Esta es una recopilación de exámenes resueltos de Historia General de la Ciencia Segunda Prueba Presencial e Historia de la Ciencia II.
Están basados en mis lecturas del libro básico de la asignatura y de otros apuntes útiles que he encontrado en Ferrán Mir y Solo apuntes. Cuando se indica una página se refiere al libro de Historia de la Ciencia de Solís y Sellés.
Lo exámenes pueden consultarse en el sitio del Centro Asociado de Calatayud. Este sitio es también muy interesante.
Si tienes alguna sugerencia de mejora o cambio, déjalo en los comentarios.
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2007. Septiembre. Reserva. 2PP
1.- ¿Cuáles eran los problemas de la física que vino a resolver la teoría de la relatividad?
Se trata de problemas derivados de las explicaciones del electromagnetismo. Hasta principios del s. XIX, la teoría de la electricidad seguía la analogía newtoniana de fuerzas a distancia que varían en razón inversa al cuadrado de la distancia, como la gravedad.
Faraday introduce el concepto de campo, desarrollado por Clerk Maxwell. El electromagnetismo se transmite a través del éter. Hertz corrobora la teoría del campo que se propaga mediante ondas continuas en un medio continuo. El éter, aunque no detectado, se asienta como sustrato de las ondas electromagnéticas. Pero nuevos fenómenos cambian el panorama.
A- Se empieza a investigar la electrodinámica de los cuerpos en movimiento. El experimento de Michelson-Morley es clave al respecto. Desde la teoría de Maxwell, debería haber ciertos efectos del movimiento detectables por medio del éter. La Tierra está en movimiento, por lo que la luz (un campo electromagnético) debería estar afectada por el movimiento relativo de esta y el éter, la velocidad de la luz no debería ser la misma en dirección. Sin embargo, no hay variación: la velocidad es constante: no hay viento del éter.
Se propusieron ciertos ajustes: El campo de una carga es radial si está en reposo, pero si está en movimiento se achata en la dirección correspondiente al movimiento. Lorentz propone sus transformaciones para el espacio y tiempo de un sistema en movimiento respecto del éter, que se supone en reposo absoluto.
B- La teoría de Maxwell describe muy bien el campo pero no la interacción de este con la materia. El descubrimiento de la estructura atómica de la materia mostró que la electricidad solo se encuentra en forma de cargas, se descubre el electrón con los rayos catódicos (tubo de vacío con placas de carga eléctrica que desvían el chorro). Se observan además una serie de fenómenos cuánticos de la radicación electromagnética: que se muestran discontinuos.
La teoría del electrón abre una crisis en la física, porque la mecánica newtoniana no puede explicar los fenómenos electromagnéticos. Por ejemplo, se viola el principio de acción-reacción: el éter influye sobre la materia, pero está no influye en el éter. Se pensó entonces en basar la mecánica sobre la teoría electromagnética. La masa tendría un carácter electromagnético, lo que explicaba el hecho observado de que un cuerpo en movimiento acelerado (por ejemplo un electrón) parece incrementar su masa. Se trataría de un fenómeno de autoinducción, el cuerpo cargado en movimiento atraviesa su propio campo.
2.- ¿En qué principios se basa la teoría de la relatividad especial? Enúncielos.
- Primer principio: De relatividad – Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales (los que se mueven a velocidades lineales constantes). En otras palabras, no existe un sistema inercial de referencia privilegiado, que se pueda considerar como absoluto. Las distancias y los intervalos de tiempo son relativos a cada observador, esto contradice la existencia de un espacio y tiempos universales o absolutos.
- Segundo Principio: Invariancia de c – La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, c, que es independiente del movimiento de la fuente de luz. Esto contradice el principio de composición de velocidades.
Están relacionados, ya que si no hay composición de velocidades la instantaneidad es relativa al tiempo local. Las trasformaciones de Lorentz quedan así explicadas trivialmente, sin recorrer a acortamientos reales de las dimensiones. Las dimensiones medidas serán diferentes dependiendo de las velocidades relativas entre medidor y objeto en movimiento.
Aclaración: Un sistema de referencia inercial es un sistema con conservación del momento lineal, es decir, sin aceleración. En mecánica newtoniana los sistemas inerciales son aquellos en los que se cumplen las leyes de Newton usando sólo las fuerzas reales que se ejercen unas partículas a otras. En un sistema inercial no aparecen fuerzas ficticias para describir el movimiento de las partículas observadas, y toda variación de la trayectoria tiene que tener una fuerza real que la provoca.
Dado a un sistema inercial, cualquier sistema que se mueva a velocidad lineal y constante de él, sigue siendo inercial. Dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro que se mueva con aceleración lineal respecto al primero, o cuyos ejes roten con velocidad de rotación constante o variable, no es inercial.
3.- ¿En qué se distingue la teoría de la Relatividad especial de la teoría de la relatividad general?
La relatividad especial tiene como objetivo explicar los fenómenos electromagnéticos de los sistemas en movimiento inercial (que se mueven a velocidad constante, sin aceleración), aunque puede extenderse a sistemas en movimiento acelerado.
La relatividad general es la teoría geométrica de la gravitación propuesta por Einstein. Esta teoría permite integrar el fenómeno de la gravitación (que pasa a ser considerada una fuerza ficticia explicada como la modificación del espacio por la masa).
Parte de la intuición que tuvo de que un sistema en caída libre puede considerarse un sistema sin gravitación (respecto de sí mismo). Por lo mismo, un sistema sometido a un campo gravitatorio es indiscernible (desde dentro del propio sistema) de uno sometido a una aceleración fija. Las leyes del movimiento de un sistema acelerado han de aplicarse a un sistema gravitatorio. Esto lleva a dos corolarios: Primero, la luz presentará un corrimiento hacia el rojo en un campo gravitatorio; segundo, la trayectoria de la luz se curvará en presencia de un campo gravitatorio. Entre otras cosas lleva a la eliminación de la geometría euclídea como descripción apropiada del espacio real.
