jueves, 9 de mayo de 2019
miércoles, 24 de abril de 2019
Las enfermedades de origen genético
Las enfermedades de origen genético
Las enfermedades genéticas son aquellas en las
que intervienen factores genéticos, en general en interacción con factores
ambientales que tienen un papel causal fundamental.
De acuerdo con el tipo de alteración, las
enfermedades genéticas se clasifican en:
- Cromosómicas: las
debidas a un exceso o deficiencia de material genético, por cambio en el número
de cromosomas o en su estructura. Pueden ser numéricas o estructurales.
- Multifactoriales: las
debidas a mutaciones en varios genes que interactúan entre sí y con el
ambiente.
Enfermedades
mitocondriales
No todos los genes se encuentran en los cromosomas o ADN del núcleo. Hay
una mínima cantidad de las mismas que se encuentran en organelas celulares que
están en el citoplasma llamadas mitocondrias.
Como sabemos la energía se genera en las mitocondrias a través de un proceso
químico llamado fosforilación oxidativa que genera un gradiente de energía en
la membrana interna mitocondrial hasta llevar a la formación de ATP. Un mal
funcionamiento de la mitocondria provoca la disminución de la energía
disponible originando diversas enfermedades. Mutaciones en el genoma nuclear y
mitocondrial pueden ser la causa de estas situaciones. Las mutaciones en el
ADNmt (ADN mitocondrial) generan enfermedades multisistémicas que afectan al
sistema nervioso central, el oído, la vista, el músculo esquelético, el corazón,
los riñones, y el sistema endócrino.
Las enfermedades mitocondriales no presentan un modelo de herencia
mendeliano. Esto es debido a que las mitocondrias se heredan por vía materna,
de la misma manera que las enfermedades mitocondriales. Recordemos que cuando
se produce la fecundación, el espermatozoide vierte el contenido nuclear
únicamente y las mitocondrias masculinas no ingresan al huevo o cigoto, así que
las mitocondrias de un individuo siempre son de origen materno.
El genoma humano
está contenido en 23 pares de cromosomas, de los cuales veintidós son
autosómicos y uno es sexual (XX en la mujer, XY en el varón).
En las alteraciones
cromosómicas numéricas se modifica el número de cromosomas. Las monosomías
(ausencia de un cromosoma) y
las trisomías (exceso de un cromosoma) son las más comunes alteraciones de este
tipo. En los humanos, las monosomías suelen ser letales en el período
intrauterino, mientras que las trisomías son más viables.
Las alteraciones
cromosómicas estructurales se deben a reordenamientos del material de los
cromosomas o de fragmentos cromosómicos. Pueden producirse por roturas
espontáneas o inducidas por agentes mutagénicos. Las alteraciones estructurales
más frecuentes son las deleciones, las duplicaciones, las inversiones y las
translocaciones.
Las principales anomalías cromosómicas
estructurales
(a) Una deleción, en
la que se pierde una porción del cromosoma. Las deleciones se denominan
intersticiales cuando involucran dos puntos de ruptura y terminales cuando se
producen en un extremo del cromosoma e involucran un solo punto de
ruptura.
(b) Una duplicación.
(c) Una inversión. Las
inversiones se denominan pericéntricas cuando comprenden al centrómero y paracéntricas
cuando no lo involucran.
(d) Una translocación recíproca (ruptura
de dos cromosomas no homólogos con posterior
intercambio de segmentos entre ellos).
(e) Translocación
robertsoniana (fusión de dos cromosomas acrocéntricos).
Entre las principales
mutaciones génicas se encuentran la sustitución de una base del DNA por
otra, inserciones o deleciones de una o más bases que producen el corrimiento
del marco de lectura, la deleción o la expansión de un triplete específico
y splicings aberrantes que afectan la maduración del RNA.
Estos cambios suelen producir la pérdida de función de las proteínas.
Cuando se conocen
variantes génicas asociadas con una probabilidad mayor de aparición de una
enfermedad, se dice que esas variantes otorgan al individuo que las porta una susceptibilidad genética mayor a esa enfermedad.
Esta susceptibilidad se manifiesta cuando factores ambientales desfavorables
interactúan con los productos de los genes y desencadenan la enfermedad.
Las manifestaciones de
las enfermedades multifactoriales pueden ser enfermedades comunes o defectos
congénitos. En este último caso, se deben a la acción combinada de genes de
susceptibilidad y agentes ambientales teratógenos.
El cáncer comprende un
grupo de patologías debidas a mutaciones que producen una proliferación celular
descontrolada. Estas mutaciones pueden ser espontáneas o causadas por factores
ambientales (carcinógenos físicos, químicos o virales). La susceptibilidad de
los individuos a los carcinógenos depende de las variantes génicas heredadas.
Enfermedades hereditarias más comunes
·
Enfermedad de Huntington: Esta enfermedad, que
comienza a desarrollarse durante la edad adulta, causa la degeneración de las
células nerviosas en el cerebro y el sistema nervioso central.
