Locos por la Geología

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El lunes pasado subí la primera parte de este tema, y por ende deberían comenzar por leer ese post antes de internarse en éste.

En ese momento respondí a las siguientes preguntas:

¿Cuál era el estado del conocimiento antes de esta comprobación?

¿Qué se puede decir de Stanley Miller?

¿Quién fue Harold Clayton Urey?

Hoy seguimos desde allí.

¿En qué consistió el experimento?

Como señalé la semana pasada, el propósito de Miller y Urey, era poner a prueba la hipótesis de los biólogos Oparin y Haldane, quienes sostenían que bajo las condiciones atmosféricas de la Tierra primitiva, habrían podido generarse reacciones químicas, que formarían a su vez, compuestos orgánicos, más tarde conducentes a las primeras formas de vida.

Partiendo de la sencilla idea de reproducir en lo posible la mezcla de gases que se suponían presentes en la atmósfera primigenia, y suministrarle luego una energía comparable a la que la naturaleza produce continuamente (en forma de rayos de tormenta), Stanley Miller y Harold Urey diseñaron un protocolo experimental, que pusieron a prueba entre 1952 y 1953.

Todo el sistema consistía en:

• un matraz con agua, de composición supuestamente semejante a la del océano primitivo.
• Conectado a él, otro matraz con una mezcla de elementos que intentaba reproducir lo que se pensaba era la atmósfera prebiótica. Específicamente la mezcla constaba de metano (CH4), hidrógeno (H2), amoníaco (NH3) y vapor de agua (H2O).
• Un condensador que enfriaba los gases de manera similar a como lo habría hecho la lluvia.
• Dos electrodos que producían altos voltajes, y descargas eléctricas como las  propias de las tormentas.
• Todo el sistema terminaba en un tubo con forma de «U» que impedía el retorno del vapor al cuerpo principal.

Este conjunto recibía por un lado las descargas eléctricas, y por el otro calentaba el agua, como lo haría la radiación solar. Después de algunos días, la mezcla otiginalmente límpida, comenzó a tomar un color rojizo y a aumentar notablemente su viscosidad. El análisis de la nueva composición de la mezcla arrojó la presencia de moléculas orgánicas complejas, que se generaron sólo a partir de los componentes hipotéticos de la atmósfera primitiva.

Los compuestos identificados incluían trazas de aminoácidos como glicina, alanina, ácido aspártico y ácido amino-n-butírico, todos los cuales son los elementos constitutivos de las proteínas.

Con posterioridad, tanto Miller como Urey y otros investigadores fueron añadiendo ligeras modificaciones al protocolo original, logrando recrear hasta veinte aminoácidos, y también nucleótidos, que son los constituyentes fundamentales del material genético: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico).

No obstante algunos de los aminoácidos importantes, como los que contienen átomos de azufre, nunca aparecieron en el experimento.

¿Cómo se conoce la composición original de la atmósfera?

Los métodos de análisis son lo suficientemente complejos como para ameritar un post especíico en algún momento futuro. Por ahora, sin embargo, quiero hacer notar que siempre se tratará de inferencias y especulaciones en su mayor parte. No obstante, los resultados alcanzan algún consenso, aunque haya también cuestionamientos a tener en cuenta. Como primera aproximación sólo mencionaré brevemente algunas de las estrategias que se emplean para la reconstrucción de lo que probablemente fue la atmósfera primitiva:

• Estudio de la composición de las inclusiones fluidas en las rocas más antiguas de que se dispone.
• Análisis de las proporciones de los isótopos de los gases nobles presentes en la mezcla actual.
• Estudio comparativo con los gases de las envolturas gaseosas de otros cuerpos planetarios, inferidos de las observaciones espectroscópicas.
• Evaluación de la cantidad de carbonatos actuales, considerados procedentes en su mayor parte del dióxido de carbono atmosférico.

¿Qué se demostró con el experimento de Miller-Urey?

El experimento demostró que las moléculas orgánicas pueden emerger desde reacciones físico-químicas relativamente comunes, y con fuentes energéticas disponibles de manera natural, como la radiación solar y los rayos.

