domingo, 13 de octubre de 2013

ENSEÑANZA DE LA ASTROBIOLOGIA EN LA EDUCACION BASICA

Caracterización Metodológica de la Enseñanza de la Astrobiología en las Escuelas Secundarias

Mario Rios Quispe
CENTRO LANGLE Ciencia y Tecnología para las Américas

Abstract

Un marco conceptual explícito de la astrobiología a primera instancia motivó el interés a los temas del universo y vida, y es esa motivación los que permitió deslizar conceptos que serían útiles a los estudiantes de secundaria de los primeros ciclos, en un intento de que tengan un dominio panorámico de las ciencias naturales entre física , química y biología. En ese sentido la astrobiología sería una herramienta de apuntalamiento de las principales ciencias, no negaba que haya aspectos filosóficos, pero el interés por el momento solo considera aspectos fundamentales de las ciencias en la enseñanza secundaria. Según la experiencia y la pertinencia, este debe ser desarrollada en talleres y/o seminarios con la condición que genere una repercusión en el desarrollo sistémico de los cursos de C.T.A. en los siguientes ciclos.

Key Words: Astrobiología, Epistemología, Evolución, educación científica





La Vida en el Universo según Hawking
Toda teoría por más abstracta que se exprese, está ligada a los pensamientos y sentimientos de las personas, por lo que involucra toda una concepción, siendo reflejo de la vida social. Hawking en una conferencia dada sobre el origen de la vida en el universo (1996), pone sobre el tapete nuevas interrogantes y conclusiones basados en principios y admisiones muchas veces sencillas, para de ahí deducir esquemas bastantes razonables que explique el origen y los procesos de la vida en el universo.

Es así que al tema del origen de la vida Oparin, Hawking pone dos ideas claves para los estudios modernos, la primera como un sistema que puede sostenerse contra la tendencia al desorden; y la segunda como un mecanismo para realizar instrucciones de reproducción. La primera tiene una explicación basada en la entropía, como el grado de desorden, y la segunda como un enfoque de programación. Sobre este última, Hawking nos pone al límite el conocimiento, porque a su juicio considera a un virus un ser vivo, en tanto tiene un sistema de instrucciones (ARN ó ARN) y además reprograma el metabolismo del huésped (célula).

Otro aspecto original que pone Hawking a los estudios de la vida en el universo, es que dicho científico especifica el tema con una interrogante ¿Qué tipo de universo?, el antrópico fuerte que trata de varios universos, o al débil en el cual vivimos; siendo este último ¿pudo darse vida en el primer instante? Definitivamente no, porque lo que hubo al inicio una gran explosión (Big Bang). En la cual solo pudo haber Helio e hidrógeno, por lo tanto la vida al inicio, resultaría siendo una imposibilidad, 2000 millones de años después del Big Bang. Hawking considera respaldada por la evidencia, la expansión no uniforme, en la cual se genera zonas densas de gravedad, pues bien, si hay gravedad es posible que al compactarse pueda haberse generado nuevos elementos pesados, específicamente en las estrellas; esta situación también posibilita la creación de los planetas, verificable en los pulsars por la perturbación generada alrededor de 4000 millones después del big bang, esto ya es una condición importante para la vida de ahí pudo formarse el ADN. Pero hay la otra pregunta, en otros puntos del universo, ¿hay ADN? La teoría de la panspermia (viaje en el espacio alguna forma de vida) puede ser una opción pero no podría resistir la radiación; lo que si es válido, es el hecho que las condiciones de vida en la tierra revela un caso muy especial. En este punto de su análisis Hawking hace otra admisión interesante, la selección natural, sobre todo porque la reproducción del ADN en su ensamblaje lleva a errores, y la selección busca lo mejor.