Con esto se acaba con la gravedad como fuerza a distancia. La gravedad se propaga a la velocidad de la luz. Si una estrella lejana desaparece en una nova, el efecto gravitatorio (según Newton) sería instantáneo, por lo que superaría a la velocidad de la luz. Einstein niega eso.
Un satélite orbitando la tierra es inercial, y la tierra respecto del sol. Pero no lo es una mesa de billar en la tierra.
4.- Suponga una esfera de hierro de 10 centímetros de radio que se acelera constantemente ¿Qué le sucederá al aproximarse a la velocidad de la luz? ¿Qué le sucederá si la alcanzase? ¿Y si la esfera fuese se hierro?
Aumentaría su masa muchísimo (la masa inercial, en reposo, sería la misma, pero la masa relativista crece con la velocidad). A la vez su dimensión en el sentido del desplazamiento se contraería, y el tiempo se ralentizaría.
Al alcanzar la velocidad de la luz se trasformaría en un agujero negro por la distorsión del espacio tiempo de una masa tan grande en un espacio tan pequeño.
5.- ¿Cómo mediría la velocidad de la luz en un trayecto entre dos puntos A y B separados entre sí? La velocidad de un rayo de luz que va de A a B, ¿sería la misma que la de otro rayo de luz que fuese de B a A?
Habría que conocer primero la distancia entre A y B y la velocidad relativa entre uno y otro. Se pone un espejo en b y se manda un rayo de luz desde A, donde estamos situados. Si están parados, se mide el tiempo y se divide por dos veces el espacio. Si se mueven se hacen los cálculos teniendo en cuenta ese movimiento. Además hay que tener en cuenta el campo gravitatorio –es decir, la curvatura del espacio por la acción de la gravedad-. Por ejemplo, si se manda un rayo desde la Tierra a Júpiter, a este le costará salir de la Tierra, después se acelerará al caer a Júpiter, y en el rebote sucederá al contrario. Si está Marte de por medio hay que tenerlo también en cuenta.
Lo mejor sería tener un sistema en situación de ingravidez. Los elementos de este sistema están, respecto de sí mismos, en un espacio euclídeo, no curvado.
Comente el texto.
2007. Septiembre. Reserva. 1PP
1.- ¿Qué era una especie en la época? Relacione este concepto con los sistemas de clasificación en ese momento
Las especies eran entonces no simplemente agrupaciones de individuos interfértiles y con un conjunto de características comunes sino que eran ontológicamente anteriores a los individuos y habían sido creadas por Dios (o existían desde inicio del mundo) como tales y con todas sus características, que no habían variado desde entonces. Se trata de un concepto de raigambre aristotélica. Hay que tener en cuenta que aunque en la Física el aristotelismo había sido apartado en biología el concepto de especie era muy productivo.
El concepto de especie se relaciona directamente con el de clase de animales. Mientras el concepto de especie apunta a los aspectos intensivos, el de clase apunta a los aspectos extensivos. Se puede decir que son dos caras de la misma moneda. La clasificación es la agrupación de individuos en clases, que se supone que se solapan con las especies.
Hay dos tipos básicos de sistemas clasificatorios de los animales, los naturales y los artificiales, según que pretendan tener en cuenta todas las características del animal, lo que llevaría a conocer su esencia, o un conjunto más o menos arbitrario (aunque operacionalmente efectivo) de ellas. La clasificación en naturales y artificiales no me parece muy afortunada. En particular la encuentro arbitraria. En todo caso, los sistemas artificiales proponen la clasificación de los animales según un conjunto de propiedades, como pueden ser la estructura de locomoción (vertebrados-invertebrados), la forma de reproducción (no sexual, sexual, dentro de esta, ovíparos, vivíparos, dentro de esta última: placentarios, no placentarios…). Las clasificaciones naturales pretenden tener en cuenta todas las características.
En concreto la clasificación que se impuso fue la de Linneo (arbitraria pero bastante efectiva). Buffon propone una clasificación natural basada en la filiación de la especie. Esta clasificación presupone una biología evolucionista, frente a las fixistas.
2.- Enuncie y explique la ley de los caracteres adquiridos.
La ley de los caracteres adquiridos es la primera teoría general de la evolución, por Jean Baptiste Lamarck. Parte de la continuidad fundamental en las distintas clases de animales (Buffon) y propone que había existido un desarrollo progresivo de formas y estructuras. Explica la evolución (transformación) porque los hijos heredan de los padres los caracteres adquiridos de estos.
Tradicionalmente se consideraba que la especie tiene una serie de caracteres comunes a sus individuos y bastante estables a lo largo del tiempo, en particular dentro de los intervalos de observación humanos. Las especies eran estables y que las particularidades de los individuos se debían a accidentes debidos a la recepción de la forma por la materia. Sin embargo, las teorías evolucionistas en sentido amplio (transformistas en el caso de Lamarck) debían explicar la forma en que se generan unas especies procedentes de las otras.
Para Lamarck, el ambiente influye en la forma y la organización de los animales; el uso continuo o frecuente desarrolla y aumenta el tamaño de cualquier órgano, mientras que el desuso permanente lo debilita hasta que finalmente desaparece; todas las adquisiciones y pérdidas son debidas a la influencia del ambiente, ya que mediante el uso y el desuso son conservadas por la reproducción.
