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La probabilidad probabilidad

CIENCIA September 22, 2012 Autor: ZONA NITRO


Editorial

Primeramente a dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud, ser el manantial de vida y darme lo necesario para seguir adelante día a día para lograr mis objetivos. A mi madre por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. A mi padre por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante. Al Tecnólogo Abrahán Remache t por su gran apoyo y motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales, por su apoyo ofrecido en este trabajo, por haberme transmitidos los conocimientos obtenidos y haberme llevado pasó a paso en el aprendizaje.

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INDICE I Las probabilidades......................3 La cuestión de la generación………4 Primer científico……..5

planteamiento

Los experimentos……………….......6 «Primero el metabolismo»: el mundo de hierro-sulfuro y otros………….7

Hipótesis de la génesis múltiple……………………..8 Hipótesis de Eigen………………..9 Introducción probabilidad………………10

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de

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Las probabilidades Se ha dicho que la probabilidad de que del caldo primigenio surgiera una célula es algo tan remoto que resultaría absurdo siquiera imaginarlo. Y es cierto, lo que ocurre es que del caldo primigenio no surgió ninguna célula sino que se produjo una evolución paso a paso, escalón a escalón desde el cieno primordial hasta la célula pero pasando por diversos pasos intermedios. Estos pasos eran claros, de un primer caldo primigenio surgió un segundo caldo más complejo. Y eso era inevitable, ahí no contaba para nada el azar. En aquel segundo caldo se formaron moléculas cada vez más complejas. También esto era inevitable. Apareció la primera molécula auto replicante. Aquí nos encontramos por primera vez con el azar. Puesto que no queda ningún registro fósil no sabemos cómo sería aquella primera molécula. Sí sabemos que sería sumamente compleja pero mucho menos que un virus. La probabilidad de que esta molécula surgiera del caldo primigenio original era muy escasa. Hubiera sido más probable que surgiera del caldo primigenio que existió unos doscientos millones de años más tarde, pero muy poco más. Pero mientras más complejas eran las moléculas que albergaban los mares la aparición de dicha molécula era cada vez más probable. Podría haber tardado más VIÑAN

o menos cientos de millones de años de experimentos químicos pero tarde o temprano la complejidad del caldo primigenio haría que la aparición de una molécula auto replicante fuera un suceso casi seguro. Una vez aparecida la primera molécula auto replicante, y alimentada por el complejo caldo primigenio, era inevitable que se reprodujese hasta habitar en todos los rincones de la Tierra. También que se encontrase con diversas condiciones medioambientales y que se produjesen errores en la replicación, dando lugar a una casi infinita variedad de moléculas, cada una con ciertas ventajas en determinados ambientes, cada una intentando encontrar una parcela que invadir. Los siguientes pasos resultan tan inevitables como los anteriores, aunque la probabilidad de producir la primera célula eucariota desde ese punto era muy baja, la evolución se produjo paso a paso, haciendo que cada millón de años hubiese algas y bacterias cada vez más complejas. Mientras más tiempo pasaba, más aumentaba la probabilidad de que aparecieran las células, hasta que llegó un momento en que la aparición de la primera célula era casi inevitable.

Edad del universo para escribir todas las combinaciones. Ahora bien, un mono puede aprender y si la máquina de escribir tiene un dispositivo que enciende una luz verde cuando el Página 3


mono pulsa las letras correctas y una roja cuando pulsa letras que no forman parte de la frase, el mono puede aprender a evitar la 'a', la 'u' y las demás consonantes que no forman parte de la frase. Quedan pues las letras 'elhombrdscin', doce letras. Si el mono aprende a evitar las demás teclas, cosa que a nuestro mono le podría llevar unas cuantas horas, las combinaciones posibles serán 12^24, unos ochenta cuatrillones de combinaciones.

Adaptación vuelo.

al

El desarrollo de alas en animales tan distintos como un murciélago, un ave o un insecto, ilustra el concepto de evolución convergente: todos han desarrollado un órgano que cumple la misma función, la de volar. Evolución Paralela.