Según Hawking el tema sobre el origen de la vida va por tres conceptos claves: metabolismo, genes y selección natural esta última extendida a todos los seres vivos, a su juicio, bajo este último principio se ha dado un proceso lento de selección de unos 2500 millones de años en el desarrollo de seres multicelulares hasta 1000 millones en el desarrollo de los peces y reptiles y que solo se requirió cientos de millones de años para que evolucionen los mamíferos lo que suma 3500 millones de años, cuya extensión social solo ha abarcado 10000 años de historia de evolución social (Hawking lo llama acelerón) que ha tenido en el lenguaje una poderosa arma de desarrollo y por ende una extensión del ADN. Si es así, la vida inteligente (incluido en el universo, si lo hubiera) solo sería una consecuencia inevitable de la evolución, que como se puede deducir ya no es solo lo internamente transmitido (genes) sino también la información manejada externamente (libros y otras formas de almacenamiento). Esta apreciación resulta audaz, pues nos lleva a la convergencia del conocimiento científico, algo que Marx llamó socionaturaleza.

Por último Hawking, nos hace ver que el conocimiento es un producto histórico y por tanto parte de un proceso que envuelve concepciones preteóricas, evidencias, admisión de supuestos y leyes, lo que lleva a pensar que la tendencia en los posteriores año tienen que ver con los amplios problemas metodológicos, pues existirá el reto de comprender el papel del componente biológico del universo conectando la astrofísica con la astroquímica y la biología.

Astrobiología, Ciencia Abarcadora
La presente parte se circunscribe en el marco de la popularización de las ciencias tomando como línea principal de trabajo el desarrollo de una cultura científica como modo de contraponer aquellas ideas que se proclaman ser ciencia cuando en realidad son pseudociencias o sencillamente no tienen evidencia consistente.

El tema que pretendemos popularizar es sobre astrobiología, cuya definición de manera gruesa sería el “estudio del origen, evolución, distribución y futuro de la vida en el universo” (Romo Jorge, Polémica en la divulgación de la astrobiología).

Ya quisiéramos concebir al espacio como un zoológico espacial viendo con esperanza las posibilidades de nuestro propio futuro, sin embargo no es nada fácil a menos a simple vista, recordemos que los científicos están trabajando duro el tema con toda la tecnología avanzada posible, pero no hay resultados alentadores excepto agua en estado de hielo, moléculas “prebióticas” y zonas parecidas a la tierra (Marte), así como también exoplanetas, entre otras cosas más.

Lo curioso es que estos estudios nos están volviendo la mirada a nuestra casa, la tierra; y un primer paso metodológicamente hablando sería establecer cómo surgió la vida, (A.I. Oparin, Origen de la Vida), al respecto hay  evidencias interesantes como el registro de vida en rocas (estromatolitos) procesos que se creen se dieron hace 3500 millones de años. En este plano la astrobiología nos serviría para interpretar las evidencias de vida en la tierra muy a pesar de que los fósiles no conservan cómo surgió la vida; Aunque si hay cosas que si podrían constituir pruebas alentadoras e interesantes, una de ellas es el movimiento de capas tectónicas que por el momento solo existen en la tierra y eso permite reciclar la atmósfera entre ellos el CO2.

El conocer el origen de la vida en la tierra además, ha sido motivado por las “evidencias” encontradas en Marte, tales como un núcleo similar a la tierra, surcos, hielos etc. Pero a su vez, el redescubrir la vida extrema en la tierra tales como el rio Tinto, los extremófilos en las fosas oceánicas, nos ha dado  más optimismo de encontrar alguna forma de vida en Marte, lo que nos permite tener base para fundamentar lo que es zonas de habitabilidad y posterior desarrollo de terraformación.

Veamos algunas aspectos que nos hace pensar en la posibilidad de vida en el universo, lo decimos así para evitar tocar la idea de que determinadas cosas nos lleva a la vida directamente, como por ejemplo que el CHON (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno) que es – supuestamente - la fábrica que hace vida o de moléculas prebióticas; lo que si es factible decir, es que estos hallazgos podría conducirnos a establecer condiciones de vida por ejemplo que el  agua estimula la vida, que el carbono es el ingrediente básico de la vida por su tetravalencia y por tanto es posible disponer 10 millones de compuestos, que el CO2 y CH4, y que en compuestos en agua genera carbohidratos, lo que nos lleva al concepto de metabolismo aunque no en sentido estricto, solo sospechamos que se puede llegar ahí, lo dice Martín Pintado “… la química prebiótica parece sustentarse en un pequeño número de moléculas precursoras”. Hay muchas cosas por resolver pero al final de todo y aun habiendo encontrado más evidencia sólida queda la interrogante ¿Cómo lo inanimado se convierte en animado? Este es un punto no resuelto.

