guia_de_aprendizaje

Guía de aprendizaje del curso
“Astrobiología “
1- Detalles generales del curso
1.1 Introducción y bienvenida
La Astrobiología es una ciencia interdisciplinar de reciente creación. Investiga
la cadena de sucesos que han hecho posible el aumento de complejidad y la
emergencia de vida en nuestro Universo. Disciplinas clásicamente alejadas
entre sí, convergen en esta nueva ciencia para trazar un mapa del largo
camino que ha recorrido la materia primigenia hasta la vida.
El curso está planteado como una narración lineal que parte del Big-Bang
hasta alcanzar la vida en nuestro planeta Tierra. Os invitamos a realizar este
viaje científico con nosotros como guías. A lo largo de trece capítulos, se
estructuran y combinan teorías científicas de disciplinas tan aparentemente
dispares como la cosmología, física de partículas, astrofísica, geología
planetaria, bioquímica o bioinformática. A través de ellas disfrutaremos con la
nueva imagen del Universo creador que ha forjado la ciencia en el último
siglo.
1.2 Nombre de el/los profesor/es y correo electrónico
Aida Agea Merino aida_agea@3igroup.com
Fernando Jesús Ballesteros Roselló fernando.ballesteros@uv.es
María González Moreno gonzalez@gredos.cnb.uam.es
Luisa-María Lara López lara@iaa.es
Bartolo Luque Serrano bartolo@dmae.upm.es
Álvaro Márquez González amarquez@escet.urjc.es
1.3 Objetivos generales del curso
El objetivo del curso es proporcionar al alumno una visión general, rigurosa y
actualizada de todos aquellos procesos que han generado estructuras cada
vez más complejas, creando las condiciones para la emergencia de vida, tal y
como existe en nuestro planeta Tierra. Somos conscientes de que quedan
lagunas grandes en muchos campos, pero unificar y contrastar ciencias que
durante siglos han caminado solas, son el primer paso para sortearlas.
A lo largo del recorrido asistiremos a la evolución de la materia hasta formar grandes
estructuras cósmicas. Presenciaremos el origen de las estrellas y la formación de
sistemas planetarios. Nos centramos en el origen del Sistema Solar y lo que nos ha
enseñando sobre otros posibles mundos habitables. Continuaremos con el origen y
evolución del planeta Tierra y la vida en su seno. Conocimientos sobre física,
planetología, geología, biología y un largo etcétera de disciplinas se mezclarán en este
curso para dibujar la imagen de un Universo que genera espontáneamente complejidad y
exhibe mecanismos de auto-organización.
1.4 Metodología y evaluación
1. Materiales de estudio.
Todo el material para el estudio del curso se encuentra en la Web de
GATE. Además de las páginas propias del curso, éstas contienen
enlaces a otras páginas Web dónde se detallan algunos conceptos, se
muestran imágenes o vídeos para facilitar la comprensión del capítulo y
es posible profundizar en los conceptos.
2. Funcionamiento de las tutorías.
Las tutorías del curso se realizarán por correo electrónico con el
objetivo principal de que el alumno formule sus preguntas e
inquietudes. Dado que los campos de investigación y de trabajo de los
profesores se solapan, es conveniente que estas tutorías no se
restrinjan a un solo profesor, sino que las preguntas se formulen en un
foro abierto, de forma tal que el resto del alumnado, así como los
profesores participen de forma constructiva y crítica.
3. Uso de los espacios (foros, tablón debates).
Tablón: irá recogiendo los descubrimientos que la comunidad científica
internacional vaya haciendo mientras se imparte el curso. Este espacio
servirá para que tanto profesores como alumnos expongan y comenten
las últimas novedades de actualidad científica.
Foro y Debates: este espacio está fusionado con las Tutorías.
4. Descripción de la evaluación.
El curso está dotado de un alto contenido teórico y carece de aspectos
prácticos como tales. La participación del alumnado en los foros de
debate puede considerarse una actividad en la que se pone en práctica
los conocimientos adquiridos. En estas Tutorías o Foros, los profesores
irán formulando preguntas relacionadas con el temario de manera que
el alumno deba sintetizar los conocimientos adquiridos hasta ese
momento.
Los módulos se realizarán de forma secuencial, debido a que las
unidades docentes requieren de los conocimientos impartidos por las
unidades anteriores. La evaluación del curso se realizará principalmente
a través de la participación del alumno en las discusiones que nazcan
en el marco del foro.