La cuestión de la generación espontánea: de Aristóteles a Pasteur Artículo principal: Teoría generación espontánea.

de

la

La concepción clásica de la abiogénesis, que actualmente se conoce específicamente como VIÑAN

generación espontánea, sostenía que los organismos vivoscomplejos se generaban por la descomposición de sustancias orgánicas. Por ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el grano almacenado o que las larvas aparecían súbitamente en la carne. El término fue acuñado en 1870 por el biólogo Thomas en su obra Biogénesis and abiogénesis. La tesis de la generación espontánea fue defendida por Aristóteles, quien afirmaba, por ejemplo que era una verdad patente que los pulgones surgían del rocío que cae de las plantas, las pulgas de la materia en putrefacción, los ratones del heno sucio, los cocodrilos de los troncos en descomposición en el fondo de las masas acuáticas, y así 9 sucesivamente. Todos ellos se originaban merced a una suerte de fuerza vital a la que da el nombre de entelequia. El término empleado por Aristóteles y traducido posteriormente por espontáneo es αυτοματικóς, es decir, «fabricado por sí mismo». La autoridad que se le reconoció a Aristóteles hizo que esta opinión prevaleciera durante siglos y fuera admitida por pensadores tan ilustres como Descartes, Bacon o Newton. Por ejemplo, en el siglo XVI, el químico y naturalista Jana Baptista van Helmont, padre de la bioquímica, llegó a afirmar en su obra Ortiz medicina 1648 que: Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos surgen de nuestras vísceras y excrementos. Si juntamos con trigo la ropa que usamos bajo nuestro atuendo cargada de sudor en un recipiente Página 4


de boca ancha, al cabo de 21 días cambian los efluvios penetrando a través de los salvados del trigo, y transmutando éstos por ratones. Tales se pueden ver de ambos sexos y cruzar con otros que hayan surgido del modo habitual... En 1546 el médico Giro se posicionó en contra de la generación espontánea estableciendo la teoría de que las enfermedades epidémicas estaban provocadas por pequeñas partículas diminutas e invisibles o "esporas", que podrían no ser criaturas vivas, pero no fue aceptada ampliamente. Más tarde Robert Hooke publicó los primeros dibujos sobre microrganismos en 1665. También se le conoce por dar el nombre a la célula, que descubrió observando muestras de corcho.

Substancias (Londres, 1749). Para ello realizó un experimento calentando un caldo mixto de pollo y maíz puesto en un frasco de boca ancha, y en el que aún aparecieron microbios a pesar de haber sido tapado con un corcho. En 1768 Lazzaro Spallanzani probó que los microbios estaban presentes en el aire y se podían eliminar mediante el hervido. Pero no fue hasta 1861 que Louis Pasteur llevó a cabo una serie de cuidadosos experimentos que probaron que los organismos como los hongos y bacterias no aparecían espontáneamente en medios

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estériles y ricos en nutrientes, lo cual confirmaba la teoría celular.

Primeros planteamientos científicos: Oparin y Haldean Una vez desechada la generación espontánea, la cuestión del origen de la vida se retrotraía a intentar explicar el origen de la primera célula. Los conocimientos de la astronomía y el origen del sistema solar permitían especular sobre las condiciones en que surgió este sistema vivo. Simultáneamente, Oparin y Haldean elaboraron una serie de hipótesis estableciendo, a partir de estas posibles condiciones, la secuencia probable de acontecimientos que originarían la vida. Hasta 1924 no se realizó ningún progreso real, cuando Alessandri Ivanovich Oparin demostró experimentalmente que el oxígeno atmosférico impedía la síntesis de moléculas orgánicas que son constituyentes necesarios para el surgimiento de la vida. Según el profesor Loren S. Graham en su ensayo Oparin recibió el impulso para comenzar sus investigaciones en un intento de demostrar el materialismo dialéctico en el contexto de la guerra fría en la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas.13 Fuentes de origen extraterrestre, estelares o interestelares. Por ejemplo, a partir de análisis espectrales, se sabe que las moléculas orgánicas están presentes en meteoritos y cometas. Página 5


En el 2004, un equipo detectó trazas de hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (Pas) en una nebulosa, siendo la molécula más compleja hasta la fecha encontrada en el espacio. El uso de Pase también ha sido propuesto como un precursor del mundo de ARN en la hipótesis del mundo de Pase (PAH Word).

