COLEGIO NACIONAL "IBARRA"
INDICE
1. DEFINICION DE BIOLOGIA
2.HISTORIA DE LA BIOLOGIA
3. PRINCIPIOS DE LA BIOLOGIA
4. CARACTERISTICAS DE LO SERES VIVOS
4.1 ORGANIZACION ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL
4.2 XIOMAS DE LA BIOLOGIA
5. CARBOHIDRATOS
5.1 CLASES DE CARBOHIDRATOS
5.2 IMPORTANCIA DE LOS CARBOHIDRATOS
5.3 BIOMEMBRANAS Y PARED CELULAR
6. TEORIA CELULAR
7. EVOLUCION DE LA BIOLOGIA
8. CAMPOS DE ESTUDIO DE LA BIOLOGIA
9. SUBRAMAS DE LA BIOLOGIA
10. HOMEOSTASIS
10.1 FISIOLOGIA DE LOS ORGANISMOS
11. LA CELULA
12. VIDEO RELACIONADO A LA BIOLOGIA HUMANA
1 . BIOLOGÍA
La biología
estudia lo que tienen en común y también lo que distingue a las diferentes
formas de vida. De izquierda a derecha y de arriba a abajo se muestran diversas
formas de vida: E. coli (bacteria), helecho (planta), Drosera (planta carnívora), F. velutipes (hongo), escarabajo Goliat (insecto) y gacela (mamífero).
La biología (del griego bíos, vida, y -logia,
tratado, estudio, ciencia) es la ciencia que tiene como objeto de estudio a los
seres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus propiedades: nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc. Se ocupa tanto de la descripción de las características y los
comportamientos de los organismos individuales como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. De
este modo, trata de estudiar la estructura y la dinámica funcional comunes a
todos los seres vivos, con el fin de establecer las leyes generales que rigen
la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de ésta.
La palabra «biología» en su sentido moderno parece haber sido
introducida independientemente por Gottfried
ReinholdTreviranus (BiologieoderPhilosophie
der lebendenNatur, 1802) y por Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802). Generalmente se dice que el término fue acuñado en 1800 por Karl
Friedrich Burdach, aunque se
menciona en el título del tercer volumen de Philosophiaenaturalissivephysicaedogmaticae:
Geología, biología, phytologiageneralis et dendrologia, de Michael ChristophHanov y publicado en 1766.
2. HISTORIA DE LA BIOLOGÍA
El término biología se acuña durante la Ilustración por
parte de dos autores (Lamarck y Treviranus) que,
simultáneamente, lo utilizan para referirse al estudio de las leyes de la vida.
El neologismo fue empleado por primera vez en Francia en
1802, por parte de Jean-Baptiste Lamarck en su tratado de Hidrogeología.
Ignoraba que, en el mismo año, el naturalista alemán Treviranus había creado el
mismo neologismo en una obra en seis tomos titulada Biología o Filosofía de la
naturaleza viva: "la biología estudiará las distintas formas de vida, las
condiciones y las leyes que rigen su existencia y las causas que determinan su
actividad."
No obstante, a pesar de la reciente acuñación del
término, la biología tiene una larga historia como disciplina.
3. PRINCIPIOS DE LA BIOLOGÍA
A diferencia de la física, la biología no suele describir
sistemas biológicos en términos de objetos que obedecen leyes inmutables
descritas por la matemática. No obstante, se caracteriza por seguir algunos
principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen la
universalidad, la evolución, la diversidad, la continuidad, la homeóstasis y
las interacciones.
4. CARACTERÍSTICAS DE LOS
SERES VIVOS
4.1 ORGANIZACIÓN
ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL:
Los seres vivientes presentan una organización estructural y
funcional. Ambas, la estructura y la función, se encuentran estrechamente
interrelacionadas.
Más que un orden superior o una complejidad excepcional, lo que
distingue a los seres vivientes de los seres inertes es la organización de sus
estructuras y el encadenamiento de sus funciones. Las moléculas se organizan
para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos órganos, los
órganos aparatos y sistemas, y al conjunto de todos los sistemas forman un
individuo. Existen individuos que están formados por una sola célula, por
ejemplo las bacterias, los protistas y algunos hongos; sin embargo, aunque en
cantidad y/o volumen un organismo multicelular posea más materia, no serán más
complejos que un individuo unicelular.
