(Ciencias de Joseleg)( Biología)( Introducción y biología celular)(Iniciando el curso de biología) (Introducción)(temas principales del curso de biología)(Niveles de organización de los seres vivos)(Átomos y enlaces)(La importancia del agua)(Introducción a los ácidos y bases)(Introducción a los compuestos orgánicos)(Carbohidratos)(Lípidos y ácidos nucleicos)(Proteínas)(Como se estudian las ciencias de la vida)(La unidad de la vida)(Que es la vida)(Funciones de los seres vivos)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
Al igual que la química posee propiedades emergentes que no
pueden ser rastreadas a las leyes de la física, la biología posee sus propias
propiedades que no pueden ser rastreadas a la química. Este se denomina
no-superveniencia y es lo que le otorga a cada campo de estudio científico su
propia identidad, siendo imposible que sean reducidos uno a los otros. Por
ejemplo, la variabilidad genética no depende de la reacción de un compuesto en
otro, sino de la organización mismo de varios compuestos interactuantes,
mientras que en una situación química sería clara la estructura de la
sustancia, en la biología podemos tener miles o millones de sustancias
parecidas pero un poquito diferentes. Dado que las propiedades nuevas no
encajan con el campo basal, la biología no puede reducirse a la química.
La propiedad emergente no superveniente más evidente de un
sistema vivo es, bueno ya saben, estar vivo.
Sin embargo definir que es la vida es muy complejo, o imposible si lo
que se desea es rastrearla a una sola definición que sea superveniente a
propiedades físico-químicas como el flujo de energía o la organización
entrópica (Margulis & Sagan, 2000; Schrodinger, 1946; Weber, 2010). Es más fácil definir un ser
vivo como aquella entidad que nace, crece y se reproduce, esta definición,
aunque infantil es poderosa, nos dice que la vida se define no en base a un
procesos físico o químico, sino en base a múltiples procesos biológicos que
emergen de propiedades químicas, pero que no se reducen a ellas. En la
actualidad definimos a la vida como la suma de las propiedades de los seres
vivos, que, aunque son un poco más sofisticadas que la infantil “nacen, crecen
y se reproducen”, siguen manteniendo la misma idea básica.
Figura 46. La variación es el motor
de la evolución. La variación de la vida en cada generación permite la aparición de
una propiedad emergente llamada selección natural, que resulta de las
interacciones del individuo con todos los fenómenos ambientales que afectan su
éxito reproductivo.
Los físicos y los químicos investigan las propiedades e
interacciones de los objetos como electrones, fotones y átomos, que son
físicamente uniformes e invariantes en sus características y comportamiento. Un
simple experimento que determina las propiedades de una entidad simple
(ejemplo, electrones o protones) puede ser utilizado para extrapolar las
propiedades de todas las entidades comparables en el universo. En biología, la ciencia del mundo viviente,
tanto en el pasado como en el presente (Mayr 1997) la situación es muy
diferente. Los organismos biológicos estudiados, son típicamente una muestra
aleatoria de sus poblaciones, manifiestan una asombrosa diversidad como
consecuencia de la recombinación genética y la variación aleatoria. Por lo
tanto, con la excepción de los gemelos idénticos o individuos clonados, no
existen dos individuos de la misma especie que se vean exactamente igual,
incluso los gemelos idénticos pueden ser diferentes físicamente como resultado
de sus historias individuales (Kutschera & Niklas, 2004).
La variabilidad biológica es una ley general que aplica no
solo a las animales, plantas u hongos (y otros seres sexuales), también a los
microorganismos que carecen de la capacidad de la reproducción sexual. El
concepto de “tipo” difiere radicalmente en el contexto de la biología versus
del que posee en la física. Sin embargo, existen límites en la diversidad
biológica y esto literalmente conforma la historia evolutiva. Ninguna población
es capaz de generar todas las variantes genómicas teóricamente posibles, en
parte debido a que la recombinación genética producto de la reproducción sexual
es aleatoria y también a que cualquier población dada posee un número finito de
individuos. Por lo tanto, la variación biológica que provee el material crudo
para el cambio evolutivo está confinada a eventos aleatorios (Kutschera & Niklas, 2004).