péptidos. Estos aminoácidos y pequeños péptidos podían haber sido estimulados para formar membranas esféricas cerradas, llamadas micro esferas. Fox describió este tipo de formaciones como «protocólalas», esferas de proteínas que podían crecer y reproducirse. Los experimentos de Joan Oró

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puede argumentar que el cambio más crucial que aún sigue sin recibir respuesta por esta teoría es cómo estos «ladrillos» orgánicos relativamente simples polimerizan y forman estructuras más complejas, interactuando de modo consistente para formar una protocólala. Por ejemplo, en un ambiente acuoso, la hidrólisis de aligoneros/polímeros en sus constituyentes manométricos está energéticamente favorecida sobre la condensación de monómeros individuales en polímeros. Además, el experimento de Miller produce muchas sustancias que acabarían dando reacciones cruzadas con los aminoácidos o terminando la cadena peptídica. Los experimentos de Fox Entre las décadas de los 50 y los 60, Sídney W. Fox estudiaba la formación espontánea de estructuras peptídicas bajo condiciones que posiblemente pudieran haber existido tempranamente en la historia de la Tierra. Demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños VIÑAN

El científico español Joan Oró obtuvo en sus experimentos sobre el origen de la vida bases nitrogenadas, que son los elementos fundamentales del ADN. En 1961 Juan Oró, añadió ácido cianhídrico al caldo primigenio y obtuvo algunas purinas. En 1962, en otro experimento, añadió formaldehído y consiguió la síntesis de dos azúcares, ribosa y desoxirribosa, componentes de soporte de los ácidos nucleicos en el ADN y ARN. Hipótesis de Eigen A principios de los años 1970 se organizó una gran ofensiva al problema del origen de la vida por un equipo de científicos reunidos en torno a Mapfre Efigen, del instituto Max Planck. Intentaron examinar los estados transitorios entre el caos molecular de una sopa prebiótica y los estados transitorios de un hipérico de replicación, entre el caos molecular en una sopa prebiótica y sistemas macromoleculares autor reproductores simple. Hipótesis de Efigen

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En un hipérico, el sistema de almacenamiento de información (posiblemente ARN) produce una enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información en secuencia hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información. Con un tratamiento matemático, los hipéricos pueden crear cuasi especies, que a través de selección natural entraron en una forma de evolución darwiniana. Un impulso a la teoría del hiperciclo fue el descubrimiento de que el ARN, en ciertas circunstancias, se transforma en ribosomas (una forma de enzima de ARN) capaces de catalizar sus propias reacciones químicas.

autor replicación (que otro «mundo» por tanto evolucionó con el tiempo hasta producir el mundo de ARN). En este momento, no obstante, las distintas hipótesis tienen insuficientes pruebas que lo apoyen. Muchas de éstas pueden ser simuladas y probadas en el laboratorio, pero la ausencia de rocas sedimentarias sin alterar de un momento tan temprano en la historia de la Tierra nos deja pocas oportunidades de probar robustamente esta hipótesis. «primero el metabolismo»: el mundo de hierro-sulfuro y otros Artículo principal: Teoría del mundo de hierro-sulfuro.

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Chimeneas de Tingas (círculos oscuros) junto con burbujas. Según una teoría48 los lugares donde surgió el metabolismo podrían ser semejantes a estas formaciones.

Algunos modelos rechazan la idea de la autor replicación de un «gen desnudo» y postulan la emergencia de un metabolismo primitivo que pudo proporcionar un ambiente para la posterior emergencia de la replicación del ARN. Una de las más tempranas encarnaciones de esta idea fue presentada en 1924 por la noción de Alexander Oparin de primitivas vesículas autor replicantes que precedieron al descubrimiento de la estructura del ADN. Las variantes más recientes de los años 1980 y 1990 incluyen la teoría del mundo de hierro-sulfuro de Gunter Wächtershäuser y modelos presentados por Christian de Dude basados en la química de los tioésteres. Entre algunos modelos más abstractos y teóricos de la plausibilidad de la emergencia del metabolismo sin la presencia de genes se incluye un modelo matemático presentado por Frenan Dyson a principios de los años 1980 y la noción de Stuart Kauffman de conjuntos colectivamente auto catalítico, discutido ya avanzada la década. Sin embargo, la idea de que un ciclo metabólico cerrado, como el ciclo reductor del ácido cítrico propuesto por Günter Wächstershäuser, pudo formarse espontáneamente, aún permanece sin pruebas. De acuerdo con Leslie Página 7