Es posible encontrar seres inertes bien organizados, por lo que
necesitamos incluir otras características contextuales a la vida. La
observación del conjunto entero de características nos permite distinguir entre
seres vivos y seres inertes. Las otras características que nos ayudarán son la
Reproducción y la Evolución, aunque aún podamos encontrar seres inertes bien
organizados que se reproducen y evolucionan, hay otra característica que un ser
inerte no puede cubrir, la manipulación no-espontánea de la energía para continuar
obteniéndola del ambiente.
- REPRODUCCIÓN
La reproducción es la característica vital que permite al
individuo hacer copias de sí mismo. Aunque algunas moléculas orgánicas sean
capaces de hacer duplicados de ellas mismas, ellas carecen de las otras características
de los seres vivientes.
AXIOMAS
DE LA BIOLOGÍA NAHLE SABAG
- AXIOMA DE LA BIOGÉNESIS
En el tiempo
presente, la vida sólo procede de la vida, la vida no puede originarse de
materia inerte. Éste es el axioma biológico llamado Biogénesis.
Sin
embargo, este axioma no es coherente si se toma en cuenta la nueva definición
de vida a la luz de los nuevos descubrimientos. El axioma de la abiogénesis
actual es así:
Los seres vivos sólo proceden de seres vivos
preexistentes. Los seres vivos no pueden originarse de materia inerte dado que
las condiciones para generarse en el planeta Tierra no se presentan en la
actualidad.
La
continuidad de la vida depende de la transmisión de las características
hereditarias, las cuales residen en las moléculas de los ácidos nucleicos.
- AXIOMA DE LA INTRANSFERENCIA DE LA VIDA
La vida no puede ser
transferida, conferida o inducida a un sistema inerte, aun habiéndose tratado
de un sistema anteriormente vivo, sino que solamente puede ser continuada a
través de la secuencia reproductiva de un biosistema.
La
vida solamente puede ser continuada a través de la generación de nuevos
individuos a partir de individuos preexistentes. Esto se logra a través de la
reproducción, en la cual la perpetuación de la estructura molecular juega el
rol más importante.
- AXIOMA DE LA IRREPARABILIDAD DE LA VIDA
Una
vez perturbado el estado térmico peculiar de un biosistema es imposible
restaurarlo, ya sea por mecanismos naturales o por medio de los mecanismos
tecnológicos conocidos. Esto obedece a la irreversibilidad de la flecha del
tiempo, a la cual está ligado todo incremento en la entropía global del
Universo.
- EVOLUCIÓN
Los seres vivientes actúan
recíprocamente con su ambiente. Cuando las condiciones del entorno cambian, los
organismos tienen que adaptarse a esos cambios. La evolución se refiere a los
cambios que deben ocurrir en los organismos para que ellos se adapten a los
cambios del ambiente. Para que esos cambios en el organismo sean considerados
en el contexto de la adaptación evolutiva, ellos deben ocurrir en el ADN. De
esta manera, el cambio será heredado a la progenie.
Universalidad: bioquímica, células y el código genético
Representación esquemática de la molécula de ADN, la
molécula portadora de la información genética.
Hay muchas constantes universales y procesos comunes que
son fundamentales para conocer las formas de vida. Por ejemplo, todas las
formas de vida están compuestas por células, que
están basadas en una bioquímica común,
que es la química de los seres vivos. Todos los organismos perpetúan sus
caracteres hereditarios mediante el
material genético, que está basado en el ácido
nucleicoADN, que emplea un
código genético universal. En
la biología del desarrollo la característica de la universalidad también está
presente: por ejemplo, el desarrollo temprano del embrión sigue unos pasos
básicos que son muy similares en mucho organismos metazoo.
Los cromosomas
Sabemos que el ADN,
sustancia fundamental del material cromático difuso (así se observa en la
célula de reposo),está organizado estructural y funcionalmente junto a ciertas
proteínas y ciertos constituyentes en formas de estructuras abastonadas
llamadas cromosomas. Las unidades de ADN son las responsables de las
características estructurales y metabólicas de la célula y de la transmisión de
estos caracteres de una célula a otra. Estas reciben el nombre de genes y están
colocadas en un orden lineal a lo largo de los cromosomas.
