo la idea de la generacin espontnea.

En el siglo XVII la generacin espontnea comienza a cuestionarse. Por ejemplo, Sir Thomas Browne en su Pseudodoxia Epidemica, subtitulada Enquiries into Very many Received Tenets, and Commonly Presumed Truths (Indagaciones sobre los principios tantas veces admitidos y las verdades comnmente supuestas), de 1646, realiz un ataque a las falsas creencias y errores corrientes, aunque sus conclusiones no fueron aceptadas por la mayora. Por ejemplo, su contemporneo Alexander Ross escribi:Pues poner en cuestin esto [la generacin espontnea] es poner en tela de juicio la razn, los sentidos y la experiencia. Si duda de esto, que se vaya a Egipto y all se encontrar con que los campos se plagan de ratones, engendrados del barro del Nilo para gran calamidad de sus habitantes.10

En 1668, el italiano Francesco Redi, realiz un experimento con el que comprob que no apareca ninguna larva en la carne en descomposicin cuando se impeda que las moscas depositaran en ellas sus huevos. Por otra parte, en 1676, Anton van Leeuwenhoek descubri los microorganismos que, segn sus dibujos y descripciones, podran tratarse de protozoos ybacterias. Esto encendi el inters por el mundo microscpico.11 El descubrimiento de los microorganismos abri la puerta para que se desechara la posibilidad de que los organismos superiores surjan por generacin espontnea, estando reservado este mecanismo para ellos. Desde el siglo XVII en adelante se ha visto gradualmente que, al menos en el caso de todos los organismos superiores y visibles a simple vista, era falso lo previamente establecido con respecto a la generacin espontnea. La alternativa pareca ser el aforismo omne vivum ex ovo: es decir, que todo lo que vive viene de otro ser vivo preexistente (literalmente, del huevo). Sin embargo, el sacerdote catlico ingls John Needhamdefendi el supuesto de la abiognesis para los microorganismos en su obra Observations upon the generation, composition and descomposition of animal and vegetable substances (Londres,

1749). Para ello realiz un experimento calentando un caldo mixto de pollo y maz puesto en un frasco de boca ancha, y en el que an aparecieron microbios a pesar de haber sido tapado con un corcho. En 1768 Lazzaro Spallanzani prob que los microbios estaban presentes en el aire y se podan eliminar mediante el hervido. Pero no fue hasta 1861 que Louis Pasteur llev a cabo una serie de cuidadosos experimentos que probaron que los organismos como los hongos ybacterias no aparecan espontneamente en medios estriles y ricos en nutrientes, lo cual confirmaba la teora celular.[editar]Darwin

En una carta a Joseph Dalton Hooker del 1 de febrero de 1871,12 Charles Darwin escribi: Se dice a menudo que hoy en da estn presentes todas las condiciones para la produccin de un organismo vivo, y que pudieron haber estado siempre presentes. Pero si pudiramos concebir que en algn charquito clido, encontrando presentes toda suerte de sales fosfricas y de amonio, luz, calor, electricidad, etc., que un compuesto proteico se formara por medios qumicos listo para sufrir cambios an ms complejos, a da de hoy ese tipo de materia sera instantneamente devorado o absorbido, lo que no hubiera sido el caso antes de que los seres vivos aparecieran. En otras palabras, la presencia de la vida misma hace la bsqueda del origen de la vida dependiente de las condiciones de esterilidad que se dan en el laboratorio. Ms precisamente, el oxgeno producido por las diferentes formas de vida es muy activo a escala molecular, lo cual perjudica a cualquier intento de formacin de vida.

Aleksandr Oparin (derecha) en el laboratorio.

[editar]PrimerosArtculos principales:

planteamientos cientficos: Oparin y Haldane

Aleksandr Oparin y J.B.S. Haldane.

Una vez desechada la generacin espontnea, la cuestin del origen de la vida se retrotraa a intentar explicar el origen de la primera clula. Los conocimientos de la astronoma y el origen del sistema solarpermitan especular sobre las condiciones en que surgi este sistema vivo. Simultneamente, Oparin y Haldane elaboraron una serie de hiptesis estableciendo, a partir de estas posibles condiciones, la secuencia probable de acontecimientos que originaran la vida. Hasta 1924 no se realiz ningn progreso real, cuando Aleksandr Ivanovich Oparin demostr experimentalmente que el oxgeno atmosfrico impeda la sntesis de molculas orgnicas que son constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida. Segn el profesor Loren S. Graham en su ensayoScience, philosophy, and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University Press, Oparin recibi el impulso para comenzar sus investigaciones en un intento de demostrar el materialismo dialctico en el contexto de la guerra fra en la antigua Unin de Repblicas Socialistas Soviticas.13 En su obra El origen de la vida en la Tierra,14 15 Oparin expona una teora quimiosinttica en la que una sopa primitiva de molculas orgnicas se pudo haber generado en una atmsfera sin oxgeno a travs de la accin de la luz solar. stas se combinaran de una forma cada vez ms compleja hasta quedar disueltas en una gotita de coacervado. Estas gotitas creceran por fusin con otras y se reproduciran mediante fisin en gotitas hijas, y de ese modo podran haber obtenido un metabolismo primitivo en el que estos factores aseguraran la supervivencia de la integridad celular de aquellas que no acabaran extinguindose. Muchas teoras modernas del origen de la vida an toman las ideas de Oparin como punto de partida. El mismo ao J. B. S. Haldane tambin sugiri que los ocanos prebiticos de la tierra, muy diferentes de sus correspondientes actuales, habran formado una sopa caliente diluida en la cual se podran haber formado los compuestos orgnicos, los constituyentes elementales de la vida. Esta idea se llam biopoesis, es decir, el proceso por el cual la materia viva surge de molculas autorreplicantes pero no vivas.16[editar]Condiciones