En otras palabras, las moléculas orgánicas complejas pueden originarse desde moléculas inorgánicas más simples, si  se dan las condiciones de composición de la atmósfera primitiva, altos voltajes, radiación ultravioleta y bajo contenido de oxígeno.

Todo esto abre un importante campo de investigación para explicar el posible modo de origen de la vida.

¿Qué efectos tuvieron esos resultados?

Como sucede y sucedió siempre que un concepto revolucionario saca a los científicos de su área de comodidad, las primeras reacciones fueron críticas y negativas furiosas. Con el tiempo, como también ha pasado siempre, nuevas tecnologías y avances en el conocimiento general, van puliendo las aristas «incómodas» de las nuevas formulaciones, y sus núcleos comprobados recobran sus fuerzas. Esto ha pasado también en este caso, y todavía hoy se siguen reformulando algunas de las conclusiones a la luz de nuevos hallazgos. Veamos algunas críticas y su evolución posterior, sin olvidar que nunca en la ciencia está dicha la última palabra.

Uno de los primeros debates que se produjeron, se basó en el hecho de que (con pocas excepciones, como los retrovirus) para la síntesis de proteínas y ARN se consideraba vital la molécula ADN, que sería copiada por el ARN, que a su vez se transcribiría en  las proteínas.

La crítica era pues, cómo podían formarse las biomoléculas a partir de aminoácidos y nucleótidos, sin la presencia de ADN. La paradoja se resolvió con el descubrimiento de las ribozimas que actúan como catalíticos que también aportan información genética. Es decir que el ARN puede autorreplicarse y participar en la formación de proteínas. El ADN tendría un papel más secundario y sería seleccionado como herencia sobre el ARN.

Otro grupo de críticos centralizó sus ataques cuestionando la composición de la atmósfera terrestre primitiva que se asume en el experimento. Lo primero que se señaló es que una atmósfera menos reductora que la supuesta por Urey, es decir con más oxígeno libre, disminuiría notablemente la cantidad y variedad de biomoléculas producidas.

Esta postura ha ido y vuelto con el tiempo, según se sumen voces a favor o en contra de una atmósfera primitiva relativamente oxidante.

Una solución novedosa a este cuestionamiento introdujo la actividad volcánica como responsable de bolsones localmente reductores, sea cual sea la composición que se asuma para la atmósfera en su conjunto.

Pero también aparecieron científicos muy enamorados de la «importación» de la vida a partir de un origen extraterrestre, para lo cual sugieren al menos dos alternativas: en la primera, aceptando una atmósfera originalmente reductora, postulan que los aminoácidos y otros monómeros imprescindibles para la vida pudieron sintetizarse en la Tierra. En su segunda opción, con atmósfera oxidante, asumen que los principales ingredientes de la sopa orgánica primigenia o primordial, habrían sido aportados por meteoritos y núcleos de cometas.

Hasta hoy mismo, se sigue poniendo a prueba el experimento usando diferentes composiciones gaseosas. De hecho, el propio Miller siguió haciéndolo hasta su muerte en 2007.

Hace unos pocos años los discípluos que siguieron sus estudios, encontraron en su laboratorio unos viales que contenían la sustancia producida en uno de sus tantos experimentos, cuyos resultados nunca llegó a publicar. En esos contenedores, se habían formado 22 aminoácidos, la mayor parte de los cuales no se habían reconocido en experimentos anteriores.

Adicionalmente, en tiempos más recientes se vienen desarrollando otras líneas de investigación, no relacionadas con la metodología de Miller, para comprender el origen posible de la vida.

Como síntesis final, digamos que aún existen debates y controversias sobre la interpretación del experimento de Miller y sobre cómo se originaron las primeras células.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es la de Harold Clayton Urey y la he tomado de este sitio.

Hoy voy a ocuparme de un experimento que fue sumamente significativo en la historia de la Biología, y por ende, también de la Paleontología, ya que permitió una nueva mirada, alejada de las doctrinas religiosas imperantes en la época.