Los genes
El gen es la unidad básica de material hereditario, y
físicamente está formado por un segmento del ADN del cromosoma. Atendiendo al
aspecto que afecta a la herencia, esa unidad básica recibe también otros
nombres, como recón, cuando lo que se completa es la capacidad de recombinación
(el recón será el segmento de ADN más pequeño con capacidad de recombinarse), y
mutón, cuando se atiende a las mutaciones (y, así, el mutón será el segmento de
ADN más pequeño con capacidad de mutarse).
En términos generales, un gen es un fragmento de ADN que
codifica una proteína o un péptido.
Filogenia
Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y
las relaciones genealógicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de
ADN y de proteínas, facilitadas
por el desarrollo técnico de la biología molecular y de
la genómica, junto
con el estudio comparativo de fósiles u
otros restos paleontológicos, generan la información precisa para el análisis
filogenético. El esfuerzo de los biólogos por abordar científicamente la
comprensión y la clasificación de la diversidad de la vida ha dado lugar al
desarrollo de diversas escuelas en competencia, como la fenética, que
puede considerarse superada, o la cladística. No se discute que el desarrollo
muy reciente de la capacidad de descifrar sobre bases sólidas la filogenia de
las especies está catalizando una nueva fase de gran productividad en el
desarrollo de la biología.
Diversidad: variedad de organismos vivos
Árbol filogenético de
los seres vivos basado en datos sobre su rARN. Los tres reinos principales de
seres vivos aparecen claramente diferenciados: bacterias, archaea y eucariotas tal y como fueron descritas inicialmente por Carl Woese. Otros árboles basados en datos genéticos de otro tipo
resultan similares pero pueden agrupar algunos organismos en ramas ligeramente
diferentes, presumiblemente debido a la rápida evolución del rARN. La relación
exacta entre los tres grupos principales de organismos permanece todavía como
un importante tema de debate.
A pesar de la unidad subyacente, la vida exhibe una
asombrosa diversidad en morfología, comportamiento y ciclos vitales. Para afrontar
esta diversidad, los biólogos intentan clasificar todas las formas de vida.
Esta clasificación científica refleja los árboles evolutivos (árboles filogenéticos) de
los diferentes organismos. Dichas clasificaciones son competencia de las
disciplinas de la sistemática y la taxonomía. La
taxonomía sitúa a los organismos en grupos llamados taxa,
mientras que la sistemática trata de encontrar sus relaciones.
5. CARBOHIDRATOS
Los
carbohidratos, o hidratos de carbono, son compuestos orgánicos
constituidos por átomos de Carbono, Oxígeno e Hidrógeno. También se les
denomina Azúcares, Glucósidos o Sacáridos. La fórmula básica para los
carbohidratos es CH2O.
5. 1 Clases de carbohidratos:
- Monosacáridos
(Sacárido
que no puede hidrolizarse para obtener sacáridos más pequeños), Disacáridos
(dos moléculas de monosacáridos) y Polisacáridos (tres o más moléculas de
monosacáridos).
Los
Monosacáridos son glucósidos que no se pueden hidrolizar para obtener moléculas
más pequeñas de glucósidos. (Presiona aquí para ver las fórmulas
estructurales de la Glucosa y de otros Monosacáridos).
- Disacáridos
Están
formados por dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico, por ejemplo la
Sacarosa (Glucosa+Fructosa), Maltosa (Glucosa+ Glucosa), la Lactosa
(Glucosa+Galactosa), etc. (Presiona aquí para aquí ver fórmulas
de Disacáridos).
- Polisacáridos
Son
polímeros de sacáridos, formados por tres o más monosacáridos unidos por
enlaces glucosídicos, como la Amilosa (almidón no ramificado), la cual está
formada exclusivamente por moléculas alfa-Glucosa, la Amilo pectina (almidón
ramificado), el Glucógeno (polímero de almacenamiento en los animales), la
Celulosa, etc. (Presiona aquí para ver ejemplos de
polisacáridos).
5. 2 IMPORTANCIA DE LOS CARBOHIDRATOS
Los
carbohidratos, o Hidratos de Carbono, son muy necesarios para la vida, pues
además de servir como fuente primaria de energía para los seres vivos, sirven
para formar estructuras celulares. Por ejemplo, la celulosa es el componente
principal de la pared celular en la célula vegetal.