iniciales

El conocimiento de las condiciones iniciales es de extremada importancia para el estudio del origen de la vida. Para ello se emplea la teora geoqumica en el estudio de las rocas antiguas y se efectan simulaciones de laboratorio y por medio de ordenadores (experimentos que se denominan in silico). Uno de los puntos centrales es determinar la disponibilidad de elementos y molculas esenciales, en especial metales, puesto que son indispensables como cofactores en la bioqumica actual, as como su estado redox en las distintas localizaciones.17Asimismo, es esencial datar las primeras manifestaciones de la vida para aproximar el lapso de tiempo en el que estamos buscando. Segn las evidencias actuales, aunque estn sujetas a controversia, la vida debi aparecer tras el enfriamiento del planeta que sigui al bombardeo intenso tardo, hace unos 4.000 millones de aos. Aunque todos los seres vivos actuales parecen provenir de un nico organismo ancestral, en este apartado cabe preguntarse si hubo varias apariciones fortuitas de

formas de vida tras las que slo sobrevivi una, o si bien esas formas de vida an sobreviven porque no sabemos buscarlas, tal vez en ambientes extremos como en las profundidades de la corteza continental o en el manto.17[editar]Primeras

evidencias directas de aparicin de la vida

Una de las formas de verificar la actividad biolgica es una curiosa propiedad de los sistemas celulares, como la fotosntesis que incorporan CO2 de diversas fuentes para transformarlo en molculas orgnicas. Existen dos istopos estables del carbono, C12 y C13, siendo estables sus abundancias relativas en la atmsfera. Cuando se incorpora CO2 por un sistema biolgico, este prefiere el istopo ms ligero, enriqueciendo las rocas carbonatadas por el otro istopo.18 La prueba de una aparicin temprana de la vida viene del cinturn supracortical de Isua en Groenlandia occidental y formaciones similares en las cercanas islas de Akilia. El carbono que forma parte de las formaciones rocosas tiene una concentracin de 13C elemental de aproximadamente 5,5, lo que debido a que en ambiente bitico se suele preferir el istopo ms ligero del carbono,12C, la biomasa tiene una 13C de entre 20 y 30. Estas firmas isotpicas se preservan en los sedimentos y Mojzis19 ha usado esta tcnica para sugerir que la vida ya existi en el planeta hace 3.850 millones de aos. Lazcano y Miller (1994) sugieren que la rapidez de la evolucin de la vida est determinada por la tasa de agua recirculante a travs de las fumarolas submarinas centroocenicas. La recirculacin completa lleva 10 millones de aos, por ello cualquier compuesto orgnico producido por entonces podra ser alterado o destruido por temperaturas que excedan los 300 C. Ambos estiman que el desarrollo a partir de un genoma de 100 kilobases de un hetertrofo primitivo de ADN/protenashasta la generacin de un genoma de 7.000 genes de una cianobacteria filamentosa hubiera requerido slo 7 millones de aos.20[editar]Composicin

de la atmsfera, los ocanos y la corteza terrestre en el en Hadeico

La acrecin y formacin de la Tierra tuvo que haber tenido lugar en algn momento hace 4.500 a 4.600 millones de aos, segn diferentes mtodos radiomtricos.21 La diferenciacin del manto terrestre, a partir de anlisis de la serie samario/neodimio en rocas de Isua,Groenlandia, pudo haber sido bastante veloz, tal vez en menos de 100 millones de aos.22 Posteriores estudios confirman esta formacin temprana de las capas de silicatos terrestres.23 Se ha sugerido que los ocanos podran haber aparecido en el en Hadeico tan pronto como 200 millones de aos despus de la formacin de la Tierra,24 en un ambiente caliente (100 C) y reductor y con un pH inicial de 5,8 que subi rpidamente hacia la neutralidad. Esta idea ha sido apoyada por Wilde25 quien elev la datacin de los cristales de zircn encontrados en cuarcitas metamorfizadas del terrane de gneisdel Monte Narryer, en Australia occidental, del que previamente se pensaba que era de 4.100 - 4.200 millones de aos a 4.402 millones de aos. Otros estudios realizados ms recientemente en el cinturn de basalto de Nuvvuagittuq, al norte de Quebec, empleando neodimio-142 confirman, estudiando rocas del tipo falsa anfibolita (cummingtonita-anfibolita), la existencia muy temprana de una corteza, con una datacin

