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de los seres vivos)(Referencias
bibliográficas)(Versión
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Sin importar que estemos estudiando un ser vivo, o la vida
como un todo, podemos identificar una jerarquía en la organización biológica.
En cada nivel, la estructura y la función se encuentran coordinadas de manera
precisa. Un buen modo de estudiar un nivel es mirando sus componentes “el nivel
inmediatamente inferior”. Por ejemplo, los biólogos pueden aprender mucho de
las células mediante el estudio de las moléculas altamente complejas como las
proteínas, o los lípidos. Del mismo modo, las moléculas altamente complejas
pueden ser entendidas en términos de sus componentes.
Cada nivel posee propiedades emergentes, características que
no se encuentran en los niveles inmediatamente inferiores. Las poblaciones de
organismos poseen propiedades emergentes tales como la densidad poblacional, la
estructura de edad, y las tasas de muerte y nacimiento. Un individuo por sí
mismo, no posee estas características. Considere también el cerebro humano. El
cerebro está compuesto por millones de neuronas. Usted puede estudiar de manera
individual cada una de estas neuronas y aun así no tener ni idea cómo funciona
el cerebro como un todo.
Solo cuando las neuronas están conectadas entre sí estas
propiedades emergentes aparecen, como la capacidad de coordinación motriz, o de
resolución de problemas. La vida misma es una propiedad emergente al nivel
celular, por debajo de este, las estructuras químicas bajo las condiciones
conocidas no pueden controlarse o reproducirse por sí mismas. La evolución
misma sería una propiedad emergente al nivel de una población variable. Un solo
individuo no puede evolucionar, del mismo modo que una proteína no está viva.
Este podría considerarse como el verdadero resumen del estudio de la biología,
la cual debe resumir conceptos de química, de la célula, de la anatomía y de la
ecología.
Figura 6. Átomos y moléculas. Los átomos de la mayoría de los elementos no pueden existir aislados, se unen para formar moléculas, ya sea del mismo tipo de átomos o de diferentes átomos.
Aunque dijimos que no hay superveniencia, esto no implica que todas las propiedades sean emergentes, hay propiedades no emergentes que dependen de los componentes, por lo que es importante conocer algunas características generales de los niveles de complejidad inferiores a la célula.
Figura 7. Las moléculas de la vida. A mayor energía y
materia disponible, las sustancias pueden hacerse más complejas y grandes,
almacenando cada vez más energía en sus enlaces y generando nuevas
interacciones y nuevas propiedades. En general las mmoléculas de la vida se
hacen con base a carbono, hidrógeno y otros elementos que les permiten hacer
cosas.
El átomo es el nivel de organización más básico en la
química, seguido por las moléculas. Varias moléculas pueden unirse para formar
macromoléculas. La clave aquí es el enlace atómico fuerte especialmente el
enlace covalente entre estructuras de tipo orgánico. Las macromoléculas son
moléculas gigantescas, compuestas por miles o millones de átomos. Estas
moléculas poseen propiedades químicas emergentes que no aparecen en las
moléculas más pequeñas, que dependen de sus formas. Los fosfolípidos por
ejemplo son un tipo de macromolécula. Algunas macromoléculas son más variables
que otras.
Un ejemplo son las proteínas que usan sus formas para
realizar su labor. Aun dentro de las proteínas existen diferentes niveles de
complejidad. Lo mismo pasa con los lípidos ilustrados en la presente imagen los
cuales tienen como propiedad emergente el almacenamiento de energía de manera
compacta.
Figura 8. Subunidad celular, el
ribosoma. Las subunidades son complejos moleculares tan complejos que no
existirían en la naturaleza sin la acción organizativa de un ser vivo, sin
embargo, aunque solo aparecen asociadas a los seres vivos, por separado, las
subunidades no están vivas.
Las subunidades se conforman de varias macromoléculas de alto peso molecular unidas entre sí por interacciones moleculares. Algunas de las más simples son los pastores moleculares “molecular crowders” en el citosol (Bancaud et al., 2009; Strulson, Boyer, Whitman, & Bevilacqua, 2014), pero existen otros ejemplos más importantes, como la propia membrana celular, o las subunidades que conforman al ADN o al ribosoma. Las subunidades ya ingresan al terreno biológico debido a que pueden experimentan variabilidad. Las membranas biológicas están formadas por la unión de varios lípidos y proteínas cada uno macromoléculas. La propiedad emergente en este caso se relaciona con el control de los procesos, la aceleración de las reacciones de las proteínas "estas son más eficientes cuando están fijas" y la separación del medio interno y el medio externo. Junto con la última estructura el genoma, se forman las células. Se requiere del funcionamiento sincronizado del genoma, el ribosoma y la membrana para generar una célula viva.