5.3 BIOMEMBRANAS Y PARED CELULAR
La
célula posee un medio hídrico llamado citosol que contiene los factores
necesarios para su supervivencia. Este medio interno celular debe mantenerse
separado del entorno para evitar los cambios químicos que, de no existir esa
barrera, ocurrirían espontáneamente, terminando en la desorganización del
sistema completo.
El
medio interno celular debe mantenerse cuasi-estable, pues la obtención y la
biotransferencia de la energía son altamente específicas. Si el medio interno
de la célula quedase desprotegido, por ejemplo, cuando la membrana o la pared
celulares se rompen, la célula muere de inmediato porque los compuestos se
disgregan en el medio externo, apartándose de otras biomoléculas con las cuales
ellos interactúan. Además, muchas biomoléculas cambian o pierden sus
propiedades bióticas y su organización al quedar expuestas a la acción del
medio ambiente o a condiciones no estables.
Todas
las células tienen biomembranas que separan su ambiente interno del entorno.
Las bacterias tienen una membrana simple y una pared celular periférica, hecha
de peptidoglicano (proteínas + oligosacáridos), adyacente a la membrana
celular. Ambas estructuras, la membrana y la pared, contienen al citosol.
Algunas bacterias tienen una membrana externa simple, una pared celular
intermedia y otra membrana simple externa. Todas las células eucariotas poseen
una membrana fosfolipídica de dos capas externa. Las células vegetales poseen
una membrana fosfolipídica de dos capas interna con respecto a una pared
celular externa hecha de celulosa.
- La membrana citoplasmática
Está
constituida por una bi-capa fosfolipídica con proteínas incrustadas de afuera
hacia dentro. Imagínese la membrana citoplasmática como un sándwich de
aguacate, en el que las dos rebanadas de pan son las "cabezas" (hidrofilias)
de la bi-capa fosfolipídica, y el aguacate representa las "colas" de
la bi-capa fosfolipídica (hidrofóbicas), una capa es fijada a la otra por las
colas. Para completar nuestro sándwich, incrustamos aceitunas de un lado a
otro, y algunos fragmentos de palillos de dientes incrustados en la rebanada
superior y otros fragmentos en la rebanada más baja. Las aceitunas representan
unas estructuras muy importantes de la membrana proteica identificadas como
permeasas.
Las
permeasas son enzimas que transportan sustancias a través de la membrana
celular, sea hacia el interior o hacia el exterior de la célula, y son
altamente específicas en su función. Además de este papel, la membrana celular
opera como contenedor y como protección para el citoplasma. Los fragmentos de
palillo de dientes representan los carbohidratos, glicoproteínas, y
glucolípidos.
El
ingrediente vivo de la célula es el citoplasma. El citoplasma es un complejo de
sustancias orgánicas e inorgánicas, básicamente, proteínas, lípidos,
carbohidratos, minerales y agua. Estas sustancias se organizan para constituir
organelos, por ejemplo, el retículo endoplásmico, los ribosomas, los
cloroplastos, las mitocondrias, el aparato de Golgi, el nucléolo, el núcleo,
los lisosomas, las vacuolas, y los centrosomas.
6. TEORÍA CELULAR
1.
Todos los seres vivos están constituidos por células.
2.
Cada célula procede de otra célula (Biogénesis).
3.
Las reacciones químicas y los cambios de energía de un organismo, incluyendo la
Biosíntesis, ocurren en la célula.
4.
Cada célula contiene el material hereditario total (genoma), el cual es donado
por las células madre a las células hijas.
7. EVOLUCIÓN: EL PRINCIPIO CENTRAL DE LA BIOLOGÍA
Uno de los conceptos centrales de la biología es que toda
vida desciende de un antepasado común que ha
seguido el proceso de la evolución. De hecho, ésta es una de las razones por la
que los organismos biológicos exhiben una semejanza tan llamativa en las
unidades y procesos que se han discutido en la sección anterior. Charles
Darwin conceptualizó y publicó la teoría de la evolución en la
cual uno de los principios es la selección natural (a Alfred Russell Wallace se le
suele reconocer como codescubridor de este concepto). Con la llamada síntesis moderna de la
teoría evolutiva, la deriva
genética fue aceptada como otro mecanismo fundamental implicado
en el proceso.