de 4.360 millones de aos.26 Esto significa que los ocanos y la corteza continental existieron dentro de los 150 primeros millones de aos tras la formacin de la Tierra. A pesar de esto, el ambiente hadeico era enormemente hostil para la vida. Se habran dado frecuentes colisiones con grandes objetos csmicos, incluso de ms de 500 kilmetros de dimetro, suficientes para vaporizar el ocano durante meses tras el impacto, lo que formara nubes de vapor de agua mezclado con polvo de rocas elevndose a elevadas altitudes que cubriran todo el planeta. Tras unos cuantos meses la altitud de esas nubes comenzara a disminuir, pero la base de la nube continuara an estando elevada probablemente durante los siguientes mil aos, tras lo cual comenzara a llover a una altitud ms baja. Durante 2.000 aos las lluvias consumiran lentamente las nubes, devolviendo los ocanos a su profundidad original slo 3.000 aos tras el impacto.27 El posiblebombardeo intenso tardo provocado probablemente por los movimientos posicionales de los planetas gaseosos gigantes, que acribillaron laLuna y otros planetas interiores (Mercurio, Marte y, posiblemente, la Tierra y Venus) hace 3.800 a 4.100 millones de aos probablemente habran esterilizado el planeta si la vida ya hubiera aparecido en ese periodo.[editar]Biognesis

en ambiente clido contra fro

Si se examinan los periodos libres de cataclismos producidos por impactos de meteoros que impediran el establecimiento de protoorganismos autoreplicantes, la vida pudo haberse desarrollado en diferentes ambientes primitivos. El estudio llevado a cabo por Maher y Stephenson28 muestra que si los sistemas hidrotermales marinos profundos propician un lugar aceptable para el origen de la vida, la abiognesis pudo haber sucedido en fechas tan tempranas como entre hace 4.000 y 4.200 millones de aos, mientras que si hubiera sucedido en la superficie de la Tierra la abiognesis slo podra haber ocurrido hace entre 3.700 y 4.000 millones de aos. Otros trabajos de investigacin sugieren un comienzo de la vida ms fro. Los trabajos de Stanley Miller mostraron que los ingredientes de la vida adenina y guanina requieren condiciones de congelacin para su sntesis, mientras que la citosina y el uracilo precisan temperaturas de ebullicin.29 Basndose en estas investigaciones sugiri que el origen de la vida implicara condiciones de congelacin y meteoritos impactando.30 Un artculo de la publicacin Discover Magazine seala hacia la investigacin de Stanley Miller indicando que se pueden formar sieteaminocidos diferentes y 11 tipos de nucleobases en hielo, como cuando se dej amonaco y cianuro en el hielo antrtico entre 1972 y 1997,31 as como a la investigacin llevada a cabo por Hauke Trinks mostrando la formacin de molculas de ARN de 400 bases de longitud en condiciones de congelacin utilizando un molde de ARN (una cadena sencilla de ARN que gua la formacin de una nueva cadena). A medida que la nueva cadena de ARN creca, los nuevos nucletidos se iban adhiriendo al molde.32 La explicacin dada para la inusitada velocidad de estas reacciones a semejante temperatura es que se trataba de una congelacin eutctica. A medida que se forman cristales de hielo, ste permanece puro: slo las molculas de agua se unen al cristal en crecimiento, mientras que las impurezas como la sal o

elcianuro quedan excluidas. Estas impurezas acaban apiadas en bolsillos microscpicos de lquido entre el hielo, y es esta concentracin lo que hace que las molculas choquen entre s con ms frecuencia.33[editar]La

evolucin y su relacin con los modelos actuales del origen de la vida

Se ha discutido si el origen de la vida y el origen del proceso de evolucin surgieron al mismo tiempo. Se ha postulado que, de forma equivalente a como acta el proceso de evolucin en los seres vivos, tambin actuaran los mecanismos evolutivos en compuestos qumicos antes de que hubiese vida. En este sentido, cientficos como Martin A. Nowak y Hisashi Ohtsuki han postulado cmo y cundo la cintica qumica pasa a convertirse en una dinmica evolutiva, formulando una teora matemtica general para el origen de la evolucin. En ella se describe la previda como un alfabeto de activos monmeros que forman al azar polmeros, siendo un sistema generativo que puede producir la informacin, en la que originalmente se presenta una preevolutiva dinmica de seleccin y mutacin, pero no replicacin, a diferencia de la vida. A partir de anlisis matemtico se concluye que las mejores y ms competentes candidatas moleculares para la vida ya haban sido seleccionadas antes incluso de que empezaran a reproducirse. Igualmente, aunque la previda es un andamiaje en que se basa la vida, existe una fase de transicin en la que, si la tasa efectiva de replicacin supera un valor crtico, entonces la vida compite con la previda y, finalmente, la vida destruye a la previda.34[editar]Modelos

