(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)
Lo más interesante del hecho de que para poder entender la biología debamos remitirnos a dos personajes es el hecho de que la biología es una ciencia de la naturaleza en la cual hay que hacer mucha investigación de campo. Mientras que la física se puede defender bien con ejercicios de lápiz y papel de los cuales se deducen fenómenos que se comparan con el comportamiento en un laboratorio, y mientras que la química depende principalmente del trabajo experimental, la biología implica salir al campo y observar, además de hacer trabajo experimental y trabajo de lápiz y papel.
Figura 1. Los padres de la biología. Gregor Mendel
introduce la tradición experimental y matemática, mientras que Charles Darwin
trabaja en el campo, y además genera una teoría amplia que abarca las
disciplinas biológicas y las organiza en un mismo esfuerzo científico.
A la biología la fundan dos tipos de individuos, los
historiadores naturales y los botánicos. Los primeros se encargaban de realizar
viajes al campo salvaje para recolectar muestras, realizar dibujos y describir
el comportamiento de los seres vivos. Por muchos siglos este fue el principal
rol de los historiadores naturales, sin embargo, poco se dedicaron a crear
modelos y teorías que explicaran lo que se observaba en la naturaleza. Eso
hasta que un noven naturalista se embarcó en un viaje épico alrededor del mundo
hace más de 180 años. El joven historiador natural se llamaba Charles Darwin, y
su viaje que duraría cinco años le cambió la percepción del mundo natural, a
tal punto que dedicaría su vida a madurar una idea, que los seres vivos cambian
en respuesta a las presiones que impone el ambiente y que denominamos en su
conjunto como la Selección Natural, dicha idea es en la actualidad una de las
piedras fundamentales del conocimiento biológico. La tradición de los
historiadores naturales fue heredada principalmente por los ecólogos, quienes
muchas veces también deben arriesgar sus vidas para aventurarse en el territorio
salvaje.
Sin embargo, la biología también se organiza en torno a un segundo individuo que representa una tradición más mesurada, una de pensadores y experimentalistas, ese es Gregor Mendel. Este sacerdote austriaco fue contemporáneo de Darwin, y su trabajo involucraría el desarrollo de experimentos biológicos altamente controlados y un análisis matemático riguroso. Estas tres ideas: observación en el campo, trabajo experimental controlado y desarrollo teórico matemático son los ejes ante los cuales organizamos todos los capítulos de la biología, desde la ecología de los grandes paisajes hasta la más pequeña de las células.
Figura 2. La biología nace con la
exploración del mundo. Solo hasta la edad de los Imperios Coloniales Marinos como el
imperio Británico o el reino de España fue que se tuvo acceso a una imagen
realista de la biodiversidad del planeta.
Esto es lo más apasionante a cerca de la biología, su
confluencia histórica y la variedad de sus técnicas. La cantidad de información
disponible a cerca del mundo natural ha aumentado exponencialmente en los
últimos 42 años desde la construcción de la primera molécula de ADN recombinante.
En la actualidad estamos en una posición de preguntar y responder preguntas que
previamente solo habían sido sueños de superhéroes, o eran terreno del mito. El
siglo XXI comenzó con la secuenciación del genoma humano, el proyecto
individual más grande de la historia de la biología y que tomó 20 años para ser
completado. Aun así, menos de 20 años después fue posible secuenciar genomas
completos en cuestión de días. La enorme cantidad de información que puede ser
compilada y que debe ser analizada está cambiando el modo en que se entiende la
biología, y está haciendo aparecer una nueva técnica, la informática a las tres
que mencionamos antes.
Los descubrimientos de la biología son invariablemente
descubrimientos sobre nuestros propios cuerpos, por lo que cada nueva
investigación posee un impacto médico ya sea en el diagnóstico, tratamiento,
cura o prevención de enfermedades que antes se creían incurables o castigos
divinos. A lo largo de estos cursos de biología intentaré dar una imagen de la
biología contemporánea, así como de su historia y técnicas experimentales. En
este capítulo introductorio trabajaremos la naturaleza de la biología y sus
temas de estudio clásicos.(Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean
& Hayward, 2014; Mader, 2010; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mason,
Losos, Singer, & Raven, 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon,
Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr,
Evers, & Starr, 2013)
La biología es el estudio científico de los seres vivos. Los
biólogos definen a los seres vivos, como todos los seres descendientes de un solo
ancestro celular que vivió, hace unos 3,8 mil millones de años. Debido a su
ancestro común, los seres vivos comparten muchas características que no son
encontradas en el mundo no viviente.