·
Anemia falciforme: Los glóbulos rojos son incapaces de llevar
suficiente oxígeno a través del cuerpo debido a su deformación.
·
Distrofia muscular de Duchenne: Provoca un
debilitamiento progresivo de los músculos al afectar a una proteína presente en
las células musculares.
·
Acondroplasia: Es un trastorno del crecimiento y es la forma más
frecuente de enanismo. Si uno de los padres padece la enfermedad, el bebé tiene
un 50% de probabilidad de heredarla. Si ambos padres la tienen, las
probabilidades de que el bebé resulte afectado aumentan al 75%.
·
Hemofilia: Es una enfermedad que afecta a la coagulación de
la sangre, haciendo que las personas que la padecen sangren más de lo normal.
Es más común en hombres que en mujeres.
Para profundizar…
Selecciona una de las
enfermedades hereditarias propuestas y desarrolla sus características
El
diagnóstico de las enfermedades genéticas
El diagnóstico basado en
el análisis de DNA tiene las ventajas de que el material genético es fácil de
obtener y los genes se estudian directamente o a partir de sus productos
proteicos. El diagnóstico suele ser certero. Su principal limitación es que una
misma patología puede estar causada por diferentes mutaciones que, cuando son
poco frecuentes, son difíciles de identificar.
Para el diagnóstico se
utilizan métodos directos e indirectos. Los directos revelan si la persona estudiada
es portadora de una mutación; los indirectos, si se heredó de los padres el
cromosoma portador de una enfermedad.
La prevención de las
enfermedades con predisposición genética puede realizarse mediante la detección
de susceptibilidad. También deberían implementarse medidas preventivas en
aquellos individuos cuya historia familiar implica un riesgo mayor de
desarrollar una enfermedad. Sin embargo, se considera más eficaz la aplicación
de medidas preventivas en toda la población.
Estas medidas incluyen el control, la restricción o eliminación de la
exposición a factores ambientales adversos.
En la actualidad, todas
las enfermedades cromosómicas y monogénicas para las que se cuenta con análisis
de DNA son diagnosticables en el feto de
pocas semanas mediante la biopsia de vellosidades coriónicas
o la amniocentesis.
El
tratamiento de las enfermedades genéticas
La terapia génica permite alterar el DNA de las células de los
individuos con enfermedades genéticas. Sus objetivos son corregir enfermedades,
retardar la progresión de tumores, enfrentar infecciones virales y detener
enfermedades neurodegenerativas.
Estrategias en los
experimentos de terapia génica
En los experimentos de
terapia génica se utilizan dos estrategias principales: (a) Extraer
células de un paciente, cultivarlas y modificarlas in vitro, en general
con la utilización de un vector viral. Luego, esas
células se reimplantan en el paciente. En este caso, el riesgo de rechazo del
implante por parte del sistema inmunitario es mínimo. Esta estrategia se
denomina ex
vivo. (b) Otra estrategia consiste en administrar el gen
"corrector" al paciente in vivo por aerosol o inyección. Con esta
estrategia, sin embargo, no es posible controlar la eficacia de la
transferencia del gen. Estos procedimientos aún son experimentales y se rigen
por protocolos de investigación muy estrictos. Todavía no se han determinado la
eficacia ni la inocuidad de ningún procedimiento de terapia génica.
En los ensayos de
terapia génica se intenta introducir copias sanas del gen mutado en un grupo
seleccionado de células, con el objeto de compensar la falta o el defecto de
ese gen o aportar una nueva característica. Para esto se usan vectores virales y
no virales. El problema más común es la escasa eficiencia en la administración
del DNA en las células blanco.
La utilización de
estas técnicas genera controversias. Hay quienes advierten sobre los posibles
riesgos de introducir DNA foráneo en un individuo, ya que los genes no trabajan
en forma aislada sino en concierto.
Proyecto
genoma humano
El
Proyecto Genoma Humano (PGH) estudia los polimorfismos que causan las
diferencias entre el DNA de las distintas personas. Se ha intentado relacionar
estos polimorfismos con la susceptibilidad a ciertas enfermedades y, en algunos
casos, desarrollar medicamentos "a medida". Distintos sectores han
reaccionado con preocupación acerca de los fines para los que podría utilizarse
la información genética individual. Por
otra parte, ha surgido una fuerte discusión relacionada con el patentamiento de
genes.
domingo, 14 de abril de 2019
sábado, 6 de abril de 2019
TAREA: LEER SÍNTESIS DE PROTEINAS
El flujo de información dentro de
la célula
2. El "dogma central de la biología",
definido en 1957 por Francis Crick, establece que la información genética fluye en el siguiente sentido: DNA → RNA→ proteínas. Esto es verdad en la mayoría de los casos; sin embargo, el
material genético de algunos virus está formado por RNA que luego es usado como molde para producir
DNA.
3. El código genético consiste en la
asignación de tripletes de nucleótidos (codones) en el RNA mensajero (mRNA) a cada uno de
los aminoácidos que formarán una cadena polipeptídica.