actuales

No existe un modelo generalizado del origen de la vida. Los modelos actualmente ms aceptados se construyen de uno u otro modo sobre cierto nmero de descubrimientos acerca del origen de los componentes celulares y moleculares de la vida, enumerados en el orden ms o menos aproximado en el que se postula su emergencia: 1. Las posibles condiciones prebiticas terminaron con la creacin de ciertas molculas pequeas bsicas (monmeros) de la vida, como los aminocidos. Esto fue demostrado en el experimento Urey-Miller llevado a cabo por Stanley L. Miller y Harold C. Urey en 1953. 2. Los fosfolpidos (de una longitud adecuada) pueden formar espontneamente bicapas lipdicas, uno de los dos componentes bsicos de la membrana celular. 3. La polimerizacin de los nucletidos en molculas de ARN al azar pudo haber dado lugar a ribozimas autorreplicantes (hiptesis del mundo de ARN). 4. Las presiones de seleccin para una eficiencia cataltica y una diversidad mayor terminaron en ribozimas que catalizaban la transferencia de pptidos (y por ende la formacin de pequeas protenas), ya que los oligopptidos formaban complejos con el ARN para formar mejores catalizadores. De ese modo surgi el primer ribosoma y la sntesis de protenas se hizo ms prevalente.

5. Las protenas superan a las ribozimas en su capacidad cataltica y por tanto se convierten en el biopolmero dominante. Los cidos nucleicos quedan restringidos a un uso predominantemente genmico. El origen de las biomolculas bsicas, aunque an no se ha establecido, es menos controvertido que el significado y orden de los pasos 2 y 3. Los reactivos qumicos inorgnicos bsicos a partir de los cuales se form la vida son el metano, amonaco, agua, sulfuro de hidrgeno(H2S), dixido de carbono y anin fosfato. An no se ha sintetizado una protoclula utilizando los componentes bsicos que tenga las propiedades necesarias para la vida (el llamado enfoque de abajo a arriba). Sin esta prueba de principio, las explicaciones tienden a quedarse cortas. No obstante, algunos investigadores estn trabajando en este campo, como por ejemplo Jack Szostak de la Universidad Harvard. Otros autores han argumentado que un enfoque de arriba a abajo sera ms asequible. Uno de estos intentos fue realizado por Craig Venter y colaboradores en el Institute for Genomic Research. Utilizaba ingeniera gentica con clulas procariotas existentes con una cantidad de genes progresivamente menor, intentando discernir en qu punto se alcanzaban los requisitos mnimos para la vida. El bilogo John Desmon Bernal acu el trmino biopoiesis para este proceso, y sugiri que haba un nmero de estadios claramente definidos que se podan reconocer a la hora de explicar el origen de la vida:

Estadio 1: El origen de los monmeros biolgicos. Estadio 2: El origen de los polmeros biolgicos. Estadio 3: La evolucin desde lo molecular a la clula.

Bernal sugiri que la evolucin darwiniana pudo haber comenzado temprano, en algn momento entre los dos primeros estadios listados.[editar]Origen

de las molculas orgnicas

El experimento de Miller y Urey intent recrear las condiciones qumicas de la Tierra primitiva en el laboratorio y sintetiz algunos de los ladrillos de la vida.[editar]Los experimentos de MillerArtculo principal:

Experimento de Miller y Urey.

Los experimentos, que comenzaron en 1953, fueron llevados a cabo por Stanley Miller bajo condiciones simuladas que recordaban aquellas que se pensaba que haban existido poco despus de que la Tierra comenzara su acrecin a partir de la nebulosa solar primordial. Los experimentos se llamaron experimentos de Miller. El experimento original de 1953 fue realizado por Miller cuando era estudiante de licenciatura y su profesor Harold Urey. El experimento usaba una mezcla altamente reducida de gases (metano, amonaco e hidrgeno). No obstante la composicin de la atmsfera terrestre prebitica an resulta materia de debate. Otros gases