Orel, un líder en los estudios sobre el origen de la vida durante algunas de las pasadas décadas, hay razones para creer que la afirmación permanecerá así. En un artículo titulado Self-Organizing Biochemichal Cycles,49 Orel resume su análisis de la propuesta estipulando que «por ahora no existe razón para esperar que ciclos de múltiples pasos como el ciclo reductor del ácido cítrico pudiera auto organizarse en la superficie de Fez/FeS2 o de algún otro mineral». Es posible que otro tipo de ruta metabólica fuera usado en los comienzos de la vida. Por ejemplo, en lugar del ciclo reductivo del ácido cítrico, la ruta abierta del acetil-CoA (otra de las cuatro vías reconocidas de fijación de dióxido de carbono en la naturaleza actualmente) podría ser más compatible con la idea de auto organización en una superficie de sulfuro metálico. La enzima clave de esta vía, monóxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA tiene anclados grupos mixtos de sulfuro de hierro y níquel en sus centros de reacción y cataliza la formación de acetil-Coa (que podría ser recordado como una forma moderna de acetilo-tiol) en un único paso.

Formación en un meteorito marciano que se creía que era una bacteria. Artículo principal: Panspermia. La ventaja de las hipótesis de un origen extraterrestre de la vida primitiva es que incrementa el campo de probabilidad para que la vida se desarrolle. No se requiere que se desarrolle en cada planeta VIÑAN

en el cual se halle, sino más bien en una sola localización y posteriormente se extiende por la galaxia hacia otros sistemas estelares a través del material cometario. Esta idea ha recibido impulsos debido a recientes descubrimientos sobre microbios muy resistentes.63 Una alternativa a la abiogénesis terrestre es la hipótesis de la panspermia, que sugiere que las «semillas» o la esencia de la vida prevalecen diseminadas por todo el Universo y que la vida comenzó en la Tierra gracias a la llegada de tales semillas a nuestro planeta. Estas ideas tienen su origen en algunas de las consideraciones del filósofo griego Anaxágoras. El astrónomo Sir Fred Hoyle también apoyó la idea de la panspermia. Se basa en la comprobación de que ciertos organismos terrestres (ciertas bacterias, cianobacterias y líquenes) son tremendamente resistentes a condiciones adversas y que eventualmente pueden viajar por el espacio y colonizar otros planetas. Hipótesis de la génesis múltiple Se habría dado la aparición de diferentes formas de vida casi simultáneamente en la historia temprana de la Tierra.64 Dado que parece existir un único antepasado común entre todos los seres vivos, las otras formas estarían extinguidas, dejándonos fósiles a través de su diferente bioquímica. Por ejemplo, por el uso de otros elementos, como el arsénico en lugar del fósforo, y sobreviviendo como extremó filas o simplemente permaneciendo ignoradas al ser análogas a los organismos del actual árbol de la vida. Hartman, por ejemplo, combina algunas teorías proponiendo lo siguiente:65 Página 8


«Los primeros organismos autor replicantes fueron arcillas ricas en hierro que fijaban dióxido de carbono en el ácido oxálico y otros ácidos di carboxílicos. El sistema de replicación de las arcillas y su fenotipo metabólico evolucionó entonces hacia la región rica en sulfuro del manantial hidrotermal, adquiriendo la capacidad de fijar nitrógeno. Finalmente se incorporó el fosfato en el sistema en evolución que permitía la síntesis de nucleótidos y fosfolípidos. Si la biosíntesis recapitula la biopoiesis, entonces la síntesis de los aminoácidos precedió a la síntesis de bases púbicas y pirimidínicas. Más allá de esto la polimerización de los tioésteres de aminoácido en polipéptidos precedió la polimerización dirigida de ésteres de aminoácidos por polinucleótidos.» capaces de formar enlaces débiles con los aminoácidos de la puerilidad opuesta. Aunque el misterio de por qué la serian levógira acabó siendo la dominante aún permanece sin resolver, estos resultados sugieren una respuesta a la cuestión de la transmisión quinal: cómo las moléculas orgánicas de una ruralidad mantienen la dominancia una vez que la asimetría ha sido establecida.