8. CAMPOS DE ESTUDIO DE LA BIOLOGIA
La biología es una disciplina científica que
abarca un amplio espectro de campos de estudio que, a menudo, se tratan como
disciplinas independientes. Todas ellas juntas, estudian la vida en un amplio
rango de escalas. La vida se estudia a escala atómica y molecular en biología molecular, en bioquímica y en genética molecular. Desde
el punto de vista celular, se estudia en biología
celular, y a escala pluricelular se
estudia en fisiología, anatomía e histología. Desde
el punto de vista de la ontogenia o desarrollo de los organismos a nivel
individual, se estudia en biología del desarrollo.
Cuando se amplía el campo a más de un organismo, la genética trata
el funcionamiento de la herencia genética de los padres a su descendencia.
La ciencia que trata el comportamiento de los grupos es
la etología, esto
es, de más de un individuo. La genética de poblaciones
observa y analiza una población entera y la
genética sistemática trata los linajes entre
especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se examinan en la ecología y la biología evolutiva. Un
nuevo campo de estudio es la astrobiología (o
xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de la Tierra.
Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas.
Se proponen desde la tradicional división en dos reinos establecida por Carlos
Linneo en el siglo
XVII, entre animales y plantas, hasta
las actuales propuestas de sistemas cronísticos con
tres dominios que comprenden más de 20 reinos.
9. SUBRAMAS DE LA BIOLOGÍA
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- Anatomía: estudio de la estructura interna y externa de los seres vivos.
- Antropología: estudio del ser humano como entidad biológica.
- Biología epistemológica: estudio del origen filosófico de los conceptos biológicos.
- Biología marina: estudio de los seres vivos marinos.
- Biomedicina: Rama de la biología aplicada a la salud humana.
- Bioquímica:son los procesos químicos que se desarrollan en el interior de los seres vivos.
- Botánica: estudio de los organismos fotosintéticos (varios reinos).
- Citología: estudio de las células.
- Citogenética: estudio de la genética de las células (cromosomas).
- Citopatología: estudio de las enfermedades de las células.
- Citoquímica: estudio de la composición química de las células y sus procesos biológicos.
- Ecología: estudio de los organismos y sus relaciones entre sí y con el medio ambiente.
- Embriología: estudio del desarrollo del embrión.
- Entomología: estudio de los insectos.
- Etología: estudio del comportamiento de los seres vivos.
- Evolución: estudio del cambio y la transformación de las especies a lo largo del tiempo.
- Filogenia: estudio de la evolución de los seres vivos.
- Fisiología: estudio de las relaciones entre los órganos.
- Genética: estudio de los genes y la herencia.
- Genética molecular: estudia la estructura y la función de los genes a nivel molecular.
- Histología: estudio de los tejidos.
- Histoquímica: estudio de la composición química de células y tejidos y de las reacciones químicas que se desarrollan en ellos con ayuda de colorantes específicos.
- Inmunología: estudio del sistema inmunitario de defensa.
- Micología: estudio de los hongos.
- Microbiología: estudio de los microorganismos.
- Organografía: estudio de órganos y sistemas.
- Paleontología: estudio de los organismos que vivieron en el pasado.
- Taxonomía: estudio que clasifica y ordena a los seres vivos.
- Virología: estudio de los virus.
- Zoología: estudio de los animales.
Los cromosomas
Artículo principal:Cromosoma.
Sabemos que el ADN,
sustancia fundamental del material cromático difuso (así se observa en la
célula de reposo),está organizado estructural y funcionalmente junto a ciertas
proteínas y ciertos constituyentes en formas de estructuras abastonadas
llamadas cromosomas. Las unidades de ADN son las responsables de las
características estructurales y metabólicas de la célula y de la transmisión de
estos caracteres de una célula a otra. Estas reciben el nombre de genes y están
colocadas en un orden lineal a lo largo de los cromosomas.
Los genes
Artículo principal:Gen.
El gen es la unidad básica de material hereditario, y
físicamente está formado por un segmento del ADN del cromosoma. Atendiendo al
aspecto que afecta a la herencia, esa unidad básica recibe también otros
nombres, como recón, cuando lo que se completa es la capacidad de recombianción
(el recón será el segmento de ADN más pequeño con capacidad de recombinarse), y
mutón, cuando se atiende a las mutaciones (y, así, el mutón será el segmento de
ADN más pequeño con capacidad de mutarse).