Entendemos a modo de presuposición que el desarrollo de la vida se pudo dar de la evolución química, a la evolución prebiótica lo cual lleva desde las biomoléculas, hasta los primeros organismos celulares y ésta a  la evolución biológica, lo cual lleva desde los primeros células primitivas hasta los organismos unicelulares ya sean procariotas y eucariotas. Esa presuposición parte desde el punto de vista metodológico, el  asumir el concepto de evolución lo que nos permite explicar cómo se ha organizado los seres vivos en el transcurso del tiempo, este criterio se ve apoyado porque las leyes físicas sobre todo, pues se cree surgieron en orden y niveles de complejidad.

En la actualidad ya no entra en discusión los aspectos teleológicos y hasta filosófico especulativo, estamos en la estrategia de tener un punto de apoyo y poder explicarnos todo lo concerniente a la vida en el universo, no olvidemos que estos temas todavía son recientes, pues tenemos que 70 años después de publicado el origen de las especies, se inició el estudio científico del origen de la vida; y los 70 años después de la publicación del origen de la vida (A. I. Oparin) se aplica el método científico al problema del origen de la primera célula.

A partir de los anterior podemos decir que ya los estudios de la vida en el universo está asentado sobre una base científica sin que por ello se exima de ciertos sesgos interpretativos o concepciones preteóricas; lo que si es claro es que hasta el momento, la vida en el universo tiene su primera evidencia: la tierra.

Lo siguiente sería la distribución de la vida en el universo, que ahora puede ser estudiado con la herramienta científica y con toda la tecnología realizada por el hombre. No negamos que todavía haya espacios para la filosofía lo cual no es negativo en tanto desarrolle en los seres humanos una concepción del mundo positiva y que sea consciente de ello.

¿Cuáles son las implicaciones culturales de la ciencia astrobiológica? Hay retos epistémicos, éticos, culturales, sociales y religiosos. En esencia nos dota de concepción del mundo que apuntalaría los futuros esfuerzos en el campo de la investigación astrobiológica, así como el desarrollo cultural de los pueblos, entre ellos un futuro acuerdo con otras civilizaciones extraterrestres.

La idea entonces de estudiar este tema, es ver a la vida desde una concepción más amplia quizá abarcadora, cómo fenómeno universal explicable, sustentado en la unión de las ciencias físicas y la vida. En tanto la astrobiología supone un grado de generalización.

Resumiendo, nos apoyamos en Aretxaga Roberto que formula algunas cuestiones que consideramos son fundamentales:

  1. ¿Cómo surgieron los sistemas vivientes?
  2. ¿Cómo se forman mundos habitables y cómo evolucionan?
  3. ¿Existe vida en otros lugares en el universo distintas a la tierra?
  4. ¿Cuáles son los potenciales para la supervivencia y adaptación más allá de nuestro planeta?

Los avances en investigación astrobiológica son interesantes, por ejemplo ya hay doce moléculas interestelares sintetizadas químicamente, ya para 1990 se han registrado ochenta tipos diferentes de moléculas en su mayoría orgánicas (hasta 13 átomos) en la actualidad llegan al centenar y de ellos las ¾ partes con orgánicas, la vida ya no es cuestión de situaciones estables, también las hay en ambientes extremos, esto motiva más los esfuerzos de la comunidad científica en la búsqueda de vida extraterrestre, después de todo hay tres ingredientes básicos según Aretxaga; la evolución de cualquier ser procariótico y eucariótico ocurrirá en cualquier planeta o satélite; siempre que haya agua líquida, materiales orgánicos y fuentes de energía; aunque – como sabemos - no son ingredientes suficientes.


Ajustes Epistemológicos de la Biología a partir de la Astrobiología
La biología se ha venido a constituir en una de las disciplinas de mayor influencia en las actividades pedagógicas de los cursos de CTA sea por su carácter integrador o por su directa influencia en la naturaleza viviente, así como en el desarrollo de la calidad de vida de la población.

Sin embargo como toda ciencia no debemos dejar de tener presente que siempre habrá curiosidad por el hecho de hurgar siempre en el conocimiento más profundo y principista, en este caso biológico. Eso implica que hay que tener en consideración las circunstancias históricas, psicológicas y criterios que validan el conocimiento desplegado en esta disciplina. En otra dimensión hay que ver lo educativo que tiene la biología para plasmar alternativas de trabajo en el campo de la enseñanza de CTA.