menos reductores proporcionan una produccin y variedad menores. En su momento se pens que cantidades apreciables de oxgeno molecular estaban presentes en la atmsfera prebitica, y habran impedido esencialmente la formacin de molculas orgnicas. No obstante, el consenso cientfico actual es que ste no era el caso. El experimento mostraba que algunos de los monmeros orgnicos bsicos (como los aminocidos) que forman los ladrillos de los polmeros de la vida moderna se pueden formar espontneamente. Las molculas orgnicas ms simples estn lejos de lo que es una vida autorreplicante completamente funcional, pero en un ambiente sin vida preexistente estas molculas se podran haber acumulado y proporcionado un ambiente rico para la evolucin qumica (teora de la sopa). Por otra parte, la formacin espontnea de polmeros complejos a partir de los monmeros generados abiticamente bajo esas condiciones no es un proceso tan sencillo. Adems de los monmeros orgnicos bsicos necesarios, durante los experimentos tambin se formaron en altas concentraciones compuestos que podran haber impedido la formacin de la vida. Se ha postulado otras fuentes de molculas complejas, incluyendo fuentes de origen extraterrestre, estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de anlisis espectrales, se sabe que las molculas orgnicas estn presentes en meteoritos y cometas. En el 2004, un equipo detect trazas de hidrocarburos aromticos policclicos (PAH's) en una nebulosa, siendo la molcula ms compleja hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de PAH's tambin ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hiptesis del mundo de PAH's (PAH world).

Sidney W. Fox.

Se puede argumentar que el cambio ms crucial que an sigue sin recibir respuesta por esta teora es cmo estos ladrillos orgnicos relativamente simples polimerizan y forman estructuras ms complejas, interactuando de modo consistente para formar una protoclula. Por ejemplo, en un ambiente acuoso, la hidrlisis de oligmeros/polmeros en sus constituyentes monomricos est energticamente favorecida sobre la condensacin de monmeros individuales en polmeros.

Adems, el experimento de Miller produce muchas sustancias que acabaran dando reacciones cruzadas con los aminocidos o terminando la cadena peptdica.[editar]Los experimentos de Fox

Entre las dcadas de los 50 y los 60, Sidney W. Fox estudiaba la formacin espontnea de estructuras peptdicas bajo condiciones que posiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de la Tierra. Demostr que los aminocidos podan formar espontneamente pequeos pptidos. Estos aminocidos y pequeos pptidos podan haber sido estimulados para formar membranas esfricas cerradas, llamadas microesferas. Fox describi este tipo de formaciones como protoclulas, esferas de protenas que podan crecer y reproducirse.[editar]Los experimentos de Joan Or

El cientfico espaol Joan Or obtuvo en sus experimentos sobre el origen de la vida bases nitrogenadas, que son los elementos fundamentales del ADN. En 1961 Juan Or, aadi cido cianhdrico al caldo primigenio y obtuvo algunas purinas. En 1962, en otro experimento, aadi formaldehdoy consigui la sntesis de dos azcares, ribosa y desoxirribosa, componentes de soporte de los cidos nucleicos en el ADN y ARN.[editar]Hiptesis de Eigen

A principios de los aos 1970 se organiz una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de cientficos reunidos en torno aManfred Eigen, del instituto Max Planck. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebitica y los estados transitorios de un hiperciclo de replicacin, entre el caos molecular en una sopa prebitica y sistemas macromoleculares autorreproductores simples. En un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de informacin (posiblemente ARN) produce una enzima, que cataliza la formacin de otro sistema de informacin en secuencia hasta que el producto del ltimo ayuda a la formacin del primer sistema de informacin. Con un tratamiento matemtico, los hiperciclos pueden crear cuasiespecies, que a travs de seleccin natural entraron en una forma de evolucin darwiniana. Un impulso a la teora del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias, se transforma en ribozimas(una forma de enzima de ARN) capaces de catalizar sus propias reacciones qumicas.[editar]Hiptesis de Wchstershuser

Fumarolas negras. Algunas teoras afirman que la vida surgi en las proximidades algn tipo de fuente hidrotermal submarina.

Artculo principal:

Teora del mundo de hierro-sulfuro.

Otra posible respuesta a este misterio de la polimerizacin fue propuesta por Gnter Wchtershuseren 1980, en su teora del hierro-sulfuro. En esta teora, postul la evolucin de las rutas (bio) qumicas como el fundamento de la evolucin de la vida. Incluso present un sistema consistente para rastrear las huellas de la actual bioqumica desde las reacciones ancestrales que proporcionaban rutas alternativas para la sntesis de ladrillos orgnicos a partir de componentes gaseosos simples. Al contrario que los experimentos clsicos de Miller, que dependan de fuentes externas de energa (como relmpagos simulados o irradiacin UV), los sistemas de Wchstershuser vienen con una fuente de energa incorporada, los sulfuros de hierro y otros minerales (por ejemplo la pirita). La energa liberada a partir de las reacciones redox de esos sulfuros metlicos, no slo estaba disponible para la sntesis de molculas orgnicas, sino tambin para la formacin de oligmeros ypolmeros. Se lanza por ello la hiptesis de que tales sistemas podran ser capaces de evolucionar hasta formar conjuntos autocatalticos de entidades autorreplicantes metablicamente activas que seran los precursores de las actuales formas de vida. El experimento tal y como fue llevado a cabo rindi una produccin relativamente pequea de dipptidos (del 0,4% al 12,5 %) y una produccin inferior de tripptidos (0,003%) y los autores advirtieron que bajo estas mismas condiciones los dipptidos se hidrolizaban rpidamente.35 Otra crtica del resultado es que el experimento no inclua ninguna organomolcula que pudiera con mayor probabilidad dar reacciones cruzadas o terminar la cadena (Huber y Wchsterhuser, 1998). La ltima modificacin de la hiptesis del hierro-sulfuro fue propuesta por William Martin y Michael Russell en 2002.36 De acuerdo con su escenario, las primeras formas celulares de vida pudieron

