Como se estudian las ciencias de la vida

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Sin importar las muchas técnicas, herramientas y métodos usados en la investigación, todas las investigaciones científicas se basan en la observación y experimentación. En ambos, los científicos son guiados por el método científico, una de las herramientas más poderosas de la ciencia moderna. Los biólogos, los historiadores naturales y los filósofos siempre han observado el mundo alrededor de ellos, pero en la actualidad nuestra habilidad para observar ha sido expandida de manera enorme mediante tecnologías y herramientas. Comenzando por el renacimiento con el microscopio, herramienta que les permitió a los biólogos ver lo que no podía verse de otra manera.

Figura 36.  Dibujo natural. Antes de las cámaras, una rama auxiliar imprescindible de la historia natural era el dibujo natural, una rama interdisciplinar entre arte y ciencia que buscaba representar la mayor cantidad de detalles posibles de los seres vivos. En la actualidad el dibujo natural sigue siendo una herramienta importante en la paleontología.

Figura 37.  Exploradores y aventureros. Los historiadores naturales arriesgaron sus vidas en viajes inciertos alrededor del mundo, muchos murieron, otros lograron vivir para obtener la gloria y la fama eternas.

La contemplación de la naturaleza

No cabe duda qué si uno comienza a estudiar biología es porque antes se ha quedado embobado viendo a algún gato haciendo sus cosas, o maravillado ante la lealtad de un perro, enternecido al ver dormir a un hámster o enamorado ante la belleza de una flor. Todo estudiante de biología debe haber contemplado la naturaleza. La misma biología vio su origen como una ciencia descriptiva a la cual denominamos como la historia natural.

La Historia Natural comienza con Aristóteles y otros filósofos antiguos que analizaron la diversidad del mundo natural. La historia natural, como disciplina, ha existido desde tiempos clásicos, y los europeos del siglo XV estuvieron muy familiarizados con la obra de Plinio el Viejo Naturalis Historia (Elórtegui Francioli, 2015). Desde los antiguos griegos hasta el trabajo de Carlos Linneo y otros naturalistas del siglo XVIII, el concepto principal de historia natural fue la Scala naturae, un arreglo conceptual de minerales, vegetales, animales primitivos, y otras formas de vida más complejas en una escala lineal de creciente "perfección", culminando en nuestra especie (Bermúdez, 2015).

Mientras que la historia natural prevaleció estática en la Edad Media, continuó desarrollándose por estudiosos árabes. Al-Jahith describió ideas tempranas de la historia natural como lo es la "lucha por la existencia" (frase de Thomas Malthus), y la idea de una cadena alimenticia (Garvey & Whiles, 2016). Abū Ḥanīfa Dīnawarī es considerado el fundador de la botánica árabe por su Libro de las Plantas, en el que describió al menos 637 plantas y discutió la morfología vegetal desde la germinación hasta la muerte, describiendo las fases del crecimiento de las plantas y la producción de flores y frutas (Bahadur & Krishnamurthy, 2015).

En el siglo XIII, el trabajo de Aristóteles fue rígidamente adaptado a la filosofía cristiana, particularmente por Tomás de Aquino, formando las bases de la teología natural (Glick, Livesey, & Wallis, 2014; Harrison, 2016). Durante el Renacimiento, estudiosos (humanistas y herbolarios principalmente) regresaron a la observación directa de plantas y animales para la historia natural, y muchos comenzaron a acumular grandes colecciones de especímenes exóticos y de monstruos inusuales. Pronto los imperios coloniales se dieron cuenta que muchos de estos especímenes exóticos podían tener beneficios macroeconómicos, por lo que financiaron las aventuras de exploración (Baber, 2016; Merson, 2000; Wendt, 2016) y desarrollaron cuatro instituciones nuevas para recuperar lo recolectado: el museo de historia natural (Browne, 1992; Hoage & Deiss, 1996), el jardín botánico (Forbes, 2008), el zoológico (Baratay & Hardouin-Fugier, 2003) y el acuario.

Figura 38.  El museo de historia natural. Los museos de historia natural, así como los jardines botánicos, zoológicos y acuarios fueron mecanismos para exponer el poder imperial a los ciudadanos propios y extranjeros.

En la Europa moderna, disciplinas profesionales como la fisiología, botánica, zoología, geología y paleontología fueron fundadas bajo el término sombrilla de Historia Natural, la cual antes era la única materia dada por los profesores de ciencia en las escuelas. Fue repudiada por científicos, especialmente los físicos de una manera más especializada y relegada a actividad de "principiantes", lejos de ser una actividad propiamente científica (Cahoone, 2013). La causa era más bien simple, la historia natural y sus ramas eran descriptivas y no predictivas, carácter que había adquirido la ciencia una vez que la física newtoniana demostró ser exitosa. Era necesario el desarrollo de una teoría matemática general que predijera situaciones concretas para que una ciencia se pareciera a la física y por ende fuera prestigiosa. A pesar de eso, la historia natural era prestigiosa entre nobles y ricos como una actividad de caballeros bien educados, en la Escocia Victoriana, se creía que el estudio de la historia natural a tener un buen estado mental (Finnegan, 2008). Particularmente en Gran Bretaña y en Estados Unidos, la historia natural se convirtió en "hobbies" de especialistas, como lo son el estudio de los pájaros, mariposas, conchas marinas, conquiliología, abejas y flores; mientras tanto, científicos intentaban definir un concepto unificado de biología.