4. Existen 64 combinaciones posibles de codones. El
código es redundante, porque los 20 aminoácidos usualmente presentes en los
seres vivos son codificados por 61 de estas combinaciones. Los tres codones
restantes actúan como señales de terminación de la traducción.
5. Con muy pocas excepciones, el código genético es
el mismo en casi todos los seres vivos.
6. La transcripción es el proceso de síntesis de RNA a partir de DNA. Sigue el mismo
principio de apareamiento de bases que la replicación del DNA, pero se
reemplaza la timina por el uracilo. En cada transcripción, sólo
una de las cadenas del DNA se transcribe. La RNA polimerasa cataliza la adición
de ribonucleótidos al extremo 3´ de la cadena de RNA, de modo que esta última
es antiparalela a la cadena molde de DNA.
Para tener en cuenta
En la región del promotor, punto de unión de la enzima RNA polimerasa, la
doble hélice de DNA se abre y, a medida que la
RNA polimerasa avanza a lo largo de la molécula de DNA, se separan las dos
cadenas. Los ribonucleótidos, que constituyen los bloques estructurales, se
ensamblan en la dirección 5' a 3' a medida que la enzima lee la cadena molde de
DNA. Nótese que la cadena de RNA recién sintetizada es complementaria, no
idéntica, a la cadena molde a partir de la cual se transcribe; su secuencia,
sin embargo, es idéntica a la cadena codificante de DNA (no transcrita),
excepto por un detalle: en el RNA, la timina (T) se reemplaza por uracilo (U).
El RNA recién sintetizado se separa de la cadena molde de DNA.
7. La RNA polimerasa no necesita un cebador para
iniciar la síntesis. Se une al DNA en una secuencia específica, el promotor,
que define el punto de inicio de la transcripción y su dirección.
8. En los procariontes, el proceso de transcripción
continúa hasta que la polimerasa encuentra una secuencia que constituye
la señal de
terminación. En los eucariontes, el proceso
termina cuando el RNA es cortado en una secuencia específica. Al finalizar la
transcripción, la RNA polimerasa se detiene y libera la cadena molde de DNA y
el mRNA sintetizado.
9. En los eucariontes, los transcritos primarios
sufren diversas modificaciones durante la transcripción. Entre ellas se
encuentran la adición del CAP, la poliadenilación y el splicing.
Este último proceso consiste en el corte y la eliminación de ciertas
secuencias, los intrones, y el posterior empalme de las secuencias restantes,
los exones. Sólo los exones forman parte del mRNA maduro. Un mismo transcrito
primario puede ser procesado por splicing de distintas
maneras. Este empalme alternativo permite que una molécula de mRNA inmadura
pueda originar diferentes moléculas de mRNA maduro.
Procesamiento
del mRNA en eucariontes (Para conocer un poco más)
La información genética codificada en el DNA se transcribe a una
copia de RNA (transcripto primario). Esta copia se modifica en forma
cotranscripcional con la adición del casquete 5' (CAP), el corte de los
intrones y el empalme de los exones (splicing) y, finalmente con la adición de la cola de poliA. A ambos
extremos del mensajero hay secuencias no traducibles, denominadas extremos
5´UTR (región no traducible que abarca desde el CAP hasta el codón de
iniciación) y extremos 3´UTR (región no traducible que abarca desde el codón de
terminación hasta la cola de PoliA). En esta figura, el splicing se
produce luego de la adición de la cola de poli-A, sin embargo, muchas veces el
proceso de corte y empalme ocurre antes de que haya concluido la transcripción.
El mRNA maduro luego se dirige al citoplasma, donde se traduce a proteínas.
10. En el ciliado de agua dulce Tetrahymena,
el intrón inmaduro
actúa como catalizador de la escisión, produciendo un empalme
autocatalítico. A este RNA con función de enzima se lo llama ribozima.
La traducción: del RNA al polipéptido
11. La traducción es la conversión de la secuencia
de nucleótidos del RNA en la secuencia de aminoácidos de un polipéptido. En
este proceso participan los mRNA, los RNA ribosómicos (rRNA) y los RNA de transferencia (tRNA).
12. Los ribosomas están formados por rRNA y
proteínas. Cada uno está formado por dos subunidades de diferente tamaño que,
además, en los procariontes son más pequeñas que en los eucariontes.
13. El mRNA y el tRNA iniciador se unen a la
subunidad ribosómica menor. Luego se les une la subunidad mayor y cataliza la
unión peptídica entre aminoácidos. En la subunidad mayor existen tres sitios a
los que se une el tRNA: el sitio A (aminoacílico), el sitio P (peptidílico) y
el sitio E (de salida).
14. Los tRNA son moléculas pequeñas, con una
estructura secundaria semejante a la hoja de un trébol, que presentan dos
sitios de unión. Uno de ellos es el anticodón, que se aparea con el codón del mRNA. El otro
sitio, ubicado en el extremo 3´, se acopla a un aminoácido particular en forma
muy específica. Así, los tRNA permiten la alineación de los aminoácidos de
acuerdo con la secuencia de nucleótidos del mRNA.