.-Frente pequeña. .-Dientes pequeños.-Caja craneal escasa

Evolución Paralela. Imagen de las primeras escrituras que se expresaban por signos en forma de comunicación (primeras expresiones).

Primera reconstrucción de la cabeza del Homo antecessor (Niño de la Gran Dolina), el humano más antiguo encontrado en Europa, de hace unos 800.000 años, realizada a partir del cráneo fósil encontrado al nivel TD6 de Gran Dolina.

1. la fotosíntesis.56 1. . La probabilidad matemática comenzó como un intento de responder a varias preguntas que surgían en los juegos de azar, por ejemplo saber cuántas veces se han de lanzar un par de dados para que la probabilidad de que salga seis sea el 50 por ciento. VIÑAN

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La probabilidad de un resultado se representa con un número entre 0 y 1, ambos inclusive. La probabilidad 0 indica que el resultado no ocurrirá nunca, y la probabilidad 1 que el resultado ocurrirá siempre. Los problemas más sencillos estudian la probabilidad de un suceso favorable en un experimento o acontecimiento con un número finito de resultados, todos ellos con igual probabilidad de ocurrir. Si un experimento tiene n posibles resultados, y f de ellos se consideran favorables, la probabilidad de un suceso favorable es f/n. Por ejemplo, un dado no trucado se puede lanzar de seis formas posibles, por tanto, la probabilidad de que salga un 5 ó un 6 es 2/6. Problemas más complicados estudian acontecimientos en que los distintos resultados tienen distintas probabilidades de ocurrir. Por ejemplo, encontrar la probabilidad de que salga 5 ó 6 al lanzar un par de dados: los distintos resultados (2, 3,…12) tienen distintas probabilidades. Algunos experimentos pueden incluso tener un número infinito de posibles resultados, como la probabilidad de que una cuerda de circunferencia dibujada aleatoriamente sea de longitud mayor que el radio. Los problemas que estudian experimentos repetitivos relacionan la probabilidad y la estadística. Algunos ejemplos: encontrar la probabilidad de obtener 5 veces un 3 y al menos 4 veces un 6 al lanzar un dado, sin hacer trampas, 50 veces; si una persona lanza una moneda al aire y da un paso hacia delante si sale cara y un paso hacia atrás si sale cruz, calcular la VIÑAN

probabilidad de que, después de 50 pasos, la persona esté a menos de 10 pasos del origen. El uso más generalizado de la probabilidad es su utilización en el análisis estadístico. Por ejemplo, la probabilidad de sacar 7 al lanzar dos dados es 1/6, lo que significa (se interpreta como) que al lanzar dos dados aleatoriamente y sin hacer trampas, un gran número de veces, alrededor de un sexto de los lanzamientos darán 7. La probabilidad matemática se utiliza mucho en las ciencias físicas, biológicas y sociales, así como en el comercio y la industria. Se aplica a muchas áreas tan dispares como la genética, la mecánica cuántica y los seguros. También estudia problemas matemáticos teóricos de gran importancia y dificultad y está bastante relacionada con la teoría del análisis matemático, que se desarrolló a partir del cálculo.

Introducción a la teoría de la probabilidad Laplace, eminente matemático francés de la última mitad del siglo XVIII y principios del XIX, describía la teoría de la probabilidad como “el sentido común reducido al cálculo”. Veamos como la siguiente anécdota justifica esta descripción. Dos estudiantes de Instituto intentan ponerse de acuerdo en como pasar una tarde. Acuerdan que tomarán su decisión lanzan

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2012 VIÑAN ELIZABETH

LA PROBABILIDAD

[LA PROBABILIDAD La probabilidad matemática se utiliza mucho en las ciencias físicas, biológicas y sociales, así como en el comercio y la industria. Se aplica a muchas áreas tan dispares como la genética, la mecánica cuántica y los seguros. También estudia problemas matemáticos teóricos de gran importancia y dificultad y está bastante relacionada con la teoría del análisis matemático, que se desarrolló a partir del cálculo.

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