En el caso de Lamarck, los individuos transfieren a su descendencia no solo las características de la especie que recibió de sus padres, sino también las características adquiridas, por ejemplo para enfrentarse a los cambios de las circunstancias en que viven.
3.- ¿Qué era la Gran Cadena del Ser y cómo la interpretaba Lamarck? ¿Qué sucedía con los fósiles?
La Gran Cadena del Ser. Es un principio ontológico según el cual el mundo, por su perfección, se compone de todos los seres posibles. No hay vacíos ontológicos. Además es posible organizar a los seres según una escala de perfección, empezando por la materia inanimada, siguiendo por los vegetales, los animales, el hombre los seres espirituales (ángeles) y acabando en Dios. Además dentro de los animales los hay menos perfectos (perfecto significa acabado, consumado) a más perfectos según su complejidad.
La gran cadena del ser se puede representar en vertical, con forma de pirámide, o de árbol (desde el que es muy fácil concebir un sistema de filiación más o menos evolucionista de las especies). Si se proyecta sobre el plano el árbol o se hacen cortes horizontales aparecen mapas de especies agrupados en géneros, que a su vez se agrupan en familias, órdenes… hasta integrar el Reino animal.
Lamarck rechaza la representación en mapa del mundo animal porque creía en la escala vertical de criaturas y se negaba a creer que fuese discontinua. Lamarck inicia su clasificación por los organismos más simples. La autodeterminación de las criaturas es un factor progresivo en la escala evolutiva, de tal forma que los organismos inferiores se hallan totalmente determinados por la naturaleza, mientras que los superiores (el hombre) generan sus propias fuerzas rectoras. Lamarck propone además que hay una tendencia creciente al aumento de la complejidad en el mundo animal. Los animales primitivos eran muy simples y al extenderse por el planeta se van ajustando y adaptando a los distintos hábitat.
Lamarck lleva al mundo biológico la idea de progreso y el dilema de la relación hombre/medio natural. Se le ha descrito como el último de los philosophes, por su pensar especulativo, aunque era notablemente más empírico que aquellos.
4.-Distinga con cuidados ente las ideas de Lamarck y las de St. Hillaire
St. Hilaire propone que la naturaleza forma todas las criaturas sobre la base de una estructura simple: los órganos son homólogos (misma estructura, distinta función: mano-pezuña); frente a análogos (alas aves e insectos) en muchos animales, aunque con grado distinto de desarrollo. Probablemente inspirado en las ideas de Buffon.
En su Filosofía Anatómica (181 
investiga las partes homólogas de diversos animales y concluye que todos los animales están formados por el mismo número de partes (unidades de construcción): el plan es único para todas las estructuras: existe un arquetipo.
Para el establecimiento de homologías, St. Hilaire sigue el desarrollo embrionario, que llevaría posteriormente a la “ley de recapitulación embriológica”, según la cual el desarrollo de los embriones (ortogénesis) muestra el desarrollo de la especie a que pertenecen. Así el embrión humano mostraría las etapas por las que ha pasado la especie (filogénesis).
St. Hilaire se enfrenta al problema del origen de las diversas formas que explica mediante la ley de compensación: la atrofia de unas partes beneficia el desarrollo de otras. Suponiendo además que el medio físico (Lamarck) había conducido a dicha diferenciación.
St. Hilaire intenta superar la división de Cuvier en cuatro planes orgánicos (vertebrados, artrópodos, moluscos y radiados). En el estudio del desarrollo de embriones comprueba que una acción más o menos violenta sobre el embrión puede dar lugar a malformaciones; una acción moderada podría dar lugar a una transformación de la especie. En esto recoge la idea de Lamarck (influencia del medio), pero descarta la existencia de una tendencia interior, o de la transmisión de hábitos e instintos. Pero frente a Lamarck, para St. Hilare los cambios son bastante bruscos, no graduales, hay discontinuidades, aunque los animales procedan unos de otros.
5.- ¿Estaba Cuvier de acuerdo con Lamarck? Explique su posición
Cuvier recusó las opiniones de Lamarck y Hilaire afirmando la teoría tradicional de que las especies animales habían sido fijadas en sus formas actuales desde el inicio, con la Creación. En los animales hay un orden racional de funciones y órganos que las realizan.
Todos los órganos de un animal forman un conjunto, actuando y reaccionando unos con otros; no puede modificarse uno de ellos sin afectar al todo. Así los carnívoros son rápidos, tienen dientes para desgarrar…
Por eso se opone a la cadena lineal de seres derivados unos de otros. No creía posible la existencia de seres intermedios, de transición, entre las especies actuales, porque no sería posible una integración coordinada de sus miembros en un individuo funcionalmente posible. Cada una de las especies, conjunto de funciones, era estable y autónoma, no era integrable en una cadena del ser gradualista. Las alteraciones solo podía afectar a los órganos secundarios.
Este análisis funcional lo extendió a los huesos fósiles (se le considera creador de la paleontología) reconstruyendo especies extinguidas tomando de Bonnet la teoría de las catástrofes que habían asolado la tierra acabando con las especies de aquel momento.
Cuvier sugería que la clasificación de los animales debería basarse en los órganos que realizan funciones principales (principio de la subordinación de caracteres, Jussieu). Con esta base estableció (1817) cuatro grupos fundamentales: vertebrados (mamíferos, aves, reptiles y peces), moluscos (pulpo, caracol, ostra, etc.), artrópodos (langostas, arañas, insectos, etc.) y radiados (estrella de mar).
Lamarck, Hilaire y Cuvier tenían considerables diferencias de opinión.
