La situación de la Tierra en el Universo

Durante muchos siglos, nuestros antepasados ​​pensaban que la Tierra era el centro del universo. Ahora, la ciencia nos permite saber que nuestros antepasados ​​eran muy malos adivinadores. La Tierra se encuentra en la espuela de Orión, fuera del brazo de Perseo, en la galaxia Vía Láctea. Simplemente aún no se ha determinado dónde la Vía Láctea entra en el ámbito del universo entero.

Se estima que sólo para viajar de punta a punta de la galaxia Vía Láctea se necesitan 1.000 años luz. En comparación, si la Vía Láctea es un océano, la Tierra no es ni siquiera tan grande como una gota de agua. 

Las galaxias giran, aunque lo hacen muy lentamente. Dado que las galaxias giran, la teoría es que el universo entero gira también. La galaxia Vía Láctea se ve como un espiral con dos brazos principales. La Tierra se encuentra en un brazo menor (Orión) que se conecta a un brazo mayor (Perseo). El universo en realidad nunca se queda quieto. Además, ahora se cree que se cruza con otras dimensiones de nuestro universo de tres dimensiones. Por lo tanto, determinar el tamaño del universo a fin de averiguar dónde la Tierra entra en él es casi imposible de hacer.

El origen de nuestro Sistema Solar debe situarse hace unos 4600 millones de años. Los cientificos consideran que el proceso de creación fué de la siguiente manera:

Una nebulosa giratoria mayor que el Sistema Solar actual comenzo a concentrarse, la atracción gravitaroria hizo que se originase una gran masa central (Sol Primitivo). A mismo tiempo, las particulas del disco giratorio se fusionaban. Las colisiones y uniones de los planetesimales originaron algunos cuerpos mayores, los protoplanetas que continuaron incorporando más planetesimales despejando su orbita.

Algunos de estos materiales no se incorporaron a los planetas y satelites, estos son los asteroides y cometas.

A medida que el protoplaneta terrestre aumentaba su masa, ejercia mayor atracción gravitatoria, por lo que otros planetesimales colisionaban con el. La fusión parcial de la Tierra permitió que los materiales más pesados se fueran al fondo, originando el nucleo de hierro. Los gases menos densos formaron la atmósfera, mientras que los materiales de densidad intermedia originaron el manto.

Una vez que la superficie del planeta se enfrió el abundante vapor de agua que existia se condensó, y las aguas ocuparon las zonas más bajas, formando los océanos. Podemos decir que hace unos 4000 millones de años habia ya oceanos en la Tierra.

La desgasificación del interior de la Tierra permitió la creación de la atmósfera primitiva, y con la aparición del oxigeno y la reducción del dióxido de carbono fué lo que permitió la aparición de vida en la Tierra.

La Tierra, un planeta en continuo cambio

La desgasificación de la corteza y la actividad volcánica produjeron la atmósfera primordial de la Tierra. La condensación de vapor de agua, junto con el hielo y el agua líquida aportada por los asteroides y por protoplanetas, cometas y objetos transneptunianos produjeron los océanos.

Una combinación de gases de efecto invernadero y mayores niveles de actividad solar contribuyeron a elevar la temperatura de la superficie terrestre, impidiendo así que los océanos se congelaran. Hace 3500 millones de años se formó el campo magnético de la Tierra, lo que ayudó a evitar que la atmósfera fuese arrastrada por el viento solar.34

Se han propuesto dos grandes modelos para el crecimiento de los continentes: el modelo de crecimiento constante, y el modelo de crecimiento rápido en una fase temprana de la historia de la Tierra.

Con un rápido crecimiento inicial de la corteza continental, seguido de un largo período de estabilidad. En escalas de tiempo de cientos de millones de años de duración, la superficie terrestre ha estado en constante remodelación, formando y fragmentando continentes. Estos continentes se han desplazado por la superficie, combinándose en ocasiones para formar un supercontinente. 