Figura 9. La célula. La célula es la
entidad más pequeña que puede existir por si misma con todas las propiedades
que describen a la vida. Sin embargo, la célula tampoco es una entidad aislada.
Cada uno de estos niveles es estudiado por una rama de la química, por ejemplo, los átomos y las moléculas simples se estudian en química inorgánica o introductoria. Las moléculas más complejas en química orgánica, las macromoléculas y las estructuras que estas forman en bioquímica. Cada nivel posee su propio grupo de propiedades emergentes, que en ciertos niveles aún son pobremente entendidas.
Figura 10. Los unicelulares. Las células pueden
existir como comunidades de individuos que compiten o cooperan según las
condiciones ambientales, a estos seres los llamamos unicelulares.
El individuo se caracteriza por estar vivo, es decir, por
presentar todas las propiedades de los seres vivos y por realizar todas las
funciones de los seres vivos, por lo que hay un factor clave a tener en cuenta,
la unidad de funcionamiento orquestada. Al igual que los instrumentos en una
orquesta, podemos analizar cada uno de los componentes estructurales del ser
vivo por separado, pero jamás deberíamos olvidar que estamos tratando con
segmentos que están vinculados a un todo.
Los niveles organísmicos comprenden los niveles entre la
célula y si es necesario el individuo multicelular, con tejidos diferenciados.
Sin embargo, es importante resaltar que, muchos seres vivos están compuestos
por una única célula, y en ellos el nivel organísmico salta directamente al
nivel de organización ecológico. Sin embargo, dado que la biología es la
ciencia de las excepciones, también es posible señalar que especies de seres
vivos que por siglos fueron considerados como unicelulares, pueden experimentar
los beneficios de niveles de complejidad en los cuales las células actúan
colectivamente para un bien mayor.
Se considera como la unidad básica de estructura y función
de la vida. Está unida por una membrana celular y posee un material genético
que actúa como su sistema de control principal, mas no es el único. Está
definida por una membrana biológica que separa el medio externo que puede ser
agua o una matriz extracelular de un medio interno llamado citoplasma. El
citoplasma se divide en una parte líquida o semilíquida llamada citosol y organelos
simples o complejos dependiendo del tipo de célula. La célula por si misma
exhibe las propiedades de los seres vivos y sus funciones, aunque algunas de
ellas estén bloqueadas en ciertos momentos de su ciclo de vida.
Figura 11. Los tejidos. Los seres que deben
existir como un conjunto de células se denominan multicelulares. Los tejidos
son agrupaciones de células con propiedades emergentes concretas que no pueden
hacer las células por separado.
Los tejidos son conjuntos de células de un tipo semejante
que se encuentran embebidas en una matriz extracelular, que media las
interacciones entre el medio ambiente y las células individuales. Existen
propiedades emergentes del colectivo celular causadas principalmente por la
naturaleza bioquímica de la matriz extracelular como un contenido de agua y
glicoproteínas fibrosas. Incluso las mismas bacterias pueden llegar a este
nivel gracias a la formación de las bioplacas o biopelículas. Sin embargo, lo
que más distingue a un ser multicelular real de uno pluricelular crudo es que
el multicelular puede generar diferentes poblaciones de células especializadas
con diferentes matrices extracelulares para funciona especializadas en lugares
diferentes de su cuerpo.
Los tejidos también se caracterizan por poder realizar
funciones como un todo, que una sola célula individual no podría llevar a cabo.
Por ejemplo, el tejido epitelial protege a otros tejidos debajo de él, pero
esta propiedad es emergente a la organización en forma de cubierta que posee
este tejido. Una sola célula no puede cubrir, pero muchas sí, ese es un ejemplo
de una propiedad emergente.
Un órgano está compuesto por diferentes tipos de tejidos para realizar una función general. Por ejemplo, el estómago, está compuesto por tejidos epiteliales que protegen la masa interna, y por tejidos que segregan ácidos para descomponer el alimento. La función completa de descomponer el alimento no puede ser llevada a cabo solo por un tejido, ya que el epitelio por sí solo no hace nada, y el tejido que segrega acido se descompondría a si mismo si no fuera por la protección del epitelio.
Figura 12. Los órganos y sistemas.Los órganos son
agrupaciones de tejidos que permiten llevar a cabo funciones en organismos muy
complejos y grandes. Los sistemas están asociados a organismos muy complejos,
cuyos tamaños impiden que las funciones biológicas puedan llevarse a cabo por
tejidos u órganos independientes.
Cuando varios órganos se unen de manera coordinada hablamos
de nivel del sistema de órganos. Por ejemplo, para que la digestión se
complete, los alimentos no solo deben ser degradados, si no que los nutrientes
formados tras la degradación deben ser procesados y absorbidos, mientras que
los desechos eliminados. El sistema de órganos realiza varias funciones
relacionadas a un mismo objetivo final. Finalmente, un ser vivo multicelular al
estar compuesto de varios sistemas de órganos puede llevar a cabo todas esas
funciones y más, tal como se verá en el nivel ecológico, cuya unidad básica, es
el individuo.