Las especies animales forman una escala lineal evolutiva Lsi Hsi Cno
Las especies animales son modificaciones divergentes de cuatro tipos estructurales Lno Hno Csi
La evolución es gradual y continua por adaptación al medio Lsi Hno Cno
La evolución es mutante sin referencia al medio Lno Hsi Cno
Las adaptaciones estructurales de los órganos están provocadas por el medio Lsi
Las adaptaciones estructurales de los órganos son mutuas dependiendo del todo Hsi
II. Comente el texto.
El texto de Lamarck presenta en forma sintética su teoría transformista frente a las teorías tradicionales de entonces, fixistas.
El primer párrafo presenta los fenómenos, los hechos a explicar. Este hecho consiste básicamente en las especies tiene una morfología (organización de sus órganos, valga la redundancia) y unos comportamientos (formas de relacionarse con el medio, incluyendo en este medio animales de las propia especie de de las otras especies) características.
Ese es el hecho a explicar la diversidad de la vida animal y vegetal, la proliferación de las especies. Hay dos teorías al respecto. La primera es la tradicional, la comúnmente aceptada por la comunidad científica, el paradigma de la época en términos kuhnianos.
Lamarck
Para Lamarck, la vida es un fenómeno natural consistente en un modo peculiar de organización de la materia. En este sentido, considera que los organismos vivos están formados por los mismos elementos y las mismas fuerzas físicas que componen la materia inanimada; los reinos animal y vegetal sólo difieren, por tanto, del reino mineral por el modo de organización interna de los mismos elementos.
El movimiento de la materia provocado por la acción de las fuerzas de la naturaleza es capaz de generar de manera espontánea a los organismos vivos más sencillos. A partir de ellos, la naturaleza continúa su tendencia al progresivo incremento de complejidad a medida que cada organismo va siendo sustituido por otros dotados de más órganos y facultades.
Lamarck postula dos fuerzas evolutivas cuya combinación habría conformado un árbol filogenético ramificado:
Por un lado, la tendencia intrínseca de la naturaleza hacia el aumento de la complejidad daría cuenta del tronco ascendente que puede trazarse desde los organismos más sencillos hasta los más complejos
Por otro, la acomodación de los organismos a las circunstancias externas y la herencia de tales adaptaciones explicaría las desviaciones que ramifican esa gradación regular.
El transformismo de Lamarck se basa en dos leyes básicas: la ley del uso y desuso de los órganos y la ley de la herencia de los caracteres adquiridos. En una primera fase, el comportamiento de los seres vivos provocaría el sobredesarrollo o la atrofia de los órganos (ley del uso y desuso de los órganos); en una segunda fase, tales modificaciones se transmitirían a los descendientes por gemación (ley de la herencia de los caracteres adquiridos).
2007. Septiembre. 2P. Plan Nuevo.
1.- Distinga entre la llamada “química mecanicista” y la doctrina Stahl ¿Cómo explicaba este la combustión?
(p. 714 y siguientes)
La química mecanicista reducía toda la materia a la misma sustancia, homogénea y universal, con distintas formas y tamaños, y que interactuaba mecánicamente. Las partículas de los ácidos eran puntiagudas, , los álcalis porosas. La reacción consistía en el acoplamiento de los poros y las puntas de los ácidos.
Stahl propone que hay distintos tipos de materia, distintos elementos, por así decirlo. Estos elementos interaccionan unos con otros siguiendo un modelo químico que no es estrictamente mecánico.
2.- ¿En qué consistía la teoría de la afinidad química en el siglo XVIII?
Las afinidades eran la racionalización de las fuerza simpáticas entre la materia. Frente a las interacciones simplemente mecánicas, los elementos de la materia se atraían o repelían debido a fuerzas químicas de corto alcance distintas de las mecánicas.
3.- Explique los experimentos de Joseph Black con magnesia alba y lo que concluyó de ellos.
Estos son los experimentos:
Magnesia alba (MgCO3)+ calor > magnesia usta (MgO)+ aire fijo
Magnesia alba + ácido > sal de magnesia + agua + aire fijo
Magnesia usta + ácido > sal de magnesia + agua
Comprobó que tratadas con ácidos, las magnesias usta y alba daban las mismas sales, pero la usta no producía efervescencia (gas que se desprende)
Pero además vio que ese gas (CO2) era diferente del aire normal: no permitía la combustión. Ni la respiración y pesaba más.
Posteriormente se descubrirían (separarían) otros gases. De ello se concluye que el aire no es un elemento.
4.- Describa las cosas que suceden en la calcinación de un metal, y explíquelo desde las concepciones de Stahl y de Lavoisier ¿Cuál sería la interpretación actual de este proceso?
La calcinación de un metal es su oxidación acelerada por el calor. Para Stahl, en la calcinación el metal perdía el flogisto. Esto traía consigo un problema. El óxido pesa más que el metal, por lo que el flogisto tendría peso negativo.
Para Lavoisier, la calcinación era la oxidación, la fijación del oxígeno en el metal. Esto explicaba la ganancia de peso.
5.- ¿Cuál es la postura de Lavoisier respecto de la idea de elemento químico?
El elemento era el final de un proceso de análisis (separación) químico: cunado una sustancia no se podía separar en otros componentes, se llegaba la elemento químico.
6.- Comente el texto.
XXX
1.- Explique cuál es el mecanismo de la selección natural en la teoría de la evolución de Darwin. ¿Qué tenía que ver con esto la biogeografía?
Los individuos de las especies no son exactamente iguales, presentan pequeñas diferencias. Por eso, ante un cambio en las condiciones ambientales unos tendrán mayor posibilidades de sobrevivir y por tanto de criar más hijos, estos a su vez mantienen y multiplican esa ventaja, por eso un porcentaje creciente de esa población tendrá esa ventaja, la especie se trasformará de esa forma, o si hay una separación de esa población respecto del resto de la especie se producirá una divergencia. Si ese proceso continúa, la población que ha evolucionado puede pasar a no ser interfértil con el resto. Aparecerá entonces una nueva especie.