En términos generales, un gen es un fragmento de ADN que
codifica una proteína o un péptido.
Filogenia
Artículo principal:Filogenia.
Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y
las relaciones genealógicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de
ADN y de proteínas, facilitadas
por el desarrollo técnico de la biología molecular y de
la genómica, junto
con el estudio comparativo de fósiles u
otros restos paleontológicos, generan la información precisa para el análisis
filogenético. El esfuerzo de los biólogos por abordar científicamente la
comprensión y la clasificación de la diversidad de la vida ha dado lugar al
desarrollo de diversas escuelas en competencia, como la fenética, que
puede considerarse superada, o la cladística. No se discute que el desarrollo
muy reciente de la capacidad de descifrar sobre bases sólidas la filogenia de
las especies está catalizando una nueva fase de gran productividad en el
desarrollo de la biología.
Diversidad: variedad de organismos vivos
Árbol filogenético de
los seres vivos basado en datos sobre su rARN. Los tres reinos principales de
seres vivos aparecen claramente diferenciados: bacterias, archaea y eucariotas tal y como fueron descritas inicialmente por Carl Woese. Otros árboles basados en datos genéticos de otro tipo
resultan similares pero pueden agrupar algunos organismos en ramas ligeramente
diferentes, presumiblemente debido a la rápida evolución del rARN. La relación
exacta entre los tres grupos principales de organismos permanece todavía como
un importante tema de debate.
A pesar de la unidad subyacente, la vida exhibe una
asombrosa diversidad en morfología, comportamiento y ciclos vitales. Para afrontar
esta diversidad, los biólogos intentan clasificar todas las formas de vida.
Esta clasificación científica refleja los árboles evolutivos (árboles filogenéticos) de
los diferentes organismos. Dichas clasificaciones son competencia de las
disciplinas de la sistemática y la taxonomía. La
taxonomía sitúa a los organismos en grupos llamados taxa,
mientras que la sistemática trata de encontrar sus relaciones.
Sin embargo, actualmente el sistema de Whittaker, el de los cinco reinos se cree ya desfasado. Entre las ideas más modernas, generalmente se acepta el sistema de tres dominios:
- Archaea (originalmente Archaebacteria)
- Bacteria (originalmente Eubacteria)
- Eucariota
Estos ámbitos reflejan si las células poseen núcleo o no,
así como las diferencias en el exterior de las células. Hay también una serie
de "parásitos
intracelulares" que, en términos de actividad metabólica son
cada vez "menos vivos", por ello se los estudia por separado de los
reinos de los seres vivos, estos serian los:
- Virus
- Viroides
- Priones
Hay un reciente descubrimiento de una nueva clase de
virus, denominado mimivirus, ha causado
que se proponga la existencia de un cuarto dominio debido a sus características
particulares, en el que por ahora sólo estaría incluido ese organismo.
Continuidad: el antepasado común de la vida
Artículo principal:LUCA.
Se dice que un grupo de organismos tiene un antepasado
común si tiene un ancestro común. Todos los
organismos existentes en la Tierra descienden de un ancestro común o, en su
caso, de un fondo genético ancestral. Este último ancestro
común universal, esto es, el ancestro común más reciente de todos los
organismos que existen ahora, se cree que apareció hace alrededor de 3.500 millones de años (véase
origen de la vida).
La noción de que "toda vida proviene de un
huevo" (del latín "Omnevivum ex ovo") es
un concepto fundacional de la biología moderna, y viene a decir que siempre ha
existido una continuidad de la vida desde su origen inicial hasta la actualidad.
En el siglo
XIX se pensaba que las formas de vida podían aparecer de
forma espontánea bajo ciertas condiciones (véase abiogénesis). Los
biólogos consideran que la universalidad del código genético es una prueba
definitiva a favor de la teoría del descendiente común universal (DCU)
de todas las bacterias, archaea y eucariotas.
Véase también:Sistema de tres dominios.
10. HOMEOSTASIS
adaptación al cambio
Simbiosis entre un pez payaso del género de los Amphipriones y las anémonas de mar. El pez protege a las anémonas de otros peces
comedores de anémonas mientras que los tentáculos de las anémonas protegen al
pez payaso de sus depredadores.