 No olvidemos que la biología es una ciencia joven por decirlo de alguna manera, lo que indica que los aportes científicos están a la orden del día así como la naturaleza metodológica de estudio y trabajo educativo, es el caso de los conceptos bases tales como la universalidad, en la cual las células corresponden a todos los seres vivos , aunque en el caso astrobiológico sería la membrana; en la evolución concepto muy ligado a la biología por tratarse de un desarrollo mediante la selección natural; la continuidad, donde sabemos que todos vienen definitivamente de un antepasado; la diversidad que corresponde a los organismos; la homeostasis en la cual los seres vivos buscan estabilidad; y en las interacciones en la cual por ejemplo se da una reacción entre el paramecium y una solución salina.

Digamos que lo anterior sería una especie de elementos de una concepción pre teórica, base para emprender un intento de trabajo científico  ideal de toda comunidad científica, pues el ideal es hacer científica la biología metrizando sus fenómenos, y eventos biológicos, que otros pueden interpretar como un forzamiento de ceñir el método al fenómeno biológico. No olvidemos que la biología es descriptiva en parte, como lo es taxonómica y en el caso de la herencia, estadística y probabilística.

Hay otros conceptos más ligados al campo de la interpretación, pero muy necesario en el abordaje de un estudio e investigación en el campo de la biología, uno de ellos es la comprensión holística que nos hace quedar en claro que cualquier “organismo vivo es un todo aunque no clausurado en sí mismo”; no podemos prescindir de la relación con el medio porque es finalmente este último que en general lo moldea. El otro es el estudio del ser vivo como un sistema jerarquizado, esta concepción nos permite ver a la vida como un conjunto de niveles y relaciones que se dan entre ellos, de forma estructural y funcional.

¿Qué implicancias tiene lo  señalado líneas arriba? Los aspectos epistemológicos y filosóficos que hemos señalado, muestra que la vida no es puro mundo físico, aunque lo viviente tiene sus raíces en lo físico.  A tal efecto, el holismo reconoce la complejidad (Moran dice los seres vivos no son muy ordenados ni muy desordenados pero son complejos) que no se da en la misma intensidad  en el mundo físico, y también reconoce el ser vivo como sistema jerarquizado como el emerger de lo complejo. Es interesante saber al respecto, que en el caso astrobiológico la emergencia de patrones y regularidades en el universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida.

Entonces ¿podemos lograr una biología teórica? La necesidad de hacer una disciplina más abstracta tiene como finalidad predecir fenómenos, de ello podemos señalar algunas cosas ya logradas desde un ámbito de fundamentos, ahí tenemos los vida sintética, vida artificial y astrobiología, este último de mayor estudio e interés de la comunidad científica, pero reiteramos, todavía se dan las cosas desde un marco de fundamentos.

Esta situación fragmentaria del conocimiento biológico pone en evidencia que “… no disponemos de una teoría general de los sistemas biológicos que permita decir porque pasan las cosas que pasan” (Moran, Moreno). Diremos entonces que hay una limitación pero también un reto para la comunidad científica

Uno de esos retos es hacer el abordaje de los supuestos de la biología a partir de otra disciplina emergente como es la astrobiología que se define como el estudio de los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de estructuración y auto-organización del universo.

Describiendo cada uno de los conceptos señalados en el término astrobiología y a modo de ejemplo podemos decir que lo físico podría entenderse por la presión osmótica que todo ser vivo está inmerso, partiendo lógicamente que la vida en su forma más primitiva y en cualquier parte del universo debe darse a partir de una membrana que “encapsule” los nutrientes y la información genética. Lo químico se entiende porque hay definitivamente elementos biogenésicos y por consiguiente metabolismo donde para nuestra experiencia inmediata tenemos al versátil carbono como el más imprescindible de los elementos. Y lo biológico entendido como la comparativa actual que hacen de los extremófilos y los probables signos de vida en Marte. Los conceptos restantes de adaptabilidad, estructuración y autoorganización si bien es evidente en los seres vivos en la tierra, queda como supuestos cuando queremos investigar sobre probable vida extraterrestre.