La suma de todos los sistemas crea un individuo multicelular completo capaz de realizar las funciones biológicas, sin embargo, varias de dichas funciones involucran que este individuo se relacione con su medio externo, lo cual nos lleva al siguiente nivel de complejidad.
Figura 13. El individuo multicelular. El individuo es la
unidad de trabajo en ecología y por primera vez hablamos de una entidad capaz
de relacionarse con su ambiente a través de sus adaptaciones físicas.
Sea un individuo formado por una célula o por varias, la
principal propiedad que emerge en este punto es la de interactuar con el medio
externo, para procurarse alimento y todos los demás requisitos para mantenerse
vivo y reproducirse.
Se define como un conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma área geográfica. Al ser de la misma especie estamos hablando de una unidad reproductiva que puede mantenerse en el ambiente por más tiempo de lo que lo hace un solo individuo, adaptándose al medioambiente por medio de su variabilidad genética confrontada contra las condiciones del ambiente. En tales condiciones podemos decir que la principal propiedad emergente que posee la población es la de evolucionar. Por debajo de este nivel no puede decirse que algo evolucione, pero por encima de este nivel, todo puede evolucionar. Cabe notar que esto es válido para cualquier población, ya sea unicelular o pluricelular en la que se compita por recursos limitados, y la reproducción de como resultado individuos variables. En las poblaciones con reproducción sexual otra propiedad emergente es la selección sexual ejercida por ambos sexos. Esto genera caracteres que no son necesariamente adaptativos, pero que sirven para tener más éxito reproductivo como la melena de los leones o la cola del pavo real.
Figura 14. La población. La población es el
primer nivel de complejidad que posee la propiedad de evolucionar.
Poblaciones de varios tipos de seres vivos que viven en una misma área geográfica reciben el nombre de comunidad ecológica.
Figura 15. La comunidad. Una comunidad representa
las diferentes interacciones de individuos vivos de diferentes especies en un
área concreta.
A medida que las poblaciones evolucionan a lo largo del
tiempo, hacen que la comunidad cambie. La mejor forma de representar a una
comunidad ecológica es mediante una red trófica que representa las relaciones
depredador presa en un lugar geográfico determinado. Sin embargo, cabe anotar
que existen otras relaciones biológicas a parte de la depredación que deben ser
estudiadas en este nivel de complejidad. Estas relaciones de especia a especie
son precisamente la propiedad emergente más importante en este nivel de
complejidad. Las interacciones del individuo con individuos de otras especies
crean otros segmentos de la selección natural en forma de depredadores,
parásitos, mutualistas o presas.
La comunidad está compuesta solo de seres vivos, pero cuando se la considera junto con todos los fenómenos no vivos del mismo lugar geográfico, se la denomina ecosistema. Los ecosistemas pueden ser tan pequeños como un charco, o tan grandes como segmentos del océano. La principal propiedad emergente en este nivel es el concepto de nicho, que representa todas las relaciones de un ser vivo con otros seres vivos y con los factores abióticos como la luz, el agua, el refugio entre otros. Las condiciones que plantean los factores abióticos a la supervivencia de los individuos variables en una población representa el factor final de la selección natural.
Figura 16. El ecosistema. Los ecosistemas
toman en cuenta a los factores abióticos junto con los bióticos en interacción
con los individuos.
Cuando varios hábitats o ecosistemas semejantes conforman una unidad paisajística con condiciones abióticas consistentes estamos hablando de un bioma. Los biomas se interrelacionan con otros biomas mediante fronteras de gradualidad denominadas ecotonos.
Figura 17. El bioma. Varios ecosistemas
relacionados por su temperatura e iluminación forman paisajes conocidos como
biomas.
Actualmente representa el nivel más grande de organización biológica. La biósfera es la suma de los biomas, y su propiedad emergente es la regulación de los grandes ciclos biogeoquímicos, como el ciclo del agua, el ciclo del carbono, o el ciclo del nitrógeno.
Figura 18. La biosfera es conformada por la
suma de los ecosistemas terrestres acuáticos la atmósfera y el subsuelo
colonizado por los seres vivos.
Si se llegara a descubrir vida en otros planetas, o si llegáramos a colonizar el espacio mediante la generación de colonias orbitales o mediante la trasformación de otros planetas se abriría un nuevo nivel de complejidad y organización biológica, aunque claro está, esto solo es ciencia ficción de momento.
Figura 19. Los humanos tenemos la opción de destruir la vida o llevarla a su siguiente nivel de complejidad, uno en que la vida colonice el espacio exterior, más allá de su cuna en la Tierra.
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