haber evolucionado dentro de las llamadas chimeneas negras en las profundidades donde se encuentran las zonas de expansin del fondo ocenico. Estas estructuras consisten en cavernas a microescala que estn revestidas por delgadas paredes membranosas de sulfuros metlicos. Por tanto, estas estructuras resolveran varios puntos crticos de los sistemas de Wchstershuser puros de una sola vez: 1. Las microcavernas proporcionan medios para concentrar las molculas recin sintetizadas, por tanto aumentando la posibilidad de formar oligmeros. 2. Los abruptos gradientes de temperatura que se encuentran dentro de una chimenea negra permiten establecer zonas ptimas de reacciones parciales en diferentes regiones de la misma (por ejemplo la sntesis de monmeros en las zonas ms calientes, y la oligomerizacin en las zonas ms fras). 3. El flujo de agua hidrotermal a travs de la estructura proporciona una fuente constante de ladrillos y energa (sulfuros metlicos recin precipitados). 4. El modelo permite una sucesin de diferentes pasos de evolucin celular (qumica prebitica, sntesis de monmeros y oligmeros, sntesis de pptidos y protenas, mundo de ARN, ensamblaje de ribonucleoprotenas y mundo de ADN) en una nica estructura, facilitando el intercambio entre todos los estadios de desarrollo. 5. La sntesis de lpidos como medio de aislar las clulas del medio ambiente no es necesaria hasta que bsicamente estn todas las funciones celulares desarrolladas. Este modelo sita al ltimo antepasado comn universal (LUCA, del ingls Last Universal Common Ancestor) dentro de una chimenea negra, en lugar de asumir la existencia de una forma de vida libre de LUCA. El ltimo paso evolutivo sera la sntesis de una membranalipdica que finalmente permitiera al organismo abandonar el sistema en el interior de la microcaverna de las chimeneas negras y comenzar su vida independiente. Este postulado de una adquisicin tarda de los lpidos es consistente con la presencia de tipos completamente diferentes de lpidos de membrana en arqueobacterias y eubacterias (ms los eucariotas) con una fisiologa altamente similar en todas las formas de vida en otros aspectos. Otro asunto sin resolver en la evolucin qumica es el origen de la homoquiralidad. Por ejemplo, todos los monmeros tienen la misma mano dominante (los aminocidos son zurdos y los cidos nucleicos y azcares son diestros). La homoquiralidad es esencial para la formacin de ribozimas funcionales (y probablemente tambin de protenas). El origen de la homoquiralidad podra explicarse simplemente por una asimetra inicial por casualidad seguida de una descendencia comn. Los trabajos llevados a cabo en 2003 por cientficos de Purdue identificaron el aminocido serina como la probable raz que provoca la homoquiralidad de las molculas. La serina produce enlaces particularmente fuertes con los aminocidos de la misma quiralidad, lo cual

resulta en un grupo de ocho molculas que podran todas ella ser diestras o zurdas. Esta propiedad se contrapone a la de otros aminocidos que son capaces de formar enlaces dbiles con los aminocidos de quiralidad opuesta. Aunque el misterio de por qu acab siendo dominante la serina zurda an est sin resolver, los resultados sugieren una respuesta a la cuestin de la transmisin quiral: el cmo las molculas orgnicas de una quiralidad mantienen la dominancia una vez que se establece la asimetra.[editar]Teora de la playa radiactiva

Zachary Adam,37 de la Universidad de Washington en Seattle, afirma que procesos mareales mayores que los actuales, producidos por una luna situada a una distancia mucho menor podran haber concentrado partculas radiactivas de uranio y otros elementos radiactivos en la marea alta en las playas primordiales donde debieron haber sido los responsables de generar los componentes elementales de la vida. De acuerdo con los modelos de computacin publicados en Astrobiology38 un depsito de tales materiales radiactivos podra haber mostrado la misma reaccin nuclear autosostenida que se encuentra en el yacimiento de uranio de Oklo, en Gabn. Esta arena radiactiva proporciona suficiente energa para generar molculas orgnicas, como aminocidos y azcares a partir de acetonitrilo procedente del agua. La monazitaradiactiva tambin libera fosfatos solubles en las regiones que se encuentran entre los granos de arena, hacindolos biolgicamente accesibles. As pues los aminocidos, azcares y fosfatos solubles pueden ser producidos simultneamente, de acuerdo con Adam. Losactnidos radiactivos, que entonces se encontraban en mayores concentraciones, pudieron haber formado parte de complejos rgano-metlicos. Estos complejos pudieron haber sido importantes como primeros catalizadores en los procesos de la vida. John Parnell, de la Universidad de Aberdeen, sugiere que tales procesos formaron parte del crisol de la vida en los comienzos de cualquier planeta rocoso hasta que ste fuera lo suficientemente grande para generar un sistema de tectnica de placas que aportara minerales radiactivos a la superficie. Puesto que se cree que la Tierra en sus orgenes estaba formada por muchas microplacas, se daran condiciones favorables para este tipo de procesos.[editar]Homoquiralidad