15. El grupo de enzimas aminoacil-tRNA sintetasas
catalizan la unión entre el aminoácido y el tRNA y forman el complejo
aminoacil-tRNA. Este complejo se une a la molécula de mRNA, apareando el
anticodón con el codón del mRNA en forma antiparalela. Así, el tRNA coloca al
aminoácido específico en su lugar. El enlace entre el aminoácido y el tRNA se
rompe cuando se forma el enlace entre el aminoácido recién llegado y el último
de la cadena polipeptídica en crecimiento.
16. En los procariontes, el proceso de traducción
comienza antes de que haya finalizado el de transcripción. En los eucariontes,
ambos procesos están separados en el tiempo y en el espacio: la transcripción
ocurre en el núcleo y la traducción, en el citoplasma.
17. Tanto en procariontes como en eucariontes, la
síntesis de polipéptidos ocurre en tres etapas: iniciación, elongación y
terminación.
18. Hacia el final del mRNA hay un codón que actúa
como señal de terminación. No existe ningún tRNA que tenga un anticodón que se
aparee con este codón. Existen, en cambio, factores de liberación que se unen
al codón de terminación y provocan la separación del polipéptido y el tRNA.
Finalmente, las dos subunidades ribosómicas también se separan.
Síntesis de un polipéptido en procariontes (otro
dato)
(a) Iniciación. La subunidad ribosómica más pequeña (menor) se une al
extremo 5' de una molécula de mRNA. La primera molécula de tRNA, que lleva el
aminoácido modificado fMet, se acopla con el codón iniciador AUG de la molécula
de mRNA. La subunidad ribosómica más grande (mayor) se ubica en su lugar, el
complejo tRNA-fMet ocupa el sitio P (peptidílico). El complejo de iniciación
ahora está completo. (b) Elongación. Un segundo tRNA, cargando
su aminoácido correspondiente, valina en este caso, se coloca en el sitio A y
su anticodón se acopla con el mRNA. Para que el aminoacil-tRNA ingrese en el
sitio A debe unirse antes a una proteína llamada
factor de elongación, que en su forma activa está unida al GTP.
Al aparearse el tRNA con el mRNA, se dispara la hidrólisis del GTP por parte del factor de elongación,
que luego se disocia, lo cual permite que el aminoacil-tRNA permanezca unido
por un corto período al mRNA. A continuación se forma un enlace
peptídico entre los dos aminoácidos
reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, el enlace entre el primer
aminoácido y su tRNA se rompe. El ribosoma se mueve entonces a lo largo de la
cadena de mRNA en dirección 5' a 3'. El segundo tRNA, con el dipéptido unido,
se mueve desde el sitio A al sitio P y el primer tRNA pasa al sitio E y luego
se desprende del ribosoma. Un tercer aminoacil-tRNA, que en este caso porta el
aminoácido fenilalanina, se coloca en el sitio A y se forma otro enlace
peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está unida al tRNA que se está
moviendo del sitio A al sitio P y el tRNA entrante que lleva el siguiente
aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta
que se completa el polipéptido. (c) Terminación. Cuando el
ribosoma alcanza un codón de terminación (en este ejemplo, UGA), el sitio A es
ocupado por factores de liberación que hacen que la cadena polipeptídica se
escinda del último tRNA y que las dos subunidades del ribosoma se disocien.
19. Las proteínas "chaperonas" ayudan a
las cadenas polipeptídicas a plegarse. Finalizado este proceso, las nuevas
proteínas viajan al medio extracelular o a los distintos compartimientos
celulares, según el tipo de señales que posean.
Una redefinición de las mutaciones
20. Una mutación es un cambio en la secuencia o en el número
de nucleótidos en el DNA de una célula. Sólo las mutaciones que ocurren en los
gametos se transmiten a la descendencia. Las mutaciones puntuales implican la
sustitución de un nucleótido por otro. La adición o la sustracción (deleción)
de nucleótidos provoca el corrimiento del marco de lectura y, por consiguiente,
la aparición de una proteína nueva que casi siempre resulta defectuosa.
Una revisión del concepto de gen
21. Actualmente se considera que un gen es un
segmento de DNA que se encuentra a continuación de un promotor y que puede ser
transcrito por una RNA polimerasa, originando un RNA funcional.
Observación, datos y teorías (Geocéntrica vs. Heliocéntrica): MATERIAL PARA LEER E IMPRIMIR
La observación
Cuando un objeto, entidad o
situación en la base empírica de la ciencia es conocida, suele decirse que
contamos con un dato. En otro sentido, la captación de un OD puede también
denominarse observación. Observar es mirar con atención.
Las observaciones se pueden
clasificar de diversas maneras, entre ellas, tendremos en cuenta la siguiente
clasificación, en relación al manejo de variables y capacidad predictiva de los
sucesos:
·
Las observaciones espontaneas: ocurren en un
momento determinado. No tienen precedente y no sé cuándo volverán a ocurrir, un
ejemplo sería el paso de una estrella fugaz.