Hace aproximadamente 750 millones de años, uno de los primeros supercontinentes conocidos, Rodinia, comenzó a resquebrajarse. Los continentes más tarde se recombinaron nuevamente para formar Pannotia, entre 600 a 540 millones de años, y finalmente Pangea, que se fragmentó hace 180 millones de años hasta llegar a la configuración continental actual.

Se cree que procesos químicos altamente energéticos produjeron una molécula auto-replicante hace alrededor de 4000 millones de años, y entre 3500 y 3800 millones de años existió el último antepasado común universal. El desarrollo de la fotosíntesis permitió que los seres vivos recogiesen de forma directa la energía del Sol; el oxígeno resultante acumulado en la atmósfera formó una capa de ozono (una forma de oxígeno molecular) en la atmósfera superior. La incorporación de células más pequeñas dentro de las más grandes dio como resultado el desarrollo de las células complejas llamadas eucariotas. Los verdaderos organismos multicelulares se formaron cuando las células dentro de colonias se hicieron cada vez más especializadas. La vida colonizó la superficie de la Tierra en parte gracias a la absorción de la radiación ultravioleta por parte de la capa de ozono.

Durante el período Neoproterozoico, desde 750 hasta los 580 millones de años, se produjo una intensa glaciación en la que gran parte del planeta fue cubierto por una capa de hielo. 

Tras la explosión del Cámbrico, hace unos 535 millones de años se han producido cinco grandes extinciones en masa. De ellas, el evento más reciente ocurrió hace 65 millones de años, cuando el impacto de un asteroide provocó la extinción de los dinosaurios.

El presente patrón de edades de hielo comenzó hace alrededor de 40 millones de años y luego se intensificó durante el Pleistoceno, hace alrededor de 3 millones de años. Desde entonces las regiones en latitudes altas han sido objeto de repetidos ciclos de glaciación y deshielo, en ciclos de 40-100 mil años. La última glaciación continental terminó hace 10 000 años.

La Tierra es un cuerpo rocoso. Es el más grande de los cuatro planetas terrestres del Sistema Solar en tamaño y masa, y también es el que tiene la mayor densidad, la mayor gravedad superficial, el campo magnético más fuerte y la rotación más rápida de los cuatro. También es el único planeta terrestre con placas tectónicas activas. El movimiento de estas placas produce que la superficie terrestre esté en constante cambio, siendo responsables de la formación de montañas, de la sismicidad y del vulcanismo. El ciclo de estas placas también juega un papel preponderante en la regulación de la temperatura terrestre, contribuyendo al reciclaje de gases con efecto invernadero como el dióxido de carbono, por medio de la renovación permanente de los fondos oceánicos.

Los cambios en el medio natural (I)

La forma de la Tierra es muy parecida a la de un esferoide oblato, una esfera achatada por los polos, resultando en un abultamiento alrededor del ecuador.62 Este abultamiento está causado por la rotación de la Tierra, y ocasiona que el diámetro en el ecuador sea 43 km más largo que el diámetro de un polo a otro.

La masa de la Tierra es aproximadamente de 5,98×10²⁴ kg. Se compone principalmente de hierro (32,1%), oxígeno (30,1%), silicio (15,1%), magnesio (13,9%), azufre (2,9%), níquel (1,8%), calcio (1,5%) y aluminio (1,4%), con el 1,2% restante formado por pequeñas cantidades de otros elementos. Debido a la segregación de masa, se cree que la zona del núcleo está compuesta principalmente de hierro (88,8%), con pequeñas cantidades de níquel (5,8%), azufre (4,5%), y menos del 1% formado por trazas de otros elementos.

El interior de la Tierra, al igual que el de los otros planetas terrestres, está dividido en capas según su composición química o sus propiedades físicas, pero a diferencia de los otros planetas terrestres, tiene un núcleo interno y externo distintos. Su capa externa es una corteza de silicato sólido, químicamente diferenciado, bajo la cual se encuentra un manto sólido de alta viscosidad. 