La homeostasis es la propiedad de un sistema
abierto de regular su medio interno para mantener unas
condiciones estables, mediante múltiples ajustes de equilibrio dinámico
controlados por mecanismos de regulación interrelacionados. Todos los
organismos vivos, sean unicelulares o pluricelulares tienen
su propia homeostasis. Por poner unos ejemplos, la homeostasis se manifiesta
celularmente cuando se mantiene una acidez interna estable (pH); a
nivel de organismo, cuando los animales de
sangre caliente mantienen una temperatura corporal interna constante; y
a nivel de ecosistema, al consumir dióxido de carbono las plantas
regulan la concentración de esta molécula en la atmósfera. Los tejidos y los órganos también pueden
mantener su propia homeostasis.
Interacciones: grupos y entornos
Todos los seres vivos interaccionan con otros organismos
y con su entorno. Una de las razones por las que los sistemas biológicos pueden
ser difíciles de estudiar es que hay demasiadas interacciones posibles. La
respuesta de una bacteria microscópica a la concentración de azúcar en su medio
(en su entorno) es tan compleja como la de un león buscando comida en la sabana
africana. El comportamiento de una especie
en particular puede ser cooperativo o agresivo; parasitario o simbiótico. Los
estudios se vuelven mucho más complejos cuando dos o más especies diferentes
interaccionan en un mismo ecosistema; el
estudio de estas interacciones es competencia de la ecología.
Alcance y disciplinas de la biología
La biología se ha convertido en una iniciativa
investigadora tan vasta que generalmente no se estudia como una única
disciplina, sino como un conjunto de subdisciplinas. Aquí se considerarán
cuatro amplios grupos.
- El primero consta de disciplinas que estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.;
- el segundo grupo considera la operación de estas estructuras a nivel de tejidos, órganos y cuerpos;
- una tercera agrupación tiene en cuenta los organismos y sus historias;
- la última constelación de disciplinas está enfocada a las interacciones.
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.
Estructura de la vida
11. LA CELULA
Una célula
(del latín célula, diminutivo de cella, "hueco")[es
la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el
elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede
clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si
sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o
las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama
pluricelulares. En estos últimos el número de células es variable: de unos
pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones, como en el
caso del ser humano. Las células suelen poseer un tamaño de 10 µm y una
masa de 1 ng, si bien existen células muchos mayores.
La teoría celular, propuesta en 1839 por Matthias
Jakob Schleiden y Theodor Schwann, postula que todos los organismos están
compuestos por células, y que todas las células derivan de otras precedentes.
De este modo, todas las funciones vitales emanan de la maquinaria celular y de
la interacción entre células adyacentes; además, la tenencia de la información
genética, base de la herencia, en su ADN permite la transmisión de aquella de generación
en generación.
La aparición del primer organismo vivo sobre la
Tierra suele asociarse al nacimiento de la primera célula. Si bien existen
muchas hipótesis que especulan cómo ocurrió, usualmente se describe que el
proceso se inició gracias a la transformación de moléculas inorgánicas en
orgánicas bajo unas condiciones ambientales adecuadas; tras esto, dichas biomolecular
se asociaron dando lugar a entes complejos capaces de autor replicarse. Existen
posibles evidencias fósiles de estructuras celulares en rocas datadas en torno
a 4 o 3,5 miles de millones de años (giga-años o Ga.).
Se han encontrado evidencias muy fuertes de formas
de vida unicelulares fosilizadas en microestructuras en rocas de la formación
Strelley Pool, en Australia Occidental, con una antigüedad de 3,4 Ga. Se
trataría de los fósiles de células más antiguos encontrados hasta la fecha.
Evidencias adicionales muestran que su metabolismo sería anaerobio y basado en
el sulfuro.
La biología molecular es el estudio de la biología a
nivel molecular. El campo se solapa con otras áreas de la biología, en
particular con la genética y la bioquímica. La biología molecular trata
principalmente de comprender las interacciones entre varios sistemas de una
célula, incluyendo la interrelación de la síntesis de proteínas de ADN y ARN y
del aprendizaje de cómo se regulan estas interacciones.