Me parece que, dado lo revolucionario de este experimento, y sobre todo por su efecto sobre el pensamiento posterior, amerita que hablemos un poco de quienes lo llevaron a cabo, de modo que comprendamos su verdadera e indiscutible calificación científica.

Y como ya es mi costumbre, cuando un post es demasiado largo, lo he dividido en dos partes, la segunda de las cuales aparecerá el próximo lunes. Hoy me ocuparé de las siguientes preguntas:

¿Cuál era el estado del conocimiento antes de esta comprobación?

Con anterioridad a esta comprobación experimental había habido- como ocurre siempre- antecedentes diversos que prepararon el camino, pero la convicción social mayoritaria seguía una de dos corrientes diferentes aunque igualmente antiguas, e igualmente carentes de pruebas que las sustentaran. Ellas eran: por un lado la generación espontánea, sin causa, sin disparador y sin procesos conocidos. Algo que según las diferentes posturas iba desde la explicación mágica a la fortuita, pero siempre sin ningún fundamento.

Por otro lado, reinaba la convicción religiosa, es decir el creacionismo atribuido a diferentes seres superiores según las distintas creencias, religiones o mitologías. En definitiva, algún o algunos seres de poderes infinitos, habrían generado seres vivientes según su gusto y capricho, sin seguir leyes físicas ni químicas comprobables.

Este experimento presentó por primera vez pruebas de un curso posible para la aparición de la vida. Más adelante analizaremos sus consecuencias, y posterior evolución.

¿Qué se puede decir de Stanley Miller?

Stanley Miller nació en Oakland, California, el 7 de marzo de 1930, y tal vez por el hecho de ser un contemporáneo, son pocos los datos de su biografía personal de que se dispone.

Se graduó como Licenciado en Ciencias, en la Universidad de California en 1951, y fue allí donde conoció a quien sería su profesor, mentor y copartícipe del experimento que hoy nos ocupa, y que le dio su merecida fama. De ese experimento vale la pena decir que lo realizó junto con Urey en 1953, sobre la base de una hipótesis sustentada por Oparin y Haldane acerca de las condiciones de la Tierra primitiva y su atmósfera, y de la posible aparición de vida en ella, por reacciones físico- químicas.

Sobre la base de los hallazgos de ese experimento, Miller obtuvo su doctorado en Química en la Universidad de Chicago, en el año 1954. Como dato curioso y ejemplificador, vale la pena mencionar que Urey se rehusó a aparecer como coautor en la primera publicación del experimento, para no opacar el lucimiento de su discípulo que había realizado la mayor parte de la tarea. Debido a esa geneosidad de Urey, el experimento se conoció como «de Miller», y es desde hace pocos años que ha comenzado a llamarse «de Miller-Urey», precisamente a instancias del propio Miller (otro ejemplo de honestidad y ética). Es así que podemos afirmar que ambos fueron dos grandes científicos, pero también dos grandes personas. ¡Tan distinto a lo que pasa con tantos «profesores» que se incluyen como coautores en trabajos en los que no aportaron nada, salvo el hecho de ser los jefes nominales!

Ya doctorado, fue profesor asistente entre 1958 y 1960, profesor asociado entre 1960 y 1968 y finalmente profesor titular de Química en la Universidad de California, sita en San Diego.

Dedicó sus esfuerzos a estudiar el origen de la vida, y fue considerado como pionero en el campo de la Exobiología, disciplina también conocida como Astrobiología, y que indaga sobre las posibilidades de que exista vida en otros cuerpos celestes.

Miller fue incorporado como miembro de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos; y como coronación de su carrera recibió una Medalla Oparin, instituida en homenaje precisamente a una de las personas sobre cuya hipótesis diseñó el experimento que lo posicionó como un referente de la Paleobiología, y que revolucionó toda la ciencia. No obstante, nunca accedió al Premio Nobel que muchos pensamos que habría merecido.

Stanley Miller falleció el 20 de mayo de 2007.

¿Quién fue Harold Clayton Urey?

Harold Clayton Urey nació en Walkerton, Indiana, el 29 de abril de 1893, y fueron sus padres el reverendo Samuel Clayton Urey y Cora Rebecca Riensehl.