La geografía puede poner en algunos casos restricciones al entrecruzamiento de poblaciones, por ejemplo, la población de una especie situada en una isla evolucionará de forma diferente que el resto de la especie. Típicamente eso ha pasado en Australia, Nueva Zelanda… el aislamiento geográfico y (por ejemplo) la ausencia de un depredador hace que se mantengan formas antiguas como los marsupiales.
Darwin observó estos efectos en las Galápagos, donde vio que había variaciones de las especies en las distintas islas y al desplazarse por la costa este de Sudamérica, donde vio que unas especies eran reemplazadas por otras al desplazarse de norte a sur. La transición era gradual, mostrando que el ajuste nunca es perfecto (acabado, consumado) sino que está en un equilibrio dinámico.
2.- ¿Cómo influyo la obra de Malthus en la concepción de la teoría de la evolución?.
Malthus mostró Darwin (y a Wallace) cuál era el mecanismo de la evolución. Todas las especies tienen un potencial reproductivo alto, por lo que tienden naturalmente a agotar los recursos alimenticios correspondientes. Se establece por esta razón una competición por estos. De esta competición son eliminados los individuos menos adaptados. Esta menor adaptación es siempre relativa a las circunstancias correspondientes.
Como se ve, se trataba de proponer un mecanismo que eliminara la causa final, la teleología que permeó el pensamiento biológico desde Aristóteles.
3.- Explica las ideas geológicas de Lyell y su influencia en la formulación de la teoría de la evolución de Darwin.
Las ideas neptunistas de Werner y Cuvier fueron bien aceptadas en Inglaterra (porque conciliaban mejor la teología con la geología), sin embargo las investigaciones en las rocas primarias (silúricas) hicieron patente que éstas se habían formado por solidificación de rocas fundidas, lo que proporciona argumentos a la teoría vulcanista de Hutton. Otro de los problemas del neptunismo es explicar los plegamientos de los estratos y el relieve (altura de las montañas).
El estudio de los estratos y su clasificación pasa a estar basado en los fósiles que se encuentran en ellos. Nace la paleontología estratigráfica. Esto es clave porque se encuentran cada vez mayor cantidad de especies intermedias desaparecidas. Además, hay una correlación entre la antigüedad del estrato y la simplicidad de los animales encontrados en ellos. Esa decir, la escala lineal de los seres y la progresión temporal encuentran un punto de apoyo. La explicación solo es posible desde el transformismo.
Lyell cambia el panorama neptunista, retomando y aplicando las ideas de Hutton. En su trabajo de campo por toda Europa recoge cantidad de pruebas de las tesis de Hutton. Parte de los supuestos uniformistas: mismas fuerzas en el pasado que el presente, operando durante períodos largos. En vez de partir de un océano primitivo y argumentar hacia delante, argumentará hacia atrás en el tiempo, partiendo de las fuerzas geológicas actuales (uniformismo). La clave está en proponer períodos de tiempo muy largos, de millones de años. En los años cuarenta, la vinculación de registro folsil y edad de los estratos estaba ya bien asentada: mamíferos en estratos terciarios, reptiles en secundarios… hasta rocas volcánicas, sin fósiles.
Darwin confiesa en su autobiografía que el estudio de la geología de Lyell le condujo al evolucionismo. De hecho, leyó el libro de Lyell cuando embarcó en el Beagle hacia América y las Galápagos. La clave estaba en explicar qué es lo que hace que las especies cambien, el mecanismo que las lleva a evolucionar en un sentido determinado (aumento de la complejidad). Este mecanismo biológico se lo sugiere la obra de Malthus.
Lyell aceptará las teorías evolucionistas de Hutton hasta el punto de aceptar el evolucionismo darviniano cuando se publique El origen de las especies en 1859. Sin embargo, trata de refutar a Lamarck, ya que su uniformismo le lleva a negar la direccionalidad en el mundo orgánico, la direccionalidad de las especies animales, el desarrollo progresivo. Su idea es la de equilibrio dinámico, cambio continuo pero no direccional. La variación es limitada, debida a la adaptación a las distintas circunstancias, que también cambian.
4.- Caracterice el neolamarckismo. ¿Puede mencionar otros mecanismos alternativos al propuesto por Darwin?
La selección natural como único mecanismo de cambio de las especies que propone el darwinismo encuentra algunos problemas. En particular, el darwinismo se dogmatizó excluyendo el cambio por influencia ambiental. Surgen diversas teorías alternativas:
Neolamarckismo: Esta basado en las ideas básicas de Lamarck (influencia del medio y la transmisión de caracteres adquiridos) adaptadas a los descubrimientos evolucionistas del s. XIX.
Frente a las teorías de la herencia dura o “blindada”, proponían una herencia blanda, influida por el ambiente y el mayor o menor uso de los órganos a consecuencias de los cambios ambientales. Por ejemplo, las plantas se adaptarían a la mayor sequedad o humedad del ambiente.
En particular, consideraban que los propios organismos tenían un papel activo en la adaptación a los cambios del medio, frente a la idea de selección natural, en la que tiene un papel meramente pasivo: los individuos mejor adaptados tienen más hijos, simplemente.
Para los neolamarckianos los caracteres adquiridos como consecuencia del desarrollo del individuo y de su capacidad de adaptabilidad al medio eran posibles por su incorporación en la edad adulta al plasma germinal, especie de célula madre en la que se depositaban los caracteres hereditarios. El neolamarckismo encontraba, por tanto, posibles puntos de contacto con la ortogénesis en su combate contra el darwinismo.