·
Las observaciones “controladas”: ocurren en un
momento determinado, sin embargo no puedo actuar sobre ellas, pero si puedo
predecir cuándo volverán a ocurrir. Un ejemplo sería el movimiento de los
planetas.
·
Las observaciones experimentales (experimentos):
en este caso puedo manejar completamente las variables para producir cambios.
Los datos y su carácter científico
De toda observación saco datos, el
problema es que debemos determinar cuándo un dato posee carácter científico y
cuándo no.
Los datos para ser considerados
científicos deben cumplir con determinadas características:
·
Efectividad: este requisito exige que la verdad
o falsedad de la afirmación sobre el suceso o el aspecto de la base empírica
(OD) a los que nos estamos refiriendo pueda en principio ser dirimida
(resuelta) en un número finito de pasos. De no ser posible, no aceptaríamos el
presunto dato como científico.
·
Repetitividad: Este requisito afirma que los
datos que importan a la ciencia deben tener la posibilidad de ser repetidos. Un
dato único, irrepetible, no inspira confianza porque puede estar perturbado o
ser el fruto de una conjunción casual de circunstancias. Pero si es repetible y
lo que se afirma a propósito del ato se afirma también en sus repeticiones,
tendremos una base confiable para creer que estamos en presencia de una
regularidad de una ley.
·
Intersubjetividad: Este requisito plantea que
ningún dato puede provenir de un único observador. En principio, debe ser
posible para todo dato haber sido observado por más de un observador. La
objetividad de un dato radica en su intersubjetividad, o sea, en el hecho de
que distintas personas lo puedan registrar.
Teoría Geocéntrica Vs. Teoría
Heliocéntrica
Desde tiempos muy
remotos hombres y mujeres fijaron su atención en el cielo. Observaciones tales
como la diversidad de estrellas que se observa en una noche sin luna incita la
curiosidad de los hombres desde aquellas épocas. Surgieron entonces diferentes cosmologías que
contaban cómo los dioses o la naturaleza misma habían obrado para brindarnos
tan espectacular panorama. Hay que tener en cuenta que llevaban a cabo sus
observaciones a simple vista, y que si bien contaban con un cielo sin
contaminación atmosférica ni lumínica, no se había inventado todavía el
telescopio.
Modelo
geocéntrico
Según Aristóteles, la Tierra ocupaba el centro del
universo y todos los demás cuerpos giraban en torno a ella con un movimiento
circular eterno cuya velocidad de giro no variaba. Los diferentes cuerpos
celestes, la Luna, el Sol, Mercurio y los demás planetas que se observan a
simple vista, se encontraban, cada uno de ellos, fijados a una esfera
transparente. Las esferas giraban con centro en la Tierra y así los cuerpos
describían sus órbitas alrededor nuestro. Las estrellas conformaban la esfera
más alejada de la Tierra formando una cáscara que era el confín del universo.
Más allá de ellas no había nada, ni espacio ni materia. Dado que todas estas
estrellas giraban juntas, sin separarse unas de las otras, la esfera que las
contenía era la “esfera de las estrellas fijas”. Esta esfera de las estrellas
fijas era la que, con su movimiento, arrastraba a las demás adentro de modo que
todos los demás cuerpos celestes viajaban alrededor de la Tierra a distinta
velocidad que las estrellas. Tales cuerpos eran llamados planetas (palabra
que en griego significa astro errante), ya que parecían atrasarse o
adelantarse respecto del giro de las estrellas. Según esta definición, los
planetas eran el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno.
Los demás planetas que conocemos
hoy no estaban en la lista, porque recién fue posible observarlos con la ayuda
de los telescopios casi dos mil años después. El universo de Aristóteles estaba
lleno de materia, no existía el vacío y los cielos estaban divididos de modo
que la esfera de la Luna y las más externas eran la zona supralunar,
en donde reinaba la perfección y no había cambios; más aquí de la Luna, en
la zona sublunar, las cosas eran imperfectas y todo estaba sometido
a diferentes cambios y movimientos.
Según este modelo, como cada cuerpo
celeste da vueltas alrededor nuestro siempre al mismo ritmo y atrasándose
siempre una misma cantidad respecto del giro de las estrellas fijas, nunca
podría observarse que el planeta empezara a recuperar camino como si girara más
rápido que las estrellas fijas que lo arrastran, no podía haber cambios. Pues
bien, el planeta Marte (y otros también) mostraba este comportamiento (la retrogradación de los planetas) y el modelo de Aristóteles tuvo que enfrentar
esas observaciones (anomalías de la teoría).
Otra concepción de Aristóteles es
la de espacio finito: si la materia es finita el espacio en el que se encuentra
también lo es, en consecuencia el Universo es finito. Fuera de los cielos no
puede haber ‘ni lugar, ni tiempo, ni vacío´.