Obtuvo un título en Zoología en la Universidad de Montana en 1917, lo que lo habilitó para trabajar en la compañía química Barrett de Filadelfia, Pensilvania. En 1923 se doctoró en la Universidad de California, y desde entonces y por un año estudió física atómica con Niels Bohr -¡nada menos!- en la Universidad de Copenhague.

Ya desde 1919 ejerció la docencia en diversas universidades, tales como la de Montana, entre 1919 y 1924; la Universidad Johns Hopkins desde 1924 hasta 1929; Universidad de Columbia entre 1934 y 1945. Más tarde fue profesor de Química del Instituto de Estudios Nucleares de la Universidad de Chicago, y docente en la Universidad de Oxford. En 1958 fue profesor en la Universidad de California, en San Diego.

Sus investigaciones científicas se enfocaron inicialmente en el aislamiento de isótopos pesados del hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono y azufre, lo que le valió recibir en 1934 el Premio Nobel de Química por la obtención de deuterio (hidrógeno pesado) y el aislamiento del agua pesada (óxido de deuterio, D-2O).

En 1940 se le otorgó la medalla Davy, concedida por la Science Royal Society.

Más tarde, y durante la Segunda Guerra Mundial dirigió, en la Universidad de Columbia, el grupo de investigación que elaboró métodos de separación de los isótopos de Uranio, y de producción de agua pesada. Si bien sus aportes contribuyeron al desarrollo de la bomba de hidrógeno, se incorporó luego al grupo de científicos atómicos que abogaron por un control internacional del uso de la energía atómica.

Entre sus múltiples trabajos realizó también investigaciones sobre Geofísica, Paleontología y el origen del Sistema Solar.

En 1966 obtuvo la Medalla de Oro de la Real Sociedad Astronómica, y en 1973 la medalla Priestley, concedida por la American Chemical Society.

Falleció a los 88 años de edad, en La Jolla, California el 5 de enero de 1981. Como homenajes póstumos a su notable actividad científica fueron bautizados con su nombre un cráter lunar, y el asteroide 4716.

A partir de aquí, seguiremos el lunes para contestar las siguientes preguntas:

¿En qué consistió el experimento?

¿Cómo se conoce la composición original de la atmósfera?

¿Qué se demostró con el experimento de Miller.Urey?

¿Qué efectos tuvieron esos resultados?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es la de Stanley Miller y la he tomado de este sitio.

Hoy veremos un factor más entre los que hemos clasificado como pasivos, que define el curso de la evolución del suelo: el material parental u originario.

¿Qué se entiende por material parental?

Con la expresión «material parental» se alude a la roca o sedimento preexistente, que luego del ataque por los agentes de la meteorización, o tras sufrir un ciclo erosivo, va cambiando su condición hasta incorporar materia orgánica y convertirse al fin en sustento para las plantas, lo que ya lo define como suelo. Allí no se detiene la influencia del material parental, sino que sigue condicionando los procesos pedológicos posteriores.

¿Qué tipos generales se reconocen entre los materiales parentales?

Básicamente los materiales parentales pueden ser autóctonos o alóctonos. Son autóctonos los materiales litológicos propios del lugar, como rocas cristalinas y afloramientos en general. Son en cambio alóctonos los que proceden de lugares distantes, y se han depositado en el lugar en que se forma el suelo, luego de uno o más ciclos de transporte. Son claros ejemplos el loess y toda otra clase de sedimentos.

¿Cómo incide el material parental en la evolución del suelo?

Como ya dijimos antes, lo hace como un factor pasivo, que recibe, modifica y condiciona la acción de agentes como los que componen el clima y la biota, los cuales son en gran medida responsables de los procesos meteorizantes y pedogenéticos.

Por eso es que su incidencia depende de tres cosas:

• Las características físicas.
• La composición química.
• Las estructuras de depositación o de deformación.

¿Qué influencia tiene el material según sus características físicas?

Hay materiales que al ser más porosos y/o permeables permiten el ingreso y consecuente ataque de los agentes de la meteorización, que aceleran los procesos evolutivos en la formación del suelo, y también en los que significan su contaminación o degradación.