El problema del lamackismo es que sus explicaciones sobre la transmisión de caracteres y evolución no son mejores que las del darwinismo, que no tienen cuenta esa tendencia de la vida a progresar. Este hecho motivaría su abandono.
Ortogénesis: Que propone que la evolución está guiada por una fuerza interior de los seres vivos que se despliega en una creciente complejidad.
La ortogénesis compartía con el neolamarckismo la teoría de la recapitulación (el desarrollo del embrión muestra el desarrollo de la especie), pero excluía la influencia del medio ambiente (que el neolamarckismo incorpora a través del uso-herencia explicativo de los caracteres adquiridos).
La ortogénesis es una teoría que propone una evolución lineal no adaptativa. La variación de las especies era debida a la existencia de una predisposición interna del organismo en sentido unidireccional, al postular que la naturaleza del organismo debía predisponerle a variar exclusivamente en una dirección determinada sin la intervención del medio ambiente. En algunos casos se proponía que las especies internalizaban un plan divino.
Para los ortogenistas cada una de las especies se regía por un patrón regular de desarrollo, por lo que la transmisión de caracteres podría llevar también a la decadencia, cuando el aumento de complejidad resulta excesivo. La desaparición de una especie venía explicada por la senilidad de la misma, debido a un exceso de complejidad.
La argumentación de la ortogénesis respondía a un movimiento de más amplio alcance que engarzaba con la percepción de determinados círculos ilustrados europeos sobre la decadencia de la civilización occidental, que tras la hecatombe de la primera guerra mundial se abrió paso en amplios círculos de la opinión ilustrada. El éxito de La Decadencia de Occidente de Spengler es una clara manifestación de esta percepción.
La teoría de la mutación de Hugo de Vries, que propone que la evolución sucede a saltos, por mutaciones. Experimentando con una planta un tanto extraña obtuvo por cruce tres especies distintas, por lo que propuso que las especies podían aparecer de golpe, en vez de por acumulación sucesiva de pequeñas variaciones, como propone del darwinismo.
Esto podría explicar que no quedaran el registro fósil las especie intermedias, simplemente no existían. La linealidad de la escala evolutiva era la consecuencia de la acumulación de mutaciones adaptativas. Las mutaciones no adaptativas desaparecen.
5.- Explique cual fue la oposición inicial entre genética mendeliana y teoría evolutiva, y cual fue su síntesis final.
En principio, las leyes de la transmisión hereditaria de los caracteres del individuo parecen desmentir la posibilidad de surgimiento de nuevas especies, porque muestran que las características de los hijos están en los progenitores. También parece refutar las teorías de Lamarck, según las cuales los padres trasmiten los caracteres adquiridos a los hijos.
Se hicieron experimentos al respecto, pero resultaron infructuosos. Por ejemplo, Galton mostró que los caracteres de los individuos de una especie siguen una distribución normal; por ejemplo en el caso de la altura de las personas. Hay además una regresión a la media: los hijos de padre asaltos son más altos que la media, pero menos que los padres… Esto parece llevar a la estabilidad de las especies.
Mendel fue redescubierto en 1900. Se empieza a estudiar la distribución y desarrollo de genes en las poblaciones con métodos estadísticos y se llega a la conclusión de que un gen que introdujese cierta ventaja adaptativa se distribuiría muy rápidamente, aunque esta fuera pequeña.
De esta forma acaban siendo compatibles la evolución por pequeños cambios graduales frente a la evolución por grandes cambios mutacionales de De Vries. Caso de las mariposas negras-grises.
La genética de poblaciones se fusionó posteriormente con el darwinismo en la “teoría sintética”, que explica así la especiación:
En los organismos de producen mutaciones y cambios de su dotación cromosómica, que son la fuente de la variabilidad
Los cambios se producen con una frecuencia determinada y pasan al acerbo genético de la población
La deriva genética y la selección natural actúa teniendo en cuenta la separación de poblaciones y las barreras geográficas, produciendo la diversidad en las especies.
La diversidad queda fijada por aislamiento geográfico y por el sexual, dando lugar a nuevas especies.
II. Comente el texto, en el tiempo que le reste tras responder a las preguntas.
El texto es un ejemplo de cómo funciona la selección natural.
1.- ¿Que se entendía por la Gran Cadena del ser? Relacione esta idea con el concepto de especie que tenían los historiadores naturales de la época.
Está en 2007. Septiembre. Reserva. 1PP
2.- Caracterice las teorías sobre la generación que se sostuvieron a lo largo del siglo 18. Describa el descubrimiento de la partenogénesis de los pulgones y la regeneración de las hidras o “pólipos de agua dulce”, y exponga los problemas que esto planteo a dichas teorías.
La concepción tradicional más extendida sobre la generación era la epigénesis, procedente de Aristóteles. Según ella, en la generación se producen novedades inexistentes en los padres. Frente a ella, está el preformacionismo, según la cual en el huevo ya existen las estructuras del animal adulto, la generación es solo engorde, aumento en cantidad.
El epigenismo aristotélico o mecánico (Descartes) no ofrecía buenas explicaciones, por lo que los descubrimientos microscópicos inclinaron la balanza hacia el preformacionismo, más “piadoso”: en las gónadas preexistirían todos los organismos vivos desde el principio de la creación.
El estudio de los embriones hará surgir nuevos conceptos y teorías. La embriología moderna nace con la obra de Harvey “De la generación de los animales” (1651), que propone que todos los animales proceden de huevos.
