Origen y evolución de la Tierra.

 Universidad de Puerto Rico

Recinto Universitario de Río Piedras

Facultad de Estudios Generales

Departamento de Ciencias Físicas

Título:                        Origen y evolución de la Tierra

Codificación:                CIFI 3026

No. de horas créditos: Tres (3) (Tres (3) horas semanales de clase y dos (2) horas semanales de laboratorio)

Prerrequisito:                 Ninguno

Descripción

Este curso, en coordinación con el curso Orígenes y evolución de la vida en la Tierra del Departamento de Ciencias Biológicas, es una alternativa en Ciencias Físicas para cumplir con el requisito de Ciencias Naturales del componente de Educación General. Se discutirá la evolución, desde un enfoque epistemológico, en el contexto de las transformaciones del Universo, de nuestro sistema solar y de la Tierra, hasta la aparición de las moléculas autorreplicables. Mediante el estudio de los procesos evolutivos cosmológicos, terrestres y moleculares el estudiante comprenderá aspectos, tales como: la organización de la materia, la interacción de sistemas y la continuidad de procesos de cambio. Se fomentará el aprecio a la diversidad en los niveles de organización de la naturaleza. Los procesos que forman parte del estudio de la evolución de la vida y los orígenes del ser humano se estudiarán utilizando un enfoque multi e interdisciplinario. El curso incluye experiencias de laboratorio.

Objetivos generales

Al finalizar el curso los estudiantes:

1. Reconocerán el concepto evolución dentro de las explicaciones de la física, la química y la biología.
2. Justificarán la evidencia observable y reproducible en las teorías científicas relacionadas a la cosmología, las placas tectónicas y la evolución molecular.
3. Reconocerán la relación de los principios físicos, químicos y biológicos con la evolución de nuestro planeta y el Universo.
4. Conocerán la estructura del Universo y su evolución en el contexto de la teoría del “Big Bang”.
5. Conocerán la estructura interior del planeta Tierra y su evolución.
6. Conocerán la organización de la estructura de las moléculas y su evolución.
7. Describirán la evidencia física, química y geológica para la evolución del Universo, la Tierra y las moléculas.
8. Reconocerán la importancia del concepto evolución aplicado a la cosmología y a la formación de los elementos químicos.
9. Reconocerán la importancia de los datos que no pueden ser explicados a la luz de las teorías vigentes.
10. Valorizarán la contribución de la teoría de placas tectónicas a la teoría de evolución de Darwin.
11. Reconocerán la importancia de los conceptos relativos a propiedades emergentes de la materia, a la relación estructura-función y al contexto ambiental de su evolución.
12. Reconocerán la importancia de las características de autorreplicación y evolución molecular como esenciales al concepto vida.
13. Contribuirán de forma efectiva a la inclusión de compañeros estudiantes con impedimentos en el salón de clase.
14. Al trabajar en equipo, harán los acomodos necesarios para incluir compañeros estudiantes con impedimentos.

Bosquejo de contenido y distribución aproximada del tiempo

1. La naturaleza de la ciencia y                                                3 horas

la estructura del conocimiento científico

1. Enfoque cosmológico

1. Cosmología y Teoría del “Big Bang”                                         4 horas

1. El origen de nuestro universo: explicaciones científicas y filosóficas

1. El concepto de un Universo dinámico que cambia con el tiempo
2. La idea de justificar las teorías científicas con evidencia observable y reproducible
3. El concepto de “evolución” del universo

1. Evolución de estrellas y formación de planetas                                5 horas

1. El concepto de evolución en la física
2. La idea de múltiples generaciones de estrellas
3. Formación de los elementos necesarios para la vida dentro de las estrellas (“Somos hijos de las estrellas”)
4. Formación de planetas
5. La zona habitable de una estrella

1. Las condiciones físicas necesarias para el origen                                5 horas

químico de la vida en la Tierra

1. Condiciones de interacciones entre partículas fundamentales
2. Condiciones de tiempo necesario para la evolución biológica
3. Condiciones gravitacionales
4. Condiciones químicas para la formación de planetas sólidos
5. Condiciones para una química orgánica versátil
6. El principio antrópico y el rol de la vida en determinar la física del universo

1. Enfoque geológico

1. Modelo geológico del planeta Tierra                                         3 horas

1. Hipótesis sobre el origen de la corteza terrestre y la atmósfera
2. Construcción del modelo geológico a base de la sismología