Por el contrario, el avance de esos agentes en materiales más impermeables depende de que haya en el medio alguna ruptura o deformación, como veremos más abajo.

Minerales hojosos, como las micas facilitan el avance del proceso, pues presentan muchas discontinuidades favorables a la desagregación. Ocurre exactamente lo contrario en los de hábito masivo.

¿Cómo influye químicamente el material parental?

No hay que ser ningún genio para darse cuenta de que la composición química de un material dado incide en dos aspectos fundamentales: cómo cursa en ellos la meteorización, sin la cual los procesos pedogenéticos propiamente dichos nunca podrían instalarse; y qué elementos químicos están disponibles en el medio para definir las reacciones posibles, y los suelos resultantes.

En el primer caso, es básico el conocimiento de la ley de estabilidad mineral y de la secuencia de Goldich, dos temas ya explicados en el blog, y que convendría que repasaran ahora.

Para lo segundo, podemos decir que las rocas ácidas favorecen la instalación de suelos con pH bajo, mientras que las rocas básicas son propensas a generar suelos de alto pH. Por supuesto siempre habrá que prestar atención a otros factores, como la vegetación o el manejo agrícola, que pueden incidir de maneras diferentes.

¿Qué influencia tienen las estructuras de depositación y de deformación?

Hay estructuras deposicionales, como la estratificación que ofrecen vías de entrada a los agentes de la pedogénesis y la meteorización. Su presencia o ausencia define cursos de evolución diferenciados.

Otro tanto ocurre con estructuras postdeposicionales, relacionadas con procesos de deformación y ruptura. La presencia de grietas, esquistosidades, fallas, etc, son espacios donde luego las raíces, los cristales y el agua pueden ingresar, y en donde generan un curso muy distinto al de las situaciones donde no hay vías de ataque expeditas.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

Éste que hoy les presento, es el capítulo 3 del Cuadernillo didáctico que escribí hace casi cuarenta años. Por ese entonces muchas de las cosas que llevé al papel eran novedosas y casi nadie les prestaba atención. Muchas también les sonarán a viejas, pero recuerden que fueron escritas hace tanto tiempo. Tomen de este apunte lo que les pueda servir.

En cuanto a lo formal, en primer lugar se trata de un apunte que he escaneado del original, escrito a máquina, cuando corregir errores no era tan fácil, de modo que pido disculpas si alguno se ha deslizado sin querer.

En segundo lugar, como está en hojas tamaño oficio, que ya no se usan, por momentos algunos renglones se escapan de la pantalla del escaner, de modo que las he copiado al pie o en el encabezamiento de cada página escaneada, según corresponda.

Si lo usan como fuente o lo entregan a sus alumnos, debe ser citado como:

Argüello, Graciela.1985. »Geología: su posición entre las ciencias. Breve reseña de su historia en el mundo y en nuestro medio» Cuadernillo didáctico Nº I de 25 págs. Uso interno en la U.N.C. y en la U.N.R.C.

Papel Del Geólogo by Graciela L. Argüello on Scribd

P.S.: Sí ya sé, la foto no tiene nada que ver con nada, salvo con el hecho de que la encontré también entre archivos más o menos viejos. Es de un viaje a Cartagena de Indias de hace como 10 años.

Como habrán notado, en estas últimas semanas vengo hablando de los factores que condicionan la manera de evolucionar del suelo. Y les he advertido que el suelo es un sistema muy complejo, de modo que lo que les cuente será siempre un simple recorte didáctico de lo que de verdad ocurre en la naturaleza. En este caso, el relieve suele considerarse como un factor pasivo, simplemente modificando algunos procesos, pero no generándolos per se.

¿Qué se entiende por relieve?

Puede considerarse al relieve de muchas maneras, pero en una forma muy básica de definirlo, alude a la configuración física de un área geográfica, donde se señalan elevaciones, depresiones e irregularidades de la superficie del terreno considerado en su conjunto.

¿Cuáles son los niveles de percepción del relieve?