En 1677, van Leuwenhoek descubre los espermatozoides de los machos. A partir de ahí se reconsideran las funciones de huevos y espermatozoides y se inician dos escuelas de preformacionismo: materno (ovista) y paterno (animaculista), hasta final del s. XIX no se comprobaría la fusión de óvulos y espermatozoides.
A principios de siglo XVIII, el preformacionismo era dominante; además triunfó el ovista frente al animaculista.
En lo años cuarenta se descubrió la partenogénesis (del griego: parthenos (virgen) y génesis (generación)). Se trata de una forma de reproducción basada en el desarrollo de células sexuales femeninas no fecundadas. Fue descubierta por Charles Bonnet. Puede interpretarse tanto como reproducción asexual o como sexual monogamética, puesto que interviene en ella una célula sexual o gameto. Consiste en la segmentación del óvulo sin fecundar, puesta en marcha por factores ambientales, químicos, descargas eléctricas, etc. Bonnet descubrió la de los pulgones.
También se estudió la regeneración de las partes de algunos animales. Como se reproducción por gemación se las consideró plantas, pero después se vio que se movían y comían presas, por lo que se vio que eran animales. Los experimentos con ellos fueron sorprendentes: se les podía dar la vuelta Si se les partía en trozos cada parte se convertía en un nuevo animal. Por ellos parecía como si los gérmenes preformadores estuvieran por todo el cuerpo, no solo en los óvulos.
A mediados de siglo resurgió la teoría epigenética. Maupertius extiende el modelo químico del mundo con sus afinidades y sus relaciones de aversión y atracción entre los elementos.
3.- ¿Qué tipo de estudios sobre la herencia se llevaron a cabo en la época?
¿? No podría decir. Pero estarán relacionados con el preformacionismo y las teorías sobre óvulos y espermatozoides del ovismo y animaculismo.
4.- Relacione la filosofía de la naturaleza en Alemania (Naturphilosophie) con la idea de arquetipo, y explique la teoría del francés Geoffroy St. Hilaire sobre el mismo.
El romanticismo alemán influyó sobre la biología, es decir sobre las ciencias del mundo orgánico. Se consideraba que en él se unían el espíritu y la materia, superando el dualismo cartesiano.
Esta influencia se dejó sentir sobre todo en la morfología y en la embriología. En la morfología se propone la existencia de formas arquetípicas. El concepto de homología (no con ese nombre) fue propuesto primero por Goethe, que propuso, por ejemplo, que todos los huesos son modificaciones de un prototipo: la vértebra.
En la embriología se introduce la idea de un desarrollo sucesivo, que es una tendencia de la naturaleza que culmina en el hombre. Ambas están relacionadas: las etapas del desarrollo del organismo son análogas a las del desarrollo de la especie. Esto se llamaría “ley de recapitulación embriológica”.
La idea de un arquetipo de las formas vivas fue propuesta también por St. Hillaire, quien propone que la naturaleza forma todas las criaturas sobre la base de una estructura simple: los órganos son homólogos (misma estructura, distinta función: mano-pezuña); frente a análogos (alas aves e insectos) en muchos animales, aunque con grado distinto de desarrollo. Probablemente inspirado en las ideas de Buffon.
En su Filosofía Anatómica (181 investiga las partes homólogas de diversos animales y concluye que todos los animales están formados por el mismo número de partes (unidades de construcción): el plan es único para todas las estructuras: existe un arquetipo.
Hilaire se enfrenta al problema del origen de las diversas formas que explica mediante la ley de compensación: la atrofia de unas partes beneficia el desarrollo de otras. Suponiendo además que el medio físico (Lamarck) había conducido a dicha diferenciación.
5.- Matice las posiciones de S. Hilaire, Lamarck, y Cuvier respecto del origen de las variedades en las formas estructurales de los animales.
Mirar 2007. Septiembre. Reserva. 1PP
II Comente el texto
XXX
2007. Junio. Segunda Semana. Plan Nuevo.
1.- ¿En que se distinguía la teoría “Atómica” química del siglo XIX de la química atomística que formuló Newton? (en otras palabras, ¿en que se distinguía el atomismo “químico” del físico”?
Básicamente en que hay un átomo distinto para cada elemento, en vez de un solo tipo de átomos. El atomismo físico propone que hay un solo tipo de átomos. Los distintos elementos son combinaciones distintas del mismo tipo de átomos.
Es la propuesta de Dalton que lleva a asignar un tipo de átomos a los elementos de Lavoisier, que son unidades mínimas de combinación.
La vieja teoría atómica fue modificada por Dalton al observar la atmósfera. Llegó a la conclusión de que los átomos de los distintos elementos que la componen se repelen entre sí, pero no con los de los demás elementos. Con ello formuló la ley de las presiones parciales (cada gas es un vacío para los demás gases) y la ley de las proporciones múltiples y elaborando la primera tabla de pesos relativos al hidrógeno.
2.- ¿De qué modo imagino Maxwell que un cuerpo caliente podría tomar calor de otro mas frió sin que se realizase un trabajo externo sobre el sistema? (Ayuda: acuérdese del diablillo)
De la Wikipedia.
Según la Segunda Ley de la Termodinámica no es posible que se pueda transmitir calor de un cuerpo frío a otro cuerpo caliente: “En un sistema aislado la entropía nunca decrece”.
En la primera formulación el demonio de Maxwell sería una criatura capaz de actuar a nivel molecular seleccionando moléculas calientes y moléculas frías separándolas. Partimos inicialmente de la premisa de que el demonio es capaz de diferenciar entre moléculas de gas a diferente temperatura, y separarlas en función de dicho factor.