2- Detalles por capítulos del curso
Capítulo 1: “Al principio" (Origen del Universo)
Cuando salimos a pasear por la noche, sin saberlo nos encontramos con uno
de los misterios más grandes de la ciencia: ¿por qué la noche es oscura? En
este capítulo estudiaremos que la respuesta a esta pregunta dista mucho de
ser trivial y nos habla de uno de las grandes revoluciones científicas y
culturales de nuestra era: el Universo nació en una gran explosión. Este será
el punto de partida para un viaje desde el instante 0, en el que el Universo
era increíblemente simple, hasta el instante en que aparecieron las cuatro
fuerzas fundamentales de la naturaleza, dando un repaso a la teoría de la
Inflación, que explica por qué todo el universo estalló de la manera en que lo
hizo.
Capítulo 2: “Sonido de fondo" (La creación de la materia)
En este capítulo se continúa el viaje hacia el presente, haciéndose un estudio
en profundidad de la física de partículas elementales y de la verdadera
naturaleza del mundo. Se explican los procesos que tuvieron lugar en el
universo primitivo que permitieron la aparición de materia, y se continúa con
la teoría clásica del Big Bang, mostrándose las pruebas de su existencia, como
las grandes cantidades de helio e hidrógeno que existen, y la presencia de un
fondo cósmico de microondas, residuo de los fuegos de la gran explosión.
Capítulo 3: “Tinieblas y luz" (Grandes estructuras cósmicas)
En este capítulo se estudia la información que sobre el universo nos puede dar
la radiación cósmica de fondo: nuestro universo que no gira y no tiene
curvatura. Recrearemos la evolución del Universo y observaremos cómo la
materia se organiza a gran escala en forma de gigantescos filamentos. Se
muestran las pruebas que apoyan la posible existencia de mucha más materia
de la que vemos, la famosa materia oscura, cuya existencia ha moldeado la
forma actual del Universo. Por último, se estudia cómo en el interior de esos
gigantescos filamentos de materia, las nubes de hidrógeno y helio colapsan
para formar las galaxias y se describen las diferentes fases de la evolución
galáctica.
Capítulo 4: “Rastreando soles y planetas” (Sistemas planetarios)
En este capítulo se comienza con un estudio sobre la formacion y evolucion
estelar, asi como de las reacciones nucleares que transforman H y He en la
mayor parte de los elementos quimicos existentes. Se introduce tambien la
clasificacion estelar mediante un diagrama que nos muestra la evolucion
temporal de una estrella dependiendo de su masa inicial. Una vez “ordenado”
el mundo estelar, nos concentramos en aquellas estrellas a las que se les ha
encontrado un planeta (o sistema de planetas)
u otro compañero
orbitándolas. Esta presentación de planetas extrasolares se hace de forma
cronológica, comenzando con detecciones de movimientos propios de estos
astros muy grandes, con detecciones fallidas de planetas y con toda una serie
de detecciones confirmadas de planetas que hacen del Sistema Solar un punto
en el Universo cada vez menos privilegiado.
Capítulo 5: “Orígenes del Sistema Solar “
El asombroso avance en el conocimiento de regiones de formacion estelar,
del medio interestelar y de nuestro Sistema Solar, gracias a un desarrollo
tecnologico considerable, esta ayudando a definir el origen y evolución de la
coorte de planetas que giran alrededor del Sol. Así pues, en vez de
inicialmente plantear en este capítulo la teoría más aceptada, se opta por ir
presentando un recorrido histórico de cómo las diferentes teorías de
formación del Sistema Solar iban naciendo y refinándose a medida que
nuevos descubrimientos corroboraban las ideas geniales de hace siglos, o iban
anulando otras ideas igualmente ingeniosas. Se termina el capitulo con la
presentacion de “LA” teoria de formacion y evolucion del Sistema Solar, que
aún siendo generalmente aceptada, aun presenta puntos difíciles de
establecer firmemente y sobre todo difíciles de validar mediante la
observación detallada de otros sistemas planetarios a los que ésta pueda ser
“transportable”. Una vez formados los planetas, se hace una pequeña
incursión en las atmósferas de éstos, en su composicion y origen, pudiendo
ser primitiva (composición mayoritaria muy similar a la de la nebulosa solar o
sub-nebulosa planetaria) o secundario (composición compleja y rica en
elementos mas pesados que H o He, donde la superficie sólida del planeta o
satelite ha jugado un papel esencial).
Capítulo 6: “Buscando mundos habitables “ (... en nuestro Sistema
Solar)
En este capítulo se realiza un repaso por la geología de los cuerpos del
Sistema Solar, con un enfoque común: la búsqueda de agua en otros
planetas. Para ello comenzamos con un repaso general al Sistema Solar,
deteniéndonos después en los planetas claves, para entender sus posibles
historias climáticas y geológicas. Así se estudian la geología y el clima de
Venus en comparación con los de la Tierra, para después extendernos en el
estudio de la evolución climática de Marte, y acabar con la geología de los
satélites Galileanos de Júpiter (especialmente Europa) y Titán, satélite de
Saturno.
