El Mètode Científic, l'Univers i l'Evolució de la Vida

El Mètode Científic

1. Observació: Identificar algun fenomen o problema a resoldre.
2. Hipòtesi: Elaborar una explicació provisional.
3. Predicció: Decidir alguna conseqüència observable a partir de la hipòtesi.
4. Comprovació: Realitzar experiments o observacions per verificar la predicció.

Si la comprovació confirma la predicció, la hipòtesi és validada (provisionalment). Si no la confirma, cal rebutjar o modificar la hipòtesi i buscar-ne una altra.

L'Univers: Composició i Estructura

L'univers és un vast espai que conté milions de cossos observables i la matèria fosca.

• Univers observable (aprox. 10%): Inclou galàxies, estels, planetes, etc. La seva composició elemental és aproximadament 75% hidrogen, 20% heli i 5% resta d'elements.
• Matèria fosca (aprox. 90%): Tipus de matèria que no emet ni interactua amb la radiació electromagnètica de manera significativa, per la qual cosa no es pot detectar directament.

Com està organitzat l'univers?

L'estructura a gran escala segueix una jerarquia: Cúmuls de galàxies -> Galàxies (com la Via Làctia) -> Sistemes estel·lars (com el Sistema Solar amb el Sol) -> Planetes.

Any llum: És la distància que recorre la llum en el buit durant un any (aproximadament 9,46 × 10¹² km).

Velocitat del so: Varia segons el medi; a l'aire a nivell del mar és d'uns 343 m/s.

L'univers en moviment (Gravetat)

La força de la gravetat governa el moviment dels cossos celestes. L'atracció gravitatòria entre dos cossos és directament proporcional al producte de les seves masses i inversament proporcional al quadrat de la distància que els separa.

Del Big Bang al Big Rip

La teoria del Big Bang (ocorregut fa uns 13.700 milions d'anys) és el model cosmològic predominant sobre l'origen i evolució de l'univers. Aquesta idea va sorgir en part gràcies al descobriment que les galàxies s'allunyen les unes de les altres.

Efecte Doppler: Aplicat a la llum (desplaçament cap al roig), va permetre constatar l'expansió de l'univers. En el Big Bang es van originar l'espaitemps, la matèria i l'energia, així com les quatre forces fonamentals de la natura (gravetat, electromagnètica, nuclear forta i nuclear feble).

Origen dels Elements

L'hidrogen i l'heli es van formar poc després del Big Bang. La resta d'elements químics s'han sintetitzat principalment a l'interior dels estels (nucleosíntesi estel·lar). Els elements més pesants que el ferro es formen majoritàriament durant el col·lapse gravitatori i explosió d'estels massius (supernoves).

Origen del Sistema Solar (fa ~4.500 milions d'anys)

El nostre Sistema Solar es va formar a partir del col·lapse gravitatori d'un gran núvol molecular.

Components del Sistema Solar

• Sol: L'estrella central, que concentra aproximadament el 99,86% de la massa total del sistema.
• Planetes: 8 planetes (Mercuri, Venus, Terra, Mart, Júpiter, Saturn, Urà, Neptú).
• Satèl·lits naturals: Més de 200 llunes conegudes orbitant planetes i planetes nans.
• Asteroides: Milers de cossos rocosos, principalment al cinturó d'asteroides entre Mart i Júpiter.
• Cometes: Cossos glaçats provinents majoritàriament del Cinturó de Kuiper i el Núvol d'Oort (milers de milions).

La Vida: Origen, Components i Evolució

Components dels Éssers Vius

Els éssers vius estan formats principalment per uns 20 elements químics anomenats bioelements.

• Bioelements principals: Els més abundants són Carboni (C), Hidrogen (H), Oxigen (O), Nitrogen (N), Fòsfor (P) i Sofre (S).
• Oligoelements: Necessaris en quantitats molt petites però imprescindibles per a la vida (ex: ferro, zinc, iode).

El carboni és l'element essencial per formar les molècules orgàniques complexes. Segons la font de carboni que utilitzen, els organismes es classifiquen en:

1. Autòtrofs: Obtenen el carboni de fonts inorgàniques (com el CO₂ atmosfèric). Ex: plantes.
2. Heteròtrofs: Obtenen el carboni a partir de matèria orgànica produïda per altres organismes. Ex: animals, fongs.