El diseño sería el siguiente: Imaginemos un gas contenido en un recipiente ideal en el que tenemos una pared intermedia que separa el recipiente en dos mitades, unida a un émbolo que sale del recipiente; y dotada de una “puerta” controlada por nuestro demonio.
El demonio se pondrá a trabajar, separando las moléculas más rápidas (por el simple método de abrir selectivamente la puerta a las moléculas más rápidas para que pasen al otro lado del recipiente) los dos gases; “violando” la segunda ley de la termodinámica -ha habido disminución de la entropía del sistema-.
Resolución de la paradoja
Leo Szilard resolvió en 1929 la paradoja de Maxwell al formular los aspectos relativos a la información y energía necesaria para la interacción entre el demonio y el sistema. Szilard se percató de que nuestro “Demonio” no es un trabajador desinteresado. El mero hecho de poder distinguir entre A y B requiere de un aporte de energía y de una interacción con el sistema. La energía invertida en “capacidad de decisión” es la que se utiliza para separar ambos gases. En otras palabras, la Segunda ley de la termodinámica no puede violarse por sistemas microscópicos con información.
La paradoja de Maxwell ha dado lugar a una amplia investigación en los aspectos fundamentales de la termodinámica y la teoría de la información.
Léon Brillouin, inspirado en el trabajo de Szilard enunció el teorema por el cual se relaciona la información con la entropía negativa. Enunciado sencillamente este teorema dice que toda medida, adquisición de información, requiere del gasto energético.
En el emergente campo de la nanotecnología también se estudian mecanismos capaces de disminuir localmente la entropía y de comportarse en cierta forma como un demonio de Maxwell. En todos los casos la Segunda ley de la termodinámica se preserva si se tiene en cuenta la energía utilizada en la adquisición y utilización de la información.
3.- ¿Qué significaba la anterior discusión de Maxwell en relación al status de la segunda ley de la termodinámica? (De paso, enuncie esa ley)
Significa que, para Maxwell, no era una ley esencial de la mecánica, sino que era una consecuencia estadística de la ley de los grandes números.
La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que “La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo”. Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
La segunda ley de la termodinámica ha sido expresada de muchas maneras diferentes. Sucintamente, se puede expresar así:
• Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura. Enunciado de Clausius.
• Es imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de energía en forma de calor procedente de un foco térmico (o reservorio o depósito) y la conversión de toda ésta energía en forma de calor en trabajo. Enunciado de Kelvin-Planck.
Una interpretación común pero incorrecta: es que la segunda ley indica que la entropía de un sistema jamás decrece. Realmente, indica sólo una tendencia, esto es, sólo indica que es extremadamente improbable que la entropía de un sistema cerrado decrezca en un instante dado.
4.- Explique que es la “entropía”.
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo en un sistema. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural.
También se dice que es el grado de desorganización de un sistema.
El universo tiende a distribuir la energía uniformemente, es decir, maximizar la entropía. Si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que eventualmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, logrando al final una temperatura uniforme. Sin embargo, el proceso inverso, un trozo calentándose y el otro enfriándose es muy improbable a pesar de conservar la energía.
La entropía puede interpretarse como una medida de la distribución aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropía. Puesto que un sistema en una situación improbable tendrá una tendencia natural a deslizarse a un estado más probable (similar a una distribución al azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor probabilidad.
La entropía puede considerarse como el grado de desorden de un sistema, es decir, cuán homogéneo está el sistema. Por ejemplo, si tenemos dos gases diferentes en un recipiente separados por una pared (a igual presión y temperatura) tendremos un sistema de menor entropía que al retirar la pared, donde los dos gases se mezclarán de forma uniforme, consiguiendo dentro del recipiente una mayor homogeneidad que antes de retirar la pared y un aumento de la entropía.
5.- Distinga entre procesos reversibles e irreversibles. ¿Por qué el incremento irreversible de la entropía no se podía derivar de las leyes de la mecánica?
La entropía global del sistema es la entropía del sistema considerado más la entropía del entorno.
En los procesos reversibles, la variación de la entropía (ΔS) global es cero, pues el calor que el sistema absorbe o desprende es igual al trabajo realizado. Pero esto es una situación ideal, ya que para que esto ocurra los procesos han de ser extraordinariamente lentos y esta circunstancia no se da en la naturaleza.
Por ejemplo, en la expansión isotérmica (proceso isotérmico) de un gas, considerando el proceso como reversible, todo el calor absorbido del medio se transforma en trabajo y Q=W. Pero en la práctica real el trabajo es menor ya que hay pérdidas por rozamientos, por lo tanto, los procesos son irreversibles.
Para llevar al sistema, de nuevo, a su estado original hay que aplicarle un trabajo mayor que el producido por el gas, dando como resultado una transferencia de calor hacia el entorno, con un aumento de la entropía global.
Como los procesos reales son siempre irreversibles, siempre aumentará la entropía. Así como “la energía no puede crearse ni destruirse”, la entropía puede crearse pero no destruirse. Podemos decir entonces que “como el Universo es un sistema aislado, su entropía crece constantemente con el tiempo”. Esto marca un sentido a la evolución del mundo físico, que llamamos “Principio de evolución”.
Cuando la entropía sea máxima en el universo, esto es, exista un equilibrio entre todas las temperaturas y presiones, llegará la muerte térmica del Universo (enunciado por Clausius). Toda la energía se encontrará en forma de calor y no podrán darse transformaciones energéticas.
No se puede derivar de las leyes de la mecánica porque cabe pensar en el estado S1 si todas las partículas cambiaran la dirección de su velocidad a la opuesta se reproducirían los estados anteriores, pero no, porque la entropía seguiría actuando haciendo imposible que el sistema se remontara a los estados anteriores.
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