Según diversos criterios, pueden considerarse tres o cuatro escalas de observación. En mi caso, elijo 4 niveles:

• Mega-relieve: implica longitudes mayores que 10.000 km, y áreas de más de 100.000.000 km², es decir que son magnitudes globales, que afectan grandes espacios del planeta.
• Macro-relieve: abarca desde 100 a 10.000 km en cuanto a longitud, y entre 10.000 y 100.000.000 km², comprendiendo espacios continentales.
• Meso- relieve: incluye desde 1 km a 100 de longitud; y un área de entre 1 y 10.000 km². Es decir que el ámbito involucrado es regional.
• Micro-relieve: va desde 1 m hasta 1 km y no más de espacio lineal; y entre 1 m² y 1 km². Su dimensión pues, es local.

¿De qué maneras influye el mega-relieve?

Básicamente cuando hablamos de un nivel global, estaremos refiriéndonos a la distribución de áreas continentales emergidas o sumergidas, y oceánicas en todo el planeta. Este tema ya lo he explicado en otro post, que convendría que volvieran a leer, para saber cómo nos posicionamos aquí.

En cuanto a factor en la evolución del suelo, su principal función en esta escala sería simplemente definir dónde se generan verdaderos suelos en un sentido estricto y dónde no.

¿De qué maneras influye el macro-relieve?

El macrorrelieve toma en cuenta geoformas de grandes dimensiones (según señalamos más arriba), como podrían ser las cadenas montañosas, que influyen sobre continentes enteros. Por ejemplo la presencia de una cordillera como la de Los Andes, condiciona todo el clima, generando barreras para los vientos cargados de humedad procedente del Pacífico. La pendiente occidental, por ende es más húmeda que la oriental, donde suelen generarse ambientes áridos como son en nuestro país las provincias de Mendoza y San Juan.

Inversamente, las Sierras Pampeanas en la provincia de Córdoba retienen la humedad procedente del Océano Atlántico en la parte oriental de la provincia, dejando la zona occidental con un mayor déficit hídrico.

Al margen de lo que hace a la humedad, el propio viento al desplazarse, genera un efecto de desecamiento y erosión, y las formas montañosas son para ese efecto una barrera protectora tanto del desgaste eólico como de la pérdida excesiva de humedad.

Por otra parte, muy bien conocido es el efecto de la distribución de las solanas -laderas más expuestas a la insolación- y las umbrías- laderas en las que el tiempo de insolación es más breve- para el mayor o menor crecimiento de la vegetación, que es también factor condicionante de la evolución edáfica.

Por otra parte, la distribución de la temperatura en zonas con relieve muy pronunciado, es dependiente de la altura, con lo que la vegetación también se distribuye en pisos diferenciados, y tanto un efecto como el otro condicionan la historia del suelo.

¿De qué maneras influye el meso-relieve?

El mesorrelieve considera variaciones de las geoformas en unos pocos miles de metros, dentro de los cuales se definen básicamente los altos y bajos del relieve en sitios que corresponden a localidades o parajes limitados. Se refiere a la distribución de lomas, valles, y la forma, longitud, e intensidad de la pendiente entre ellos.

En otro post veremos la multiplicidad de características que definen a una pendiente, con mucho mayor detalle, pero baste hoy con decir que todos esos rasgos, son fundamentales para la distribución de los flujos de agua y en general, el drenaje en los suelos. Éste influye a su vez, tanto en la evolución de los procesos que constituyen el suelo resultante, como en la erosión que lo degrada.

¿De qué maneras influye el micro-relieve?

El microrrelieve tiene en cuenta cambios que se producen en pocos metros, que muchas veces tienen que ver con el tipo de material presente en el suelo. En sedimentos con altos contenidos de arcillas expansibles, como las smectitas (montmorrillonitas) suelen generarse relieves de tipo «gilgai», que da lugar a formas de microdepresiones y microelevaciones, que también generan algún grado de variabilidad espacial en el curso de los procesos que en esos relieves se instalen.

Sea cual sea la escala de análisis, podría generalizarse que la influencia más importante del relieve es la distribución del agua tanto superficial como subsuperficialmente, con todas las consecuencias que en la evolución edáfica implica.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.