Algunos procesos de la evolucin qumica deberan explicar el origen de la homoquiralidad, es decir, el hecho de que todos los componentes elementales de los seres vivos tienen la misma quiralidad, siendo los aminocidos levgiros, los azcares ribosa y desoxirribosa de los cidos nucleicos son dextrgiros, as como los fosfoglicridos quirales. Se pueden sintetizar molculas quirales, pero en ausencia de una fuente de quiralidad o de un catalizador quiral se forman en una mezcla 50/50 de ambos enantimeros, a la cual se le llama mezcla racmica. Clark sugiri que la homoquiralidad pudo comenzar en el espacio, puesto que los estudios sobre los aminocidos del meteorito Murchison mostraron que la L-alanina era dos veces ms frecuente que la forma D, y el cido Lglutmico era 3 veces ms prevalente que su contrapartida dextrgira. Se ha sugerido que la luz

polarizada tuvo el poder de destruir uno de los enantimeros dentro del disco protoplanetario. Noyes ha demostrado que la desintegracin beta provocaba la destruccin de la D-leucina en una mezcla racmica y que la presencia de 14C, presente en grandes cantidades en las sustancias orgnicas del ambiente temprano de la tierra, podra haber sido la causa.39 Robert M. Hazen ha publicado informes de experimentos realizados en distintas superficies cristalinas quirales que actuaban como posibles lugares de concentracin y ensamblaje de monmeros quirales en macromolculas. 40 Una vez estabilizado el sistema, la quiralidad podra haber sido seleccionada favorablemente por la evolucin.41 Los trabajos con compuestos orgnicos encontrados en meteoritos tienden a sugerir que la quiralidad es una caracterstica de la sntesis abiognica, puesto que los aminocidos actuales son levgiros, mientras que los azcares son predominantemente dextrgiros.42[editar] Autoorganizacin y replicacinArtculo principal:

Autoorganizacin.

Si se considera, como a menudo sucede, que la autoorganizacin y autoreplicacin son los procesos principales que caracterizan a los sistemas vivos, hay que decir que hay muchos tipos de molculas abiticas que exhiben estas caractersticas en las condiciones adecuadas. Por ejemplo, Martin y Russel mostraron que la formacin de un compartimento distinto del ambiente por membranas celulares y la autoorganizacin de reacciones redox autocontenidas son los atributos ms conservados entre los seres vivos, y esto les lleva a argumentar que la materia inorgnica con estos atributos podran estar entre los atributos ms probables del antepasado comn de todos los seres vivos.43[editar]De

las molculas orgnicas a las protoclulas

La cuestin de cmo unas molculas orgnicas simples forman una protoclula lleva mucho tiempo sin respuesta, pero existen muchas hiptesis. Algunas de stas postulan una temprana aparicin de los cidos nucleicos (teoras denominadas primero los genes) mientras que otras postulan que primero aparecieron las reacciones bioqumicas y las rutas metablicas (las primero el metabolismo). Recientemente estn apareciendo tendencias con modelos hbridos que combinan aspectos de ambas.[editar]Modelos primero los genes: el mundo de ARN

ARN con sus bases nitrogenadas a la izquierda y ADN a la derecha.

Artculo principal:

Hiptesis del mundo de ARN.

La hiptesis del mundo de ARN fue enunciada por Walter Gilbert, de Harvard, con base en los experimentos de Thomas Cech (Universidad de Colorado) y Sidney Altman (Yale) en 1980.44Sugiere que las molculas relativamente cortas de ARN se podran haber formado espontneamente de modo que fueran capaces de catalizar su propia replicacin continua. Es difcil de calibrar la probabilidad de esta formacin. Se han expuesto algunas hiptesis de cmo pudo haber sucedido. Las primeras membranas celulares pudieron haberse formado espontneamente a partir de proteinoides (molculas similares a protenas que se producen cuando se calientan soluciones de aminocidos). Cuando estn presentes a la concentracin correcta en solucin acuosa, forman microesferas que, segn se ha observado, presentan una conducta similar a los compartimentos rodeados de membrana. Otras posibilidades incluyen sistemas de reacciones qumicas que tienen lugar en el interior de sustratos de arcilla o en la superficie de rocas pirticas. Entre los factores que apoyan un papel importante para el ARN en la vida primitiva se incluye su habilidad para replicar (vase el Monstruo de Spiegelman); su habilidad para actuar tanto para almacenar informacin y catalizar reacciones qumicas (como ribozimas); su papel extremadamente importante como intermediario en la expresin y mantenimiento de la informacin gentica (en forma de ADN) en los organismos modernos y en la facilidad de su sntesis qumica o al menos de los componentes de la molcula bajo las condiciones aproximadas de la Tierra primitiva. Se han producido artificialmente en el laboratorio molculas de ARN relativamente cortas capaces de duplicar a otras.45 Un punto de vista ligeramente distinto sobre esta misma hiptesis es la de que un tipo diferente de cido nucleico, como los cidos nucleicos peptdicos (ANP) o los cidos nucleicos de treosa (TNA) fueron los primeros en emerger como molculas autorreproductoras para ser reemplazadas por el ARN slo despus.46 47