El
modelo de Ptolomeo
Ptolomeo,
alrededor del año 150 (más de 500 años después de Aristóteles), trató de
explicar el movimiento anómalo de Marte y los demás planetas que parecían
adelantarse a las estrellas durante algunos días y luego continuaban
atrasándose el resto del año. Sugirió que los cuerpos celestes realizaban movimientos
alrededor de la Tierra que eran composiciones de movimientos circulares. Así,
el planeta Marte realizaba un movimiento circular alrededor de un punto que a
su vez giraba alrededor de la Tierra. Podemos imaginarnos un movimiento parecido
al de una niña que está arriba de una calesita haciendo girar su llavero con la
mano. De este modo las llaves realizan un movimiento circular alrededor de su
mano, que a su vez gira alrededor del centro de la calesita. Cada círculo
agregado al círculo centrado en la Tierra, era un epiciclo. Con la estrategia
de agregar epiciclos, Ptolomeo pudo explicar las observaciones del movimiento
anómalo de Marte. Sin embargo, año a año los seguidores de Ptolomeo deberían
agregar más y más movimientos circulares ya que los cálculos difícilmente se
ajustaban con las nuevas observaciones.
Pese a las
diferencias entre los cálculos y las observaciones para el resto de los astros,
era necesario conocer los movimientos del Sol y las estrellas con el objetivo
de determinar las épocas del año. También las posiciones en el terreno se
podían determinar por las mediciones astronómicas. Es decir que los cielos nos
proveían del mejor reloj para el calendario de la agricultura diciéndonos
cuándo era la época de la siembra, cuándo el de la cosecha y cuándo eran los
tiempos de sequía o de inundaciones. Paralelamente nos permitían determinar las
posiciones en el terreno para fijar los límites de los campos y nos servían
para ubicarnos en la navegación. Los cielos marcaban el tiempo y las
distancias. Solamente teníamos que aprender cómo mirar las estrellas para saber
en qué parte de nuestro mundo nos hallábamos y en qué época del año.
CLAUDIO PTOLOMEO (100-178 aproximadamente) fue un gran matemático, astrólogo y astrónomo de Alejandría, Egipto. De él se conocen libros de geometría, de fenómenos ópticos y de música. En varios volúmenes desarrolla una Guía Geográfica en donde indica cómo se hacen mapas y da una lista de lugares de Europa, Asia y África con su latitud y longitud. También nos dejó un catálogo de más de mil estrellas con datos de su ubicación en el cielo.
Heliocentrismo
El Sol y la Luna
La
Luna era el cuerpo celeste que mejor obedecía al modelo geocéntrico de
Aristóteles luego corregido por Ptolomeo. Hoy diríamos que era el único cuerpo
celeste que realmente giraba alrededor nuestro. El movimiento del Sol no se
ajustaba bien al modelo geocentrista de Aristóteles. A finales del siglo XV y
primera mitad del XVI, en época del Renacimiento, el problema de entender los
movimientos del cielo se había tornado indispensable. Los cálculos con la
teoría de Ptolomeo eran cada vez más complicados y siempre inexactos en sus
predicciones. Con el comercio que se realizaba a través de los océanos, la
navegación cobró gran importancia. Por eso se hizo indispensable la confección
de tablas más precisas con la información anticipada de cómo se encontrarían los
astros en cada día y noche del año para la ubicación de los barcos. Por otra
parte, la astrología (el estudio de los astros en relación con la influencia
sobre las personas) regía la vida de gobernantes y gobernados según las
creencias de aquella época (y que persiste en muchas personas de nuestro
tiempo). Los astrólogos realizaban sus pronósticos sobre la base de las
posiciones de los distintos astros y así indicaban si sería un buen momento
para los negocios, la exploración o el amor. Por lo tanto, era de vital
importancia encontrar una manera de conocer mejor los movimientos de los
astros.
En
1530 Nicolás Copérnico lanzó una idea revolucionaria: en el centro del universo
estaba el Sol y no la Tierra. El Sol estaba quieto y a su alrededor giraban
todos los demás cuerpos conocidos. La Tierra, además de este movimiento de
traslación alrededor del Sol, giraba sobre sí misma y debido a este último
movimiento se explicaban el día y la noche y el movimiento de los astros que
parecían girar alrededor nuestro. La Tierra había sido destituida del centro
del universo. La especie humana, aunque importante, ya no habitaba en el centro
sino que giraba con su mundo alrededor de un cuerpo luminoso e incandescente.
La
contribución de Copérnico
De acuerdo a la
propuesta de Copérnico, la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del
Sol en órbitas circulares, mientras que la Luna giraba alrededor de la Tierra
acompañándola en su órbita alrededor del Sol. La noción de planeta había
cambiado: el Sol y la Luna ya no eran llamados “planetas” y en cambio la Tierra
sí lo era.