·
Están formados por una o más células
·
Poseen información genética
·
Usan la información genética para producirse a
sí mismos
·
Están genéticamente relacionados y pueden
cambiar con el paso de las generaciones.
·
Pueden transformar compuestos químicos
inorgánicos en parte de la materia viviente.
·
Pueden extraer energía del ambiente y realizar
trabajo biológico
· Pueden regular su ambiente interno.
Figura 3. Los virus parecen
cristales de sal fuera de una célula. Por fuera de las células
que infectan o de un sistema vivo en el cual moverse, los virus se cristalizan
como si se tratara de minerales inorgánicos.
Esta simple lista resume una inmensa diversidad y
complejidad de conceptos, todos relacionados a los seres vivientes. Sin
embargo, algunas estructuras vivientes pueden no manifestar todas esas características
al mismo tiempo. Por ejemplo, las semillas pueden permanecer en letargo durante
años antes de empezar extraer energía de su ambiente como lo hacen las plantas
adultas. Sin embargo, un tema central y repetitivo en las ciencias biológicas
es que las definiciones básicas por lo general siempre se encuentran con seres
que, hacen que no se apliquen del todo, excepciones extrañas que retan nuestra
capacidad para ordenar, y para nombrar. En la definición de ser vivo una de
esas cosas son los virus, los virus son seres que cuando están fuera de una
célula se cristalizan, y parecen estructuras inorgánicas, sin embargo, cuando
entran en contacto con una célula apropiada se activan, y utilizan su material
genético para hacer más copias de sí mismos sin tener nunca un mecanismo propio
para extraer energía del ambiente.
Actualmente las hipótesis más aceptadas es que los virus
evolucionaron a partir de las células en un pasado muy remoto. Sin embargo, nos
sirven de ejemplo de una estructura que yace en el limbo entre lo vivo y lo no
vivo. A lo largo del estudio de las ciencias biológicas emerge un tema común, y
es el cambio. Los seres vivos cambian a medida que pasa el tiempo, pero más
importante, cambian a medida que se reproducen. A ese cambio lo denominamos el
hecho de la evolución, y las diversas hipótesis empleadas para explicarla,
predecirla y manipularla es lo que denominamos teoría de la evolución.
Las células son capaces de representar los procesos clásicos de la vida. Durante los cursos básicos de biología en primaria y a veces en el bachillerato se nos enseña que los seres vivos son capaces de reproducirse, crecer, alimentarse y morir. Las células de manera individual pueden hacer esto, así como lo pueden hacer en grupos más o menos organizados. A las células que pueden llevar a cabo sus procesos de manera individual los denominamos seres vivos unicelulares; mientras que a las células que requieren vivir en grupos para llevar a cabo todos sus procesos los llamamos seres vivos multicelulares. Los virus son seres acelulares que dependen de seres vivos celulares para su existencia. A su vez, existen dos tipos de grupos de seres multicelulares, aquellos que cuyo grupo no se encuentra especializado, y aquellos cuyo grupo contiene diferentes subpoblaciones de células con tareas específicas.
Figura 4. Célula en el microscopio
de fluorescencia. La biología requiere técnicas para hacer visible lo invisible,
aquí vemos el citoesqueleto de varias células marcado con moléculas
fluorescentes, no estamos viendo a la célula en sí, sino el color de los
marcadores unidos a las estructuras celulares.
Por lo anterior se nos dice que la célula es la unidad
estructural de la vida y la unidad funcional de la vida, ideas que se denominan
“Teoría Celular”. La célula es la primera cosa que puede ser considerada como
poseedora de la propiedad que llamamos vida. Sin embargo, existen otras “cosas”
que se encuentran en el limbo transicional de lo vivo y lo no vivo, los virus. Aunque
los virus no se los considera como seres vivos, estos poseen propiedades de los
seres vivos, y la más importante es la variabilidad basada en los ácidos
nucleicos. Esto implica que la biología tiene un marco de acción más extenso
que lo que meramente referenciamos como un ser vivo, y debe extenderse a todas
las entidades variables, que evolucionan y que de momento se basan en el
almacenamiento de la información genética en los ácidos nucleicos ADN y ARN.