A partir de la química del universo como parte de la astrobiología dan luces para hacer de la biología una ciencia de mayor alcance, pero también con especificaciones precisas como el hecho de establecer que no podemos considerar situaciones similares como la tierra; a modo de ejemplo, no podemos pensar que hay ADN en el espacio igual que en la tierra, habrá ligeras variaciones o en el propio metabolismo de los seres extraterrestres, sin embargo podemos generalizar ciertas criterios como el intercambio, el carácter receptor de los seres vivos pero también el atributo de poder reconocer otras sustancias.

Moran considera que: un sistema vivo es “algo dinámico” que es capaz de “transformar una fuente externa de energía” para “construirse a sí mismo” y es capaz de evolucionar adaptándose a cambios en su entorno. En cualquiera de las interpretaciones no escapamos al concepto de evolución; Hawking por ejemplo, aceptaba la evolución como concepto universal, siendo así “todo proceso evolutivo consistirá en la continua estabilización de nuevas relaciones organizativas, que implican nuevos nexos causales entre componentes genéticos y procesos metabólicos” (Morán Moreno).

La idea entonces de universalizar la biología pasa  por asumir ciertos supuestos (evolución entre otros) y considerar que estamos en un tránsito de “… la ciencia que estudia la vida tal y como la conocemos a la ciencia de toda forma de vida posible” (Langton 1989) en cuya situación, la vida no sería igual en cualquier punto del universo. No olvidemos que la vida en la tierra es el resultado de una vasta sucesión de eventos actuando sobre una serie de  principios físicos presuntamente universales,  pero que por tiempo o procesos puede ser distinto.

En el campo de la filosofía y del despliegue de conocimiento básico en ciencias, todavía tenemos una postura filosófica dominante sobre la física y la química lo que algunos llaman el empirismo lógico, el que profundicemos en la “biología teórica” permitirá ver a la biología desde la epistemología de la biología o nos quedaremos con el concepto de ciencias de la biología o ciencias biológicas en tanto tenemos a las otras ciencias como auxiliares. Una aplicación de los que mencionamos estaría en la enseñanza de la biología específicamente en dos líneas que siempre son constantes en el estudio e investigación; la enseñanza de los  procesos fisiológicos   y la enseñanza de  la evolución con todas las consecuencias y casos que deslicen de sus estudios.

Epistemología de la Biología según Monod, con énfasis en la Astrobiología
En la presente parte siguiendo a Monod  enfatizamos que la biología se posiciona  epistemológicamente gracias al intento de extenderla a través de la astrobiología.

Uno de los conceptos bases de la epistemología de la biología es la teleonomía para quien la vida es un proyecto que se concretiza en algo a través de estructuras con ciertos performances. Monod dice: “He citado este ejemplo, clásico, de adaptación funcional en los seres vivos, para subrayar lo estéril y arbitrario de querer negar que el órgano natural, el ojo, representa el término de un proyecto (el de captar imágenes) tan claro como el que llevó a la consecución de aparato fotográfico” (pág. 21, Azar y Necesidad).

Sin estructura no se podría establecer un “proyecto” y además la diversidad de estructuras macroscópicas, reposaría  en realidad sobre una profunda y no menos remarcable unidad de composición y de estructura microscópica” (pág. 55). En el caso de la astrobiología, de haber extraterrestres, la forma que tenga reposaría en la estructura microscópica que daría la forma a la estructura macroscópica.

Otro de los conceptos bases que lo refiere Monod y que podría ser de utilidad en la astrobiología es la invariancia imagino tomada de los invariancia física, concretamente de la invariancia bajo las transformaciones de Lorentz en lo que es la teoría de la relatividad especial. En biología de la tierra podemos referirnos a un invariante como el ADN o como refiere también Monod de un invariante como la célula que ha esperado los avances de la bioquímica para que “revelara enteramente la profunda unidad a escala microscópica, de todo el mundo viviente” (pág. 105) en la tierra para ser más preciso. Porque podríamos suponer que una característica invariante en lo que es vida en el universo, sería la membrana en cualquier caso y cualquier proceso que exprese un “proyecto”.