La corteza y la parte superior fría y rígida del manto superior se conocen comúnmente como la litosfera, y es de la litosfera de lo que están compuestas las placas tectónicas. Debajo de la litosfera se encuentra la astenosfera, una capa de relativamente baja viscosidad sobre la que flota la litosfera. 

Dentro del manto, entre los 410 y 660 km bajo la superficie, se producen importantes cambios en la estructura cristalina. Estos cambios generan una zona de transición que separa la parte superior e inferior del manto. Bajo el manto se encuentra un núcleo externo líquido de viscosidad extremadamente baja, descansando sobre un núcleo interno sólido.

La capa externa de la Tierra, la litosfera, está fragmentada en placas tectónicas. Estas placas son elementos rígidos que se mueven en relación uno con otro siguiendo uno de estos tres patrones: bordes convergentes, en el que dos placas se aproximan; bordes divergentes, en el que dos placas se separan, y bordes transformantes, en el que dos placas se deslizan lateralmente entre sí. A lo largo de estos bordes de placa se producen los terremotos, la actividad volcánica, la formación de montañas y la formación de fosas oceánicas.

Las placas tectónicas se deslizan sobre la parte superior de la astenosfera, la sólida pero menos viscosa sección superior del manto, que puede fluir y moverse junto con las placas, y cuyo movimiento está fuertemente asociado a los patrones de convección dentro del manto terrestre.

A medida que las placas tectónicas migran a través del planeta, el fondo oceánico se subduce bajo los bordes de las placas en los límites convergentes. Al mismo tiempo, el afloramiento de material del manto en los límites divergentes crea las dorsales oceánicas. La combinación de estos procesos recicla continuamente la corteza oceánica nuevamente en el manto. Debido a este proceso de reciclaje, la mayor parte del suelo marino tiene menos de 100 millones de años de edad.

Las 7 placas más grandes son la Pacífica, Norteamericana, Euroasiática, Africana Antártica, Indoaustraliana y Sudamericana. 

Los cambios en el medio natural (II)

El campo magnético de la Tierra tiene una forma similar a un dipolo magnético, con los polos actualmente localizados cerca de los polos geográficos del planeta. 

Los movimientos de convección en el núcleo son caóticos; los polos magnéticos se mueven y periódicamente cambian de orientación. Esto da lugar a reversiones geomagnéticas a intervalos de tiempo irregulares, unas pocas veces cada millón de años. La inversión más reciente tuvo lugar hace aproximadamente 700 000 años.

El campo magnético forma la magnetosfera, que desvía las partículas de viento solar. En dirección al sol, el arco de choque entre el viento solar y la magnetosfera se encuentra a unas 13 veces el radio de la Tierra. Cuando el plasma entra en la atmósfera de la Tierra por los polos magnéticos se crean las auroras polares.

Las rocas, al igual que cualquier otro material, se deforman ante la acción de esfuerzos externos. Nosotros no captamos esa deformación, pero sí podemos saber cuándo una roca está deformada.

A altas temperaturas y en presencia de agua, las rocas pueden tener un comportamiento plastico. 

Las rocas, los movimientos sísmicos producidos por diferentes factores, ocasionan cambios en el espacio físico, en la corteza terrestre.

Un terremoto es un fenómeno de sacudida brusca y pasajera de la corteza terrestre producido por la liberación de energía acumulada en forma de ondas sísmicas. Los más comunes se producen por la ruptura de fallas geológicas. También pueden ocurrir por otras causas como, por ejemplo, fricción en el borde de placas tectónicas, procesos volcánicos...

Los seres vivos unicelulares y pluricelulares.

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares.

Un organismo unicelular está formado por una única célula. Ejemplos de organismos unicelulares son las bacterias o los protozoos. Aunque resulte sorprendente, los seres unicelulares representan la inmensa mayoría de los seres vivos que pueblan actualmente la Tierra; en número sobrepasan con mucho al resto de los seres vivos del planeta. Sin embargo, los seres vivos que nos resultan familiares están constituidos por un conjunto de células con funciones diferenciadas; son organismos pluricelulares. 