La “lucha por la existencia” entre la descendencia de cada
generación elimina las variantes genómicas que son menos aptas para su
medioambiente particular. Los que logran sobrevivir pasan su información
genética a la siguiente generación. De esta forma, la evolución es la suma de
eventos aleatorios (mutación y recombinación sexual) y selección natural la
cual ampliamente NO es aleatoria. Este proceso fundamental –la ley de la
selección natural (Bell 1997) – fue concebido por dos naturalistas británicos
del siglo XIX, Charles Darwin y Alfred Russel Wallace y ha sido
substancialmente confirmado desde los principios del siglo XX con el
redescubrimiento de la genética Mendeliana y a avances subsiguientes en
genética de poblaciones. Es importante resaltar que, la síntesis moderna
continua hasta el día de hoy con nuevos datos y puntos de vista aportados por
diversos campos de estudio, particularmente la biología molecular, que detalla
los mecanismos precisos por medio de los cuales los genomas (y los fenotipos
que ellos generan) son alterados (Kutschera & Niklas, 2004).
Se establece como fundamento que la unidad de toda
estructura viva a nivel de componente de construcción como de funcionamiento es
la célula. Aunque ahondaremos más en este aspecto cuando estudiemos la célula.
El crecimiento biológico tiene que ver con el incremento en
el tamaño de una célula o un organismo, en el incremento del número de células
o ambos. El crecimiento puede ser uniforme, en las diferentes partes de un
organismo, o puede ser más o menos grande en las diferentes partes, causando
que las proporciones del cuerpo se alteren a medida que el organismo envejece.
Algunos seres vivos nunca dejan de crecer, como los árboles, pero otros seres
vivos poseen límites de crecimiento más o menos variables. Un aspecto
interesante es que los diferentes órganos mantienen su funcionalidad a medida
que crecen. Los seres vivos se desarrollan a medida que crecen. El desarrollo
incluye todos los cambios que tienen lugar durante la vida completa de un ser
vivo. Por ejemplo, en los humanos, el desarrollo comienza con la fecundación de
un óvulo y los cambios nunca paran hasta la vejez.
Figura 47. Crecimiento y desarrollo. El crecimiento y el
desarrollo de un ser vivo pueden involucrar procesos complejos, sin embargo,
estos no deben confundirse con evolución, la evolución es un proceso asociado
con poblaciones, mientras que el desarrollo es un proceso que sufren
individuos.
Al interior de todos los seres vivos, se dan reacciones
químicas y transferencias de energía, las cuales son esenciales para la
nutrición, el crecimiento, la reparación de las células y los tejidos y por
ende de los organismos. Básicamente son proceso de transformación energética.
La suma de todas las reacciones químicas de los organismos se denomina
metabolismo. Los procesos metabólicos ocurren de manera continua en el interior
de todos los seres vivos, y deben ser regulados de manera meticulosa para
mantener el equilibrio dinámico de un ser vivo. A ese equilibrio dinámico
autocontrolado se lo denomina homeostasis.
La homeostasis básicamente trata de mantener un ambiente
interno balanceado, que se encuentra en desequilibrio con el ambiente externo.
El ambiente externo posee pocos nutrientes y energía, que son ingeridos por el
organismo, quien los acumula manteniendo un ambiente ordenado en el interior de
sí mismo. Cuando una sustancia particular es requerida, los procesos que la
producen deben encenderse. Los mecanismos homeostáticos son mecanismos de
autoregulación y autocontrol que posee un ser vivo para mantenerse… bueno,
¡vivo!