La biología es el punto de conexión entre dos mundos, por un
lado, la química y por otro lado las ciencias del comportamiento dentro de las
cuales cabrían las ciencias humanas. La única forma de reconciliar esta
conexión que es bastante evidente, pero al mismo tiempo mantener la identidad
de cada uno de los campos de estudio es mediante el concepto de las propiedades
emergentes (Edwards & Wilcox, 2011). Las propiedades emergentes
son fenómenos únicos de un nivel de complejidad generados por interacciones de
unidades al momento en que analizamos un sistema más complejo (Brigandt, 2015; Du & Elemento, 2015; Yates, 2012). En la biología aplican todas
las leyes de la química, pero además tiene sus leyes propias, y lo mismo
podemos hablar de las ciencias humanas. El problema es referenciar el momento
en que la química se vuelve biología, y el momento en que la biología del
comportamiento se convierte en una ciencia humana. Y la verdad como en todo fenómeno
gradual, la respuesta es un debate en llamas, los temas que involucran las
interacciones de las fronteras de los campos también son temas de frontera en
la ciencia.
Por ejemplo en la interacción química-biología tenemos el
problema del origen de la vida (Oparin, 2003)
y el del origen de los virus (Domingo & Perales, 2014). En la interacción de la
biología del comportamiento y las ciencias humanas estaría el dilema del
momento en que surge por primera vez el lenguaje (Koerner & Asher, 2014) o el pensamiento
místico-religioso (Turner & Abrutyn, 2016). No hace falta decir que en
ambos también existe una enorme controversia al exterior de las comunidades
científicas, pues se trata de temas que tradicionalmente habían sido
competencia de las religiones abrahamánicas (Richards & Ruse, 2016). Lo anterior nos lleva a otra
de las tradiciones de la biología, se trata de una ciencia que rutinariamente
choca con las preconcepciones culturales y religiosas de las personas, así que,
si a usted no le gusta el debate y la fricción con ideas preconcebidas, esta
tal vez no sea su ciencia.
En medio de estos límites, la biología tiene una estructura
organizativa relativamente clara, pero que es entremezclada de manera bastante
alegre en los cursos de biología del nivel de bachiller. Existen cuatro
categorías que lidian más o menos con los niveles de complejidad de los seres
vivos:
·
La biología celular, genética y molecular, que
estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.;
·
La biología tisular “histología”, embriología,
anatomía, fisiología, medicina entre otras que estudian las estructuras y
funcionamiento a nivel de tejidos, órganos y cuerpos;
·
La paleontología, anatomía comparada, genética
comparada, taxonomía y evolución que tiene en cuenta la historia evolutiva de
los seres vivos y la razón de las adaptaciones;
La ecología y sus ramas que estudian las interacciones de
los seres vivos consigo mismos y con el ambiente.
Sin embargo, es importante señalar que estos límites, agrupaciones y descripciones son una descripción simplificada de la investigación biológica. En realidad, los límites entre disciplinas son muy inseguros y, frecuentemente, muchas disciplinas se prestan técnicas las unas a las otras. Por ejemplo, la biología de la evolución se apoya en gran medida de técnicas de la biología molecular para determinar las secuencias de ADN que ayudan a comprender la variación genética de una población; y la fisiología toma préstamos abundantes de la biología celular para describir la función de sistemas orgánicos.
Figura 5. Los biólogos nacen de la
observación.
La biología, sin importar la rama que estudias lidia con al
menos uno de los siguientes tres temas generales.
las poblaciones de seres vivos cambian a lo largo del tiempo
por mecanismos naturales. Este es el paradigma básico de la evolución y a lo
que nos referimos como hecho evolutivo. Los científicos han acumulado una gran
cantidad de información que prueba este concepto básico y que además expresan
diversos mecanismos que permiten que este hecho se dé.
La información por medio de la cual se generan las
estructuras por medio de las cuales los seres vivos pueden existir es otro de
los temas fundamentales de la biología. Su estudio se relaciona con la genética
y las proteínas.
Para existir, los seres vivos deben ser capaces de capturar
energía externa y mantenerla en sus cuerpos. Virtualmente la mayor parte de los
temas de anatomía lidian con este tema de mayor o menor medida.
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