Aun así, la tradición de la historia natural sigue formando parte importante del estudio de la biología, especialmente ecología (estudio de los sistemas naturales implicando organismos vivos y los componentes inorgánicos de la biósfera terrestre que los sostienen), etología (el estudio científico del comportamiento animal) y biología evolutiva comparada. Y sigue siendo un hobbie para los que tienen el tiempo, el dinero y la vocación, aunque en la actualidad con la disminución de la biodiversidad es muy común que muchos sean a su vez defensores de la naturaleza y los denominamos ecologistas (Milton, 2003; Neves-Graça, 2006; RILEY & ANGELA, 1992).

Experimentación controlada y el análisis matemático

Figura 39.  Instrumentos de medición y observación. En ciencias naturales es raro hacer observaciones directas de un fenómeno, la mayoría de las veces se emplean inferencias a través de fenómenos vistos a través de instrumentos.

La ciencia natural newtoniana se resume en: crear una teoría, convertirla en un modelo matemático y generar experimentos que contrastan la realidad con las predicciones matemáticas, y dicho contraste vuelve a ser matemático. El experimento no se piensa como algo que emerja de manera espontánea, es, por el contrario, una situación altamente razonada, en la que muchas veces se necesitan muchos preparativos. Aunque existieron experimentos biológicos antes, los realizados por Mendel y vueltos a realizar por los biólogos en la primera década del siglo XX son los que por fin hacen de la biología una ciencia natural de estilo newtoniano (Trapezov, 2016).

En la actualidad todas las ramas de la biología intentan matematizarse más y más, pero sin duda en las que resulta más útil emplear modelos matemáticos son en la genética, la ecología y en la fusión de las dos anteriores denominada la dinámica de poblaciones. De hecho, la teoría de la evolución moderna se encuentra formalizada en térmicos de ecuaciones matemáticas que involucran los fenómenos ecológicos y los fenómenos genéticos (Cravens, 1987; Valentinuzzi & Kohen, 2013; van Hemmen, 2007).

La mecanización de la observación científica

Actualmente el avance tecnológico en las áreas de la física aplicada ha entregado a la biología herramientas aún más potentes para sus propias investigaciones como los microscopios electrónicos, los chips de ADN, la imagen de resonancia magnética, o los satélites de posicionamiento global GPS. Estas tecnologías han mejorado nuestra capacidad para observar a todos los niveles, desde la distribución de las moléculas en nuestro cuerpo a la distribución de los peces en los océanos.

Figura 40.  Automatización de la observación. Las supercomputadoras modernas permiten realizar rápidamente procesos que hechos de otro modo serian lentos, costosos, muy aburridos y poco satisfactorios.

Por ejemplo, no hace mucho los biólogos marinos se encontraban confinados a marcar a un pez y liberarlo, con la esperanza de que un pescador lo capturase y de esta forma determinar que tanto se desplazaba el animal. Actualmente, se puede colocar aparatos de posicionamiento electrónico que no solo indican la posición del pez en el mapa, sino también la profundidad, la temperatura y la salinidad del agua en la que nada. Estos aparatos descargan la información en un satélite, la cual es reenviada a los investigadores. De esta manera, en unos cuantos años se ha recibido una enorme cantidad de información nueva a cerca de la distribución de los peces en los océanos, la cual es de vital importancia para determinar los efectos del calentamiento global.

A fines de la década de los 90s e inicio del nuevo milenio se dio una revolución fundamental en el modo en que observábamos a la biología. Hasta ese entonces la genética y la biología molecular eran ciencias artesanales, en las que el estudio de un solo gen podía llevar años de laboriosa intensidad y trabajo duro. Sin embargo, con el desarrollo del proyecto genoma humano se dio un salto fundamental, y fue la sistematización de toda la operación, si la biología molecular era una operación artesanal, los proyectos genoma humano llevaron a esta ciencia a un nivel industrial. Las tecnologías computarizadas y de automatización nos permiten cuantificar las observaciones, y este es un aspecto muy importante en cualquier ciencia. Antes de eso, la biología era considerada la menos “científica” de las ciencias naturales, dado que se basaba mucho en la observación de características, pero era muy difícil encontrar un modo de cuantificarla de manera absoluta. En otras palabras, la revolución tecnológica hizo que la biología abandonara su noción cualitativa para convertirse en una ciencia cuantitativa como la química y la física. Y esta cuantificación es importante, ya que permite medidas objetivas de diferentes fenómenos, como la distancia evolutiva entre diferentes grupos de seres vivos, no por sus características fenotípicas, si no por su genoma. Lo anterior fortalece las conclusiones de los biólogos sobre diferentes aspectos, como la identificación y la clasificación.