Las dificultades
enfrentadas por el modelo copernicano fueron muchísimas y muy graves. Para
comenzar, los cálculos con el nuevo modelo eran tan malos como los que se
obtenían con el que pretendía reemplazar. La propuesta de que la Tierra se
mueve parecía muy absurda, si se toma en cuenta que no sentimos ningún efecto
de ese movimiento. Más aún, si la Tierra realiza un movimiento circular
alrededor del Sol, entonces desde uno y otro extremo de su órbita (es decir, en
enero y en julio, por ejemplo) la visual a la misma estrella debe variar, pero
este efecto llamado "paralaje
estelar" no se observaba. Por otra parte, la
física de Aristóteles explicaba la caída de una piedra debido a que la piedra
tiene su lugar natural en el centro del universo y, al soltarla, se moverá en
dirección a ese punto ya que es su lugar natural. Pero en el modelo de Copérnico,
¿por qué las piedras caen hacia el centro de la Tierra si ya no es el centro
del universo? La física de Aristóteles no estaba hecha para la astronomía de
Copérnico. El cuerpo del conocimiento científico se estaba fracturando.
Seguíamos usando la física geocentrista, pero comenzábamos a usar la astronomía
heliocentrista. Habrían de pasar todavía casi ciento cincuenta años para que
volviéramos a tener un panorama unificado de cómo es la naturaleza de los
cielos y la Tierra. Asoma una pregunta con mucha mayor fuerza que las
anteriores: ¿Qué fue entonces lo que hizo que la propuesta de Copérnico
sobreviviera y finalmente prosperara? La necesidad de confeccionar tablas para
la navegación y para la astrología requería un sistema que explicara de forma
más adecuada y unificada los movimientos de los astros. También se requería una reforma
del calendario, ya
que las fechas festivas religiosas se iban corriendo año a año. El modelo de
Copérnico parecía promisorio por su simplificación de los movimientos de los
planetas, aunque todavía ineficiente en los cálculos. Por otra parte, le daba
una preponderancia al Sol que puede haber resultado tentadora para las creencias
de la época. Finalmente el sentido estético de la simplicidad del modelo
copernicano, en contraposición con el conjunto siempre creciente de movimientos
adicionales que había propuesto Ptolomeo, puede haber jugado un papel de
extrema importancia en una época en la que el arte nos brindaba figuras como
Miguel Ángel, Botticelli y otras. Es de vital importancia destacar el contexto histórico y social que enmarcó la propuesta
de Copérnico, ya que de haber sido solamente por el éxito predictivo, el modelo
heliocentrista habría perdido la batalla contra el geocentrista, mientras que
de hecho fue la semilla de un nuevo pensamiento que, aceptado recién un siglo y
medio después, produjo un cambio revolucionario en la ciencia.
Nicolás
Copérnico y sus aportes
(1473-1543) nació
en Thorn, Polonia. Fue educado por su tío, un obispo, y comenzó sus estudios de
matemática y astronomía en Cracovia, en el año en que Colón llegaba por primera
vez a América. Más tarde estudió astronomía, medicina y leyes en Bolonia y en
Padua, Italia. Finalmente se instaló en Frauenburg, cerca de la desembocadura
del río Vístula, actual Polonia. Allí fue administrador y médico de su
catedral. Llegó a ser uno de los economistas más importantes de su época, y
Polonia unificó su moneda con Lituania siguiendo una de sus iniciativas.
Rechazó la invitación de la Iglesia Romana a participar en un intento de
reforma del calendario, ya que todavía no había resuelto el problema de la
ubicación del Sol y la Luna a lo largo del año. Durante sus treinta últimos
años realizó gran cantidad de observaciones astronómicas y preparó su única y
grandiosa obra dedicada al papa Paulo III en 1542: Libro de las revoluciones.
Copérnico agonizaba mientras se imprimía su obra. Un pastor luterano le agregó
un prólogo (en forma anónima) en el que niega que el movimiento terrestre deba
entenderse como real sino que se toma como un artificio de cálculo. Nada más
alejado del pensamiento del autor, que había dedicado su vida a la
reformulación del sistema astronómico para adecuarlo a la “realidad”. Copérnico
recién pudo ver estos primeros ejemplares, con el agregado mencionado, el día
de su muerte.
El nacimiento de una nueva física
El modelo copernicano había desafiado a la astronomía aristotélica. Se podía mostrar que los movimientos de los astros podían
explicarse (aunque no sin gran desajuste con los datos) si se suponía que la
Tierra realizaba un movimiento de giro sobre su eje y a su vez una traslación
alrededor del Sol. Pero el modelo copernicano nada decía de los movimientos que
realizaban los cuerpos aquí en la Tierra. Si las piedras caían porque, según el
modelo aristotélico, su lugar natural es el centro del universo, entonces ¿por
qué caen hacia el centro de la Tierra si ésta ya no es el centro del universo?
Si Copérnico tenía razón, entonces los objetos deben caer por otro motivo.