Figura 48. La vida reacciona al
ambiente. El dolor es el mecanismo que posee el cuerpo para indicar que el
cuerpo está siendo lastimado y que debe ejecutarse una pronta respuesta.
Los estímulos pueden variar mucho, como por ejemplo cambios
en el color, intensidad y dirección de la luz, cambios en la temperatura,
presión o el sonido; o cambios en la composición química del ambiente, ya sea
suelo, aire o agua. Aunque la respuesta al estímulo generalmente es algún
movimiento, no siempre se trata de locomoción. En los seres vivos más simples,
la totalidad del organismo es sensible al estímulo. Ciertos organismos
unicelulares responden al estímulo de la luz, acercándose a ella o alejándose,
a esto se lo denominan fototaxis. Otros seres responden a la presión, como
algunas plantas depredadoras.
Antes del establecimiento de la teoría celular, las personas
pensaban que las orugas se originaban de manera espontánea de la carne en
descomposición, o que las ranas se originaban del lodo de ciertos ríos como el
Nilo. Sin embargo, gracias al trabajo de varios científicos entre los cuales
los más destacables sean Fracisco Redi y Luis Pasteur, pudo establecerse la
teoría celular, la cual en uno de sus postulados más básicos establece que las
células se originan de otras células. Del mismo modo, cualquier ser vivo se
origina de otro ser vivo, haciendo de la vida un proceso continuo e
ininterrumpido. Los organismos simples unicelulares como las bacterias, se
perpetúan a sí mismos mediante la mitosis, un tipo de reproducción asexual.
Cuando una bacteria ha crecido lo suficiente, se reproduce mediante la división
de la célula individual en dos células hijas.
Antes de que la célula se separe, el material genético de la
ameba madre se duplica, de modo tal que cada célula hija hereda una cadena
genética original y una copia. Excepto por el tamaño, cada bacteria hija es
exactamente igual a la bacteria madre, la mayoría de las veces. En ocasiones
pueden ocurrir variaciones introducidas por la mutación, la transferencia
horizontal de genes u otros factores epigenéticos.
Otros seres vivos, como algunos eucariontes unicelulares, los hongos, las plantas y los animales poseen otro mecanismo de reproducción denominado reproducción sexual, el cual genera un ciclo de vida complejo. El resultado de la reproducción sexual es el de una mezcla y recombinación de factores genéticos, lo cual incrementa la diversidad de los descendientes sin exponerse a la mutación. La variación es un fenómeno fundamental en la supervivencia de las especies, pues las poblaciones que no varían se extinguen rápidamente por la acción conjunta de depredadores y enfermedades.
Figura 49. Reproducción. El fin último de la
vida es reproducirse, y los seres vivos gastan una considerable cantidad de
energía en hacerlo, incluso pueden sacrificar su propia existencia en favor de
la de sus crías.
La evolución es la capacidad de una población para cambiar a
lo largo del tiempo. Estos cambios pueden darse a cualquier nivel de
organización, siendo moleculares, celulares, tisulares, orgánicos, sistémicos,
de especie, de comunidad y de ecosistema. Sin embargo, solo nos interesan en
este apartado los cambios que son causados por el material genético y en
consecuencias son heredables a través de la relación ancestro-descendiente de
la reproducción. Dado que la evolución involucra el cambio de una población
variable a través de mecanismos que incrementan la variabilidad de una
generación a otra y a mecanismos que seleccionan dicha variabilidad, la
evolución representa la suma de las propiedades y funciones de los seres vivos,
siendo la piedra angular de la biología moderna, y es estudiada mediante la
Teoría Sintética de la Evolución más sus conceptos expandidos.
Los métodos
moleculares de comparación de genomas completos, están permitiendo a los
biólogos establecer relaciones de parentesco de manera mucho más precisa. Por
lo general, entre más grande es la diferencia de un genoma de dos especies, es
más lejana la existencia en el tiempo del último ancestro común de esas dos
especies.
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