An quedan algunos problemas con la hiptesis del mundo de ARN, en particular la inestabilidad del ARN cuando se expone a la radiacin ultravioleta, la dificultad de activar y ligar los nucletidos y la carencia de fosfato disponible en solucin requerida para construir su columna vertebral y la inestabilidad de la base citosina (que es susceptible a la hidrlisis). Recientes experimentos tambin sugieren que las estimaciones originales del tamao de una molcula de ARN capaz de autorreplicacin eran muy probablemente ampliamente subestimadas. Formas ms modernas de la teora del mundo de ARN proponen que una simple molcula era capaz de autorreplicacin (que otro mundo por tanto evolucion con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas hiptesis tienen insuficientes pruebas que lo apoyen. Muchas de stas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan temprano en la historia de la Tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta hiptesis.[editar]Modelos primero el metabolismo: el mundo de hierro-sulfuro y otrosArtculo principal:

Teora del mundo de hierro-sulfuro.

Chimeneas de Tynagh (crculos oscuros) junto con burbujas. Segn una teora 48 los lugares donde surgi el metabolismo podran ser semejantes a estas formaciones.

Algunos modelos rechazan la idea de la autorreplicacin de un gen desnudo y postulan la emergencia de un metabolismo primitivo que pudo proporcionar un ambiente para la posterior emergencia de la replicacin del ARN. Una de las ms tempranas encarnaciones de esta idea fue presentada en 1924 por la nocin deAlexander Oparin de primitivas vesculas autorreplicantes que precedieron al descubrimiento de la estructura del ADN. Las variantes ms recientes de los aos1980 y 1990 incluyen la teora del mundo de hierro-sulfuro de Gnter Wchtershuser y modelos presentados por Christian de Duve basados en la qumica de los tiosteres. Entre algunos modelos ms abstractos y tericos de la plausibilidad de la emergencia del metabolismo sin la presencia de genes se incluye un modelo matemtico presentado por Freeman Dyson a principios de los aos 1980 y la nocin de Stuart Kauffman de conjuntos colectivamente

autocatalticos, discutidos ya avanzada la dcada. Sin embargo, la idea de que un ciclo metablico cerrado, como el ciclo reductor del cido ctrico propuesto por Gnter Wchstershuser, pudo formarse espontneamente, an permanece sin pruebas. De acuerdo con Leslie Orgel, un lder en los estudios sobre el origen de la vida durante algunas de las pasadas dcadas, hay razones para creer que la afirmacin permanecer as. En un artculo titulado Self-Organizing Biochemichal Cycles,49 Orgel resume su anlisis de la propuesta estipulando que por ahora no existe razn para esperar que ciclos de mltiples pasos como el ciclo reductor del cido ctrico pudiera autoorganizarse en la superficie de FeS/FeS2 o de algn otro mineral. Es posible que otro tipo de ruta metablica fuera usado en los comienzos de la vida. Por ejemplo, en lugar del ciclo reductivo del cido ctrico, la ruta abierta del acetil-CoA (otra de las cuatro vas reconocidas de fijacin de dixido de carbono en la naturaleza actualmente) podra ser ms compatible con la idea de autoorganizacinen una superficie de sulfuro metlico. La enzima clave de esta va, monxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA tiene anclados grupos mixtos de sulfuro de hierro y nquel en sus centros de reaccin y cataliza la formacin de acetil-CoA (que podra ser recordado como una forma moderna de acetilo-tiol) en un nico paso.[editar]Teora de la burbuja

Las olas que rompen en las costas crean una delicada espuma compuesta por burbujas. Los vientos que barren el ocano tienen tendencia a llevar cosas a la costa, de forma similar a la madera que se junta a la deriva en una playa. Es posible que las molculas orgnicas se pudieran concentrar en los bordes costeros de un modo parecido. Las aguas costeras ms someras tambin tienden a ser ms clidas, concentrando ms tarde las molculas orgnicas por evaporacin. Mientras las burbujas formadas mayormente por agua estallan rpidamente, sucede que las burbuja