Monod en la pág. 122 manifiesta lo siguiente: “una mutación simple, puntual como la sustitución de una letra del código por otra, en el ADN, es reversible. La teoría lo prevé, y la experiencia lo prueba. Pero toda evolución sensible, como la diferenciación de dos especies, incluso muy vecinas, resulta de un gran número de mutaciones independientes, sucesivamente acumuladas en la especie original, y después, siempre al azar, recombinadas gracias al “flujo genético” promovido por la sexualidad. Un fenómeno así, en razón del número de acontecimientos independientes del que resulta, es estáticamente independiente”. Bajo un enfoque de astrobiología nos ayuda a entender porque en el espacio se podría encontrar fragmentos de ADN sin que ello signifique vida propiamente dicha.

 Por otro lado se habla mucho de civilizaciones extraterrestres e inclusive el científico Drake a establecido el número de civilizaciones que hay en el universo, en esta parte hay un supuesto como es la evolución que para el caso de la tierra entendemos que la evolución del hombre es parte de la evolución en general y a modo de Darwin. Monod dice : “Porque un observador imparcial un marciano por ejemplo, debería sin duda reconocer que el desarrollo del performance específica del hombre, el lenguaje simbólico, acontecimiento único de la atmósfera, abre camino a otra evolución, creadora de un nuevo reino, el de la cultura, el de las idea, del conocimiento” (pág. 127) en otras palabras, la vida civilizada puede considerarse otro estadío de la evolución, esta aseveración se encuentra muy apoyado por los datos que ha arrojado la neurociencia en el sentido de que el lenguaje finalmente es la interacción con el medio y parte  de los reflejos condicionados, algo que Hawking también apoya en su ensayo vida y universo.

Finalmente se refiere mucho en los reportes científicos sobre la posibilidad de encontrar en Marte bacterias  del tipo extremófilas encontradas en la tierra en las fosas marinas o en ríos altamente ácidos o alcalinos, aduciendo en muchos casos en un tipo de vida primitiva. Monod dice: “El sistema viviente mas simple que conocemos, la célula bacteriana, pequeña maquinaria de una complejidad y una eficacia extremas, alcanzó seguramente su presente estado de perfección hace unos mil millones de años” (pág. 138). La pregunta sería que tan primitivo estamos hablando para estos casos, pues ya no cabe el concepto de lo simple a lo complejo ya esta “célula primitiva” es una maquinaria molecular irreductiblemente compleja tanto así que un flagelo bacteriano puede girar 100,000 revoluciones por minuto y como se dice “parar en seco”. La comparativa de tipos de bacterias tanto en Marte (suposición) como en Tierra hay que verlos desde la real complejidad de las bacterias estudiadas, solo así podríamos tener una idea mas cabal de un tipo de vida “primitiva” en el universo.   


Referencias y Bibliografía

MONOD Jacques; El Azar y la Necesidad; Ensayo sobre la Filosofía Natural de la Biología Moderna; Ediciones Orbis S.A.  ISBN 84-7634-234-9

RENGIFO GALLEGO, Luz Adriana; Aportes de la Epistemología de la Biología para la Enseñanza de la Biología; I Congreso Nacional de Investigación en Educación en CyT 2009; ISBN 978-958-99491-0-8; Universidad del Valle.

MORAN Federico, MORENO Alvaro: Es posible la Universalización de la Biología; www.rsef.org.

CAMPOS VILLALOBOS, Nelson; Jacques Monod, El Azar y la Necesidad; Crítica

CARDOSO GUIMARAES, Roneu; Los Modelos de Origen de la Vida en la Tierra; Revista de Filosofía y Ciencias Nro 03; ISSN 1852-9488; 2011.

HAWKING, Stephen; La Vida en el Universo, traducción del Artículo, original en inglés por Michael Artime.

MARTIN PINTADO, Jesús; La Química del Universo y el Origen de la Vida; Revista Astronómica, Instituto de Astrofísica de Andalucía (2008).

CHICANA NUNCEBAY, Wilder, Agua en el Universo; Area de Astronomía y Ciencias del Espacio del IPN – México.
RIOS QUISPE, Mario; El origen de la Vida; Año Internacional de la Biodiversidad; Collique – Perú 2010; blogger educienciasmariosq.blogspot.com





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