Els éssers vius es distingeixen de la matèria inert per la seva capacitat de realitzar les funcions vitals:

• Nutrició: Obtenció de matèria i energia del medi.
• Relació: Captació d'informació del medi (intern i extern) i elaboració de respostes.
• Reproducció: Generació de nous individus semblants als progenitors.

Tradicionalment, els éssers vius s'han classificat en 5 Regnes: Moneres (bacteris), Protoctists (protozous, algues), Fongs, Vegetal (plantes) i Animal.

Origen de la Vida (fa ~4.000 milions d'anys)

Fites clau en la història de la vida a la Terra:

• Fa ~3.800 milions d'anys (m.a.): Aparició de les primeres cèl·lules (procariotes).
• Fa ~3.000 m.a.: Aparició dels cianobacteris, que realitzen la fotosíntesi oxigènica.
• Fa ~2.000 m.a.: Aparició de les primeres cèl·lules eucariotes.
• Fa ~1.000 m.a.: Aparició dels primers organismes pluricel·lulars.
• Fa ~0,2 m.a. (200.000 anys): Aparició de la nostra espècie, Homo sapiens.

L'Evolució i les Seves Proves

L'evolució biològica és el procés de canvi en els trets heretables de les poblacions biològiques al llarg de generacions successives. Històricament, hi ha hagut dues visions contraposades:

1. Creacionisme i Fixisme: Defensaven que les espècies van ser creades tal com són actualment i no canvien (són immutables).
2. Teories de l'Evolució: Proposen que les espècies canvien al llarg del temps i que les espècies actuals provenen d'avantpassats comuns.

Les principals proves de l'evolució són:

• Proves paleontològiques: L'estudi dels fòssils revela formes de vida passades i canvis graduals en els llinatges.
• Proves biològiques: Inclouen l'anatomia comparada (òrgans homòlegs i anàlegs), l'embriologia comparada (semblances en el desenvolupament embrionari) i la biogeografia (distribució geogràfica de les espècies).
• Proves moleculars: Comparació de seqüències d'ADN i proteïnes entre diferents espècies, que mostren el grau de parentiu evolutiu.

Teories de l'Evolució

Les primeres teories científiques sobre l'evolució van sorgir al segle XIX:

• Lamarckisme (Jean-Baptiste Lamarck): Proposava una tendència inherent dels organismes cap a la complexitat i l'adaptació al medi a través de l'ús i desús dels òrgans ("la funció crea l'òrgan"), amb l'herència dels caràcters adquirits.
• Darwinisme (Charles Darwin i Alfred Russel Wallace): Es basa en dos pilars fonamentals: l'existència de variabilitat hereditària dins les poblacions i el mecanisme de la selecció natural, pel qual els individus amb trets més favorables per a un determinat ambient tenen més probabilitats de sobreviure i reproduir-se, transmetent aquests trets a la descendència.

Extincions i Registre Fòssil

La història de la vida a la Terra ha estat marcada per períodes d'extinció. S'han identificat almenys cinc extincions massives, causades per factors com canvis climàtics dràstics, activitat volcànica intensa o impactes d'asteroides.

Les principals eres geològiques que divideixen la història de la Terra són: Precambrià (que abasta la major part del temps), Paleozoic, Mesozoic i Cenozoic.

Els fòssils són restes conservades d'organismes (ossos, closques, fulles) o senyals de la seva activitat (petjades, excrements fossilitzats) que van viure en el passat.

Evolució Humana

La classificació taxonòmica de l'ésser humà és:

• Regne: Animal
• Fílum: Cordats (Subfílum: Vertebrats)
• Classe: Mamífers
• Ordre: Primats
• Família: Homínids
• Gènere: Homo
• Espècie: Homo sapiens

Australopithecus: Gènere extint d'homínids que va viure a l'Àfrica entre fa aproximadament 4,2 i 1,2 milions d'anys. Se n'han descobert diverses espècies i es consideren avantpassats o parents propers del gènere Homo.