Un organismo pluricelular o multicelular es aquel que está constituido por 2 o más células, en contraposición a los organismos unicelulares (protistas y bacterias, entre muchos otros) que reúnen todas sus funciones vitales en una única célula.

Los organismos pluricelulares son el resultado de la unión de individuos unicelulares a través de formación de colonias, filamentos o agregación.

Un conjunto de células diferenciadas de manera similar que llevan a cabo una determinada función en un organismo multicelular se conoce como un tejido. No obstante, en algunos microorganismos unicelulares, como las mixobacterias o algunos microorganismos que forman biopelículas, se encuentran células diferenciadas, aunque la diferenciación es menos pronunciada que la que se encuentra típicamente en organismos multicelulares.

Estructura de la célula procariota:

Estructura de la célula eucariota:

La aparición de la vida, y, por ello, de la célula, probablemente se inició gracias a la transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas bajo unas condiciones ambientales adecuadas, produciéndose más adelante la interacción de estas biomoléculas generando entes de mayor complejidad. 

Se piensa que dichos componentes orgánicos se agruparon generando estructuras complejas, aún acelulares que, en cuanto alcanzaron la capacidad de autoorganizarse y perpetuarse, dieron lugar a un tipo de célula primitiva.

Las leyes de la herencia

La herencia genética es el proceso por el cual las características transmiten a su descendencia, ya sean características físicas, o biológicas de los seres vivos bajo diferentes condiciones ambientales.

La herencia consiste en la transmisión a su descendencia los caracteres de los ascendentes. El conjunto de todos los caracteres transmisibles, que vienen fijados en los genes, recibe el nombre de genotipo y su manifestación exterior en el aspecto del individuo el de fenotipo. Se llama idiotipo al conjunto de posibilidades de manifestar un carácter que presenta un individuo.

Para que los genes se transmitan a los descendientes es necesaria una reproducción idéntica que dé lugar a una réplica de cada uno de ellos; este fenómeno tiene lugar en la meiosis.

Las variaciones que se producen en el genotipo de un individuo de una determinada especie se denominan variaciones genotípicas. Estas variaciones genotípicas surgen por cambios o mutaciones que pueden ocurrir en el ADN. Las mutaciones que se producen en los genes de las células sexuales pueden transmitirse de una generación a otra. Las variaciones genotípicas entre los individuos de una misma especie tienen como consecuencia la existencia de fenotipos diferentes. 

Las Leyes de Mendel son el conjunto de reglas básicas sobre la transmisión por herencia de las características de los organismos padres a sus hijos. Estas reglas básicas de herencia constituyen el fundamento de la genética. Las leyes se derivan del trabajo realizado por Gregor Mendel publicado en el año 1865 y en 1866, aunque fue ignorado por mucho tiempo hasta su redescubrimiento en 1900.

Las tres leyes de Mendel explican y predicen cómo van a ser los caracteres físicos (fenotipo) de un nuevo individuo. Frecuentemente se han descrito como «leyes para explicar la transmisión de caracteres» (herencia genética) a la descendencia. Desde este punto de vista, de transmisión de caracteres, estrictamente hablando no correspondería considerar la primera ley de Mendel (Ley de la uniformidad). Es un error muy extendido suponer que la uniformidad de los híbridos que Mendel observó en sus experimentos es una ley de transmisión, pero la dominancia nada tiene que ver con la transmisión, sino con la expresión del genotipo. 

Por lo que esta observación mendeliana en ocasiones no se considera una ley de Mendel. Así pues, hay tres leyes de Mendel que explican los caracteres de la descendencia de dos individuos, pero solo son dos las leyes mendelianas de transmisión: la Ley de segregación de caracteres independientes y la Ley de la herencia independiente de caracteres.