1. contribución del modelo a la ciencia
2. contribución del modelo a la sociedad

1. Componentes principales de la corteza terrestre: Elementos, rocas y minerales

1. importancia de los componentes para la sociedad

1. Procesos geológicos y la construcción del tiempo geológico                6 horas

1. Procesos geológicos

1. Algunos ejemplos son: cambios del planeta por gravedad, ciclo hidrológico, deformación, meteorización, erosión y sedimentación

1. Principios de sedimentación y estratigrafía
2. El tiempo geológico y tiempo histórico

1. Evolución de la corteza de la Tierra                                         5 horas

1. Trasfondo histórico sobre la visión antropogénica de la Tierra (teoría de contracción, teoría de permanencia y la teoría de deriva continental)
2. El descubrimiento de la batimetría y la teoría de placas tectónicas
3. Reconstrucción de la evolución tectónica del planeta: de Pangea, Laurasia y Gondwana al arreglo actual de los continentes
4. El concepto de evolución de la corteza terrestre y oceánica (Tipos de márgenes de placas y su relación con la actividad volcánica y sísmica)
5. Contribución de la teoría de placas tectónicas a la teoría de evolución de Darwin

1. Enfoque químico molecular

1. El origen de la vida en el planeta Tierra                                        5 horas

1. Principios generales

1. Leyes de termodinámica.  organización de la materia y propiedades emergentes. Principio de reversibilidad microscópica. Transducción de energía.  Principio de continuidad

1. Condiciones físicas

1. temperatura, presión, materia, fuentes de energía

1. Procesos físico-químicos

1. reacciones químicas y gradientes de energía, catálisis, ciclos de reacciones, conservación y transferencia de información, separación de fases y compartamentación de la materia

1. Condición de posibilidad, propiedades de la materia “viva” y su efecto en el planeta.

1. El camino hacia la complejidad molecular                                7 horas

1. Formación de moléculas prebióticas
2. Propiedades generales de las biomoléculas principales (Tipos de moléculas, organización modular de la materia, relación estructura/función)
3. Evolución de las moléculas prebióticas: la teoría del mundo del ARN (Organización, autocatálisis y ciclos metabólicos, surgimiento del ARN y polimerización)
4. Producción de péptidos catalíticos, membranas, protoribosomas, autoreplicación, proteínas y ADN
5. Codificación, modificación y transmisión de información

1. Desarrollo histórico-social de las explicaciones del origen de la vida        2 horas

1. Visión materialista: la tesis de la generación espontánea, trabajos iniciáticos de Oparin y Miller; enfoques estadísticos y enfoques mecanicistas.
2. Visión contemporánea de la evolución molecular

Laboratorios sugeridos         30 horas

1. Laboratorio cosmología #1: Película “Cosmic Voyage”
2. Laboratorio cosmología #2: Construcción gráfica de Ley de Hubble
3. Laboratorio cosmología #3: Película “Supermassive Black Holes”
4. Laboratorio cosmología #4: COSMOS: “The Lives of the Stars”
5. Laboratorio cosmología #5: Clasificación de espectros estelares
6. Laboratorio de geología #1: Sismología, terremotos e isostasia
7. Laboratorio de geología #2: Descripción de la materia
8. Laboratorio de geología #3: Cambios de la corteza terrestre
9. Laboratorio de geología #4: Tipos de fósiles y su formación
10. Laboratorio de geología #5: Correlaciones estratigráficas
11. Laboratorio bioquímica #1: Reacciones químicas
12. Laboratorio bioquímica #2: Catálisis enzimática
13. Laboratorio bioquímica #3: Separación de fases, electroforesis
14. Laboratorio bioquímica #4: Simulaciones en evolución de catálisis
15. Laboratorio bioquímica #5: Autoreplicación y el código genético

Estrategias instruccionales

El curso utilizará los periodos disponibles para tres (3) horas semanales de clase y dos (2) horas semanales de laboratorio. Las estrategias instruccionales a utilizarse en el período de clase incluyen la discusión de temas utilizando el método socrático, ejercicios de clase en grupos pequeños y la discusión de lecturas y trabajos asignados.  Los periodos de laboratorio consistirán de la ejecución de experimentos; de los cuales el estudiante deberá entregar un informe de laboratorio.

...