Capítulo 7: “Impactos, Volcanes y Continentes a la Deriva “
Este capítulo repasa la geología de nuestro planeta, deteniéndose de manera
especial en los orígenes y primeras fases de evolución, la formación de la
atmósfera, las primeras rocas, etc. Someramente, se aborda también la
Tectónica de Placas para entender cómo funciona la geología terrestre. Y por
último, se repasan los principales hitos en la historia geológica terrestre.
Capítulo 8: “Origen de la vida artificial”
En este capítulo queremos introducir al lector en algunos aspectos de la nueva
biología teórica, antes de abordar un esquema bioquímico y biológico
molecular más clásico, por dos motivos:
1. Porque estos grandes logros no han sido suficientemente divulgados, y a
pesar de su innegable importancia son poco conocidos.
2. Y el más importante: porque al atacar el problema de la replicación desde
un punto de vista matemático, estamos abordándolo de la forma más general
posible. Un enfoque genuinamente astrobiológico.
Lamentablemente no tenemos espacio para adentrarnos en detalles de todo
un universo que se ha dado en llamar Vida Artificial. En contrapartida
ofreceremos una buena colección de links interesantes para el lector intrépido.
Y por supuesto nuestro apoyo como tutores.
Capítulo 9: “La vida”
Una vez vistos los conceptos astronómicos, físicos y geológicos, necesarios
para la comprensión del origen y evolución de la materia, comenzamos a
describir los conceptos químicos y los fundamentos biológicos necesarios para
la comprensión del origen y evolución de la vida.
Discutiremos alrededor de las consideraciones químicas que definen la vida y
la teoría de la evolución química (sopa primitiva y panspermia). Hablaremos
de las sustancias bioquímicas que forman los ladrillos de la vida, como éstas
polimerizan, cómo estos polímeros evolucionan generando sistemas que se
autoreproducen y transmiten la información, a través de la vinculación
degenerada entre ácidos nucleicos y proteínas que permite mantener la
relación entre información (propiedades selectivas y evolutivas) y
funcionalidad (capacidad catalítica). Todo ello, sin dejar de mencionar otros
posibles escenarios.
Capítulo 10: “Organzando la Tierra”
En este capítulo veremos en primer lugar el paso fundamental para la
aparición del primer organismo vivo: la individualización, la separación de
estos sistemas del medio en el que se han formado, la compartimentación
para formar la protocélula. Y a partir de este hecho, consideramos otros
aspectos esenciales: el intercambio de materia y energía con el medio, los
aspectos energéticos de estos sistemas y de los primeros metabolismos.
Pero el tema central de este capítulo será la aparición de la primera célula y la
evolución biológica que sufre, y cómo se originó la diversidad de organismos
unicelulares que pueblan el planeta. Veremos cómo los datos moleculares han
servido para clasificar esta diversidad en los tres grandes reinos: Arqueas,
Baterías y Eucariotas. Y por último haremos un recorrido por algunas de las
características más importantes desde el punto de vista evolutivo de cada uno
de estos grupos.
Capitulo 11: Geología y Genómica del Arcaico
En este capítulo se aborda el estudio del origen y evolución inicial de la vida
en la Tierra, integrando conocimientos biológicos y ecológicos en el marco
geológico de la Tierra antigua. Para ello especulamos sobre la posible
influencia de los procesos iniciales de la Tierra en las teorías de origen de la
vida, se repasan de manera crítica las evidencias fósiles sobre los primeros
organismos y ecosistemas que aparecieron en la Tierra, y se estudia la
influencia de esta evolución biológica inicial en el medio ambiente terrestre.
Capítulo 12: “Iridio, fósiles y evolución”
En este capítulo nos vamos a adentrar en el estudio bio-geológico de la
evolución de los seres pluricelulares, especialmente de los animales. Nos
vamos a detener principalmente en los momentos “especiales” de esta
evolución, como radiaciones o extinciones masivas. Para ello estudiaremos el
registro fósil desde el Cámbrico hasta la actualidad, prestando especial
atención a los mecanismos de la evolución (cambios ambientales, deriva
continental, etc.), y su reflejo en el registro geológico. Acabaremos con el
estudio de la aparición y evolución humana.
Capítulo 13: “A modo de epílogo”
Aquí cerramos el curso repasando los principales hitos de nuestro recorrido
científico. Acabamos apuntando algunas sugerencias más especulativas en
referencia a los temas tratados y señalamos algunas de las grandes
cuestiones que quedan por resolver.