Mendel describió dos tipos de "factores" (genes) de acuerdo a su expresión fenotípica en la descendencia, los dominantes y los recesivos, pero existe otro factor a tener en cuenta en organismos dioicos y es el hecho de que los individuos de sexo femenino tienen dos cromosomas X (XX) mientras los masculinos tienen un cromosoma X y uno Y (XY), con lo cual quedan conformados cuatro modos o "patrones" según los cuales se puede trasmitir una mutación simple:

-Gen dominante ubicado en un autosoma (herencia autosómica dominante).

-Gen recesivo ubicado en un autosoma (herencia autosómica recesiva).

-Gen dominante situado en el cromosoma X (herencia dominante ligada al cromosoma X).

-Gen recesivo situado en el cromosoma X (herencia recesiva ligada al cromosoma X).

Genética humana

La herencia de los rasgos para los seres humanos se basan en el modelo de herencia de Gregor Mendel. Mendel deduce que la herencia depende de unidades discretas de la herencia, llamado genes.

Los genes son las unidades fundamentales de la herencia. Los genes se pueden definir como una secuencia de ADN en el genoma que se requiere para la producción de un producto funcional. Los genes tienen tanto menores y mayores efectos en características humanas. 

Un genoma es todo el ADN contenido en un organismo o una célula incluidos el ADN nuclear y mitocondrial. El genoma humano es la colección total de los genes en un ser humano que figuran en el cromosoma humano, compuesto por más de tres mil millones de nucleótidos.

La genética de poblaciones es la rama de la biología evolutiva responsable de investigar los procesos que causan cambios en frecuencias alélicas y genotípicas en poblaciones. Cuatro diferentes fuerzas pueden influir en las frecuencias: la selección natural, mutación, el flujo genético, y la deriva genética. Una población puede definirse como un grupo de individuos capaces de reproducirse entre sí y su descendencia. Para la genética humana, las poblaciones constarán sólo de la especie humana.

El genoma humano es el genoma del Homo sapiens, es decir, la secuencia de ADN contenida en 23 pares de cromosomas en el núcleo de cada célula humana diploide.

De los 23 pares, 22 son cromosomas autosómicos y un par determinante del sexo (dos cromosomas X en mujeres y uno X y uno Y en varones).

La secuencia de ADN que conforma el genoma humano contiene codificada la información necesaria para la expresión, altamente coordinada y adaptable al ambiente, del proteoma humano, es decir, del conjunto de las proteínas del ser humano. Las proteínas, y no el ADN, son las principales biomoléculas efectoras; poseen funciones estructurales, enzimáticas, metabólicas, reguladoras, señalizadoras..., organizándose en enormes redes funcionales de interacciones. En definitiva, el proteoma fundamenta la particular morfología y funcionalidad de cada célula. Asimismo, la organización estructural y funcional de las distintas células conforma cada tejido y cada órgano, y, finalmente, el organismo vivo en su conjunto. Así, el genoma humano contiene la información básica necesaria para el desarrollo físico de un ser humano completo.

El genoma humano está formado por cromosomas, que son largas secuencias continuas de ADN altamente organizadas espacialmente para adoptar una forma ultracondensada en metafase.

El cariotipo humano normal contiene un total de 23 pares de cromosomas distintos: 22 pares de autosomas más 1 par de cromosomas sexuales que determinan el sexo del individuo. 

Las células somáticas de un organismo poseen en su núcleo un total de 46 cromosomas (23 pares): una dotación de 22 autosomas procedentes de cada progenitor y un par de cromosomas sexuales, un cromosoma X de la madre y un X o un Y del padre.

La alteración de la secuencia de ADN que constituye el genoma humano puede causar la expresión anormal de uno o más genes, originando un fenotipo patológico. Las enfermedades genéticas pueden estar causadas por mutación de la secuencia de ADN, con afectación de la secuencia codificante (produciendo proteínas incorrectas) o de secuencias reguladoras (alterando el nivel de expresión de un gen), o por alteraciones cromosómicas, numéricas o estructurales. La alteración del genoma de las células germinales de un individuo se transmite frecuentemente a su descendencia. Actualmente el número de enfermedades genéticas conocidas es aproximadamente de 4.000.