Galileo se dedicó, entre
otras cosas, al estudio de la caída de los cuerpos. No llegó a darnos un motivo
por el cual caen los cuerpos, como lo hizo Newton años más tarde, pero nos dejó
una nueva manera de estudiar la naturaleza. Galileo observó la naturaleza
esperando encontrar regularidades, leyes de la naturaleza. La observación y la
recolección de datos tenían un papel importante en la obtención de la forma
matemática de esas leyes. Los razonamientos y los experimentos mentales
(imaginados), en cambio, le servían de guía para proponer las distintas
relaciones entre fenómenos. De su estudio de la caída de los cuerpos Galileo
concluyó que, cuando el rozamiento con el aire es despreciable, todos los
cuerpos caen con la misma aceleración (en un mismo lugar de la Tierra). Para
alcanzar esta conclusión Galileo se nutrió, como dijimos, de dos vertientes
diferentes. Por un lado, acumuló una gran cantidad de datos midiendo el tiempo
de caída de diferentes cuerpos desde una misma altura.
Observaciones de Galileo
Por otra parte, Galileo
se dedicó al estudio del cielo con la ayuda de un telescopio que modificó él mismo
para mejorarlo. Con ayuda del telescopio, Galileo descubrió que Venus tenía
fases como la Luna, que la Luna tenía montañas y valles, que Júpiter tenía lunas, que había más estrellas que las
que se podían ver a simple vista y que Saturno tenía unas salientes (como
orejas) que cambian con el tiempo (aunque no pudo determinar que eran anillos).
Incluso llegó a descubrir y dibujar las manchas solares. Cada uno de estos
descubrimientos estaba en contra del modelo aristotélico.
Las montañas de la Luna
Galileo modificó un telescopio para darle mayor poder y
con ello poder observar con más detalle la superficie de la Luna. Sin embargo
esta modificación también producía efectos no deseados, aberraciones, de modo
que era necesario distinguir entre los aspectos de la imagen que eran
amplificadas y los aspectos que solamente aparecían como un defecto del
instrumento. Para esa época no se disponía de una teoría óptica, sino que el
conocimiento sobre las lentes era un conocimiento técnico basado en la
tradición de pulir las lentes para obtener diferentes grados de aumento. Por
este motivo era difícil para Galileo respaldar sus observaciones de rasgos en
la superficie de la Luna que sus oponentes no querían aceptar. Galileo
respaldaba el uso del telescopio mostrando que con este instrumento se podían
observar detalles de un barco que todavía no llegó a puerto y luego verificar
que esos detalles estaban en el barco. Esto constituía un método de prueba que
garantizaba que el telescopio no creaba las imágenes sino que las amplificaba.
Sin embargo esta prueba solo sirve para objetos que más tarde podemos
inspeccionar de modo directo. Esto restringe el método de prueba a un rango de
distancias y objetos de modo que no es el mismo modo respaldo que necesitamos
para garantizar las imágenes que nos llegan de la superficie lunar.
Galileo tenía un método
de respaldo que no podía extrapolarse al rango en el que era necesario hacer las
observaciones. Que el telescopio no crea imágenes sino que las amplifica era
algo probado para un rango, pero lo que estaba en discusión no tenía ningún
respaldo y sería necesario tener una teoría (óptica) para obtener ese respaldo.
Las observaciones que
realizó Galileo le dieron la convicción de que en la superficie de la Luna
había cráteres y montañas. Esto no era aceptable para el modelo geocentrista defendido por la mayoría de los científicos de su época.
Según el geocentrismo la Luna, ubicada en la zona supralunar, debía ser
perfectamente esférica. Su superficie no podía tener irregularidades. Estas
observaciones entonces constituían una anomalía para el geocentrismo, siempre
que se aceptara que lo que estamos viendo con el telescopio es algo que
corresponde a la superficie lunar y no que es una imagen creada por el propio
telescopio, es decir que no sea una aberración.
Los oponentes de Galileo,
con la intención de defender su cosmovisión geocentrista, tenían su mejor
objeción en que no tenemos garantía de que lo que se ve por el telescopio
realmente exista en la Luna.
Pero una segunda
estrategia fue la de generar una hipótesis ad hoc bastante divertida. La estrategia era aceptar que la Luna
tenía cráteres y montañas pero estaba rodeada de una capa imperceptible que la
rodeaba, y esta capa imperceptible era perfectamente esférica y sin
rugosidades. Se cuenta que Galileo respondió que efectivamente la Luna tenía
una capa imperceptible que la rodeaba, pero que esa capa copiaba los cráteres y
las montañas. De este modo el recurso a la hipótesis ad hoc se torna totalmente
inútil ya que no es posible poner a prueba ninguna afirmación acerca de una
capa que es "imperceptible".
El universo newtoniano
El proceso de cambio de cosmovisión que involucró el
abandono del geocentrismo parece culminar en la propuesta de Newton. En esta propuesta se terminan de producir cambios de gran
importancia entre los que se destacan la unificación de las leyes de movimiento
de los astros y de los objetos aquí en la Tierra; la comprensión de los
problemas astronómicos en un universo infinito; la caída de los cuerpos; el
rozamiento con el aire; y otra serie de cuestiones que habían sido motivo de
controversia en diferentes tramos de este cambio revolucionario que tomó
alrededor de 150 años.
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