La biología celular estudia las propiedades fisiológicas de las
células, así como sus comportamientos, interacciones y entorno; esto se hace
tanto a nivel microscópico como molecular. La biología celular investiga los
organismos unicelulares como bacterias y células especializadas de organismos
pluricelulares como los humanos.
La comprensión de la composición de las células y de cómo
funcionan éstas es fundamental para todas las ciencias biológicas. La
apreciación de las semejanzas y diferencias entre tipos de células es
particularmente importante para los campos de la biología molecular y celular. Estas
semejanzas y diferencias fundamentales permiten unificar los principios
aprendidos del estudio de un tipo de célula, que se puede extrapolar y
generalizar a otros tipos de células.
La genética es la ciencia de los genes, la herencia y la variación de los
organismos. En la investigación moderna, la genética proporciona importantes
herramientas de investigación de la función de un gen particular, esto es, el
análisis de interacciones genéticas. Dentro de los
organismos, generalmente la información genética se encuentra en los cromosomas, y
está representada en la estructura
química de moléculas de ADN particulares.
Los genes codifican la información necesaria para
sintetizar proteínas, que a su vez, juegan un gran papel influyendo (aunque, en
muchos casos, no lo determinan completamente) el fenotipo final
del organismo.
La biología del desarrollo estudia el proceso por el que
los organismos crecen y se desarrollan. Con origen en la embriología, la
biología del desarrollo actual estudia el control genético del crecimiento celular, la diferenciación celular y la morfogénesis, que
es el proceso por el que se llega a la formación de los tejidos, de los órganos y de la anatomía.
Los organismos
modelo de la biología del desarrollo incluyen el gusano redondo
Caenorhabditiselegans, la
mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el
pez cebra Brachydaniorerio, el ratón Mus
musculus y la hierba Arabidopsisthaliana.
Fisiología de los organismos
La fisiología estudia los procesos mecánicos, físicos y
bioquímicos de los organismos vivos, e intenta comprender cómo funcionan todas
las estructuras como una unidad. El funcionamiento de las estructuras es un
problema capital en biología.
Tradicionalmente se han dividido los estudios
fisiológicos en fisiología vegetal y
animal, aunque los principios de la fisiología son universales, no importa qué
organismo particular se está estudiando. Por ejemplo, lo que se aprende de la
fisiología de una célula de levadura puede
aplicarse también a células humanas.
El campo de la fisiología animal extiende las
herramientas y los métodos de la fisiología humana a las
especies animales no humanas. La fisiología vegetal también toma prestadas
técnicas de los dos campos.
La anatomía es una parte importante de la fisiología y
considera cómo funcionan e interaccionan los sistemas orgánicos de los
animales como el sistema nervioso, el sistema inmunológico, el sistema
endocrino, el sistema respiratorio y el sistema circulatorio. El
estudio de estos sistemas se comparte con disciplinas orientadas a la medicina, como
la neurología, la inmunología y
otras semejantes. La anatomía comparada
estudia los cambios morfofisiológicos que han ido experimentando las especies a
lo largo de su historia evolutiva, valiéndose para ello de las homologías existentes en
las especies actuales y el estudio de restos fósiles.
Por otra parte, más allá del nivel de organización
organísmico, la ecofisiología
estudia los procesos fisiológicos que tienen lugar en las interacciones entre
organismos, a nivel de comunidades y ecosistemas, así como de las
interrelaciones entre los sistemas vivos y los inertes (como por ejemplo el
estudio de los ciclos biogeoquímicos o los
intercambios biosfera-atmósfera).
Diversidad y evolución de los organismos
En el campo de la genética de poblaciones la evolución de una población de
organismos puede representarse como un recorrido en un paisaje adaptativo. Las
flechas indican el flujo de la población sobre el espacio de adaptación y los
puntos A, B y C representarían máximos de adaptabilidad locales. La bola roja indica
una población que evoluciona desde una baja adaptación hasta la cima de uno de
los máximos de adaptación.
La biología de la evolución trata el origen y la
descendencia de las especies, así como su cambio a lo largo del tiempo, esto
es, su evolución. Es un campo
global porque incluye científicos de diversas disciplinas tradicionalmente
orientadas a la taxonomía. Por ejemplo,
generalmente incluye científicos que tienen una formación especializada en
organismos particulares, como la teriología, la ornitología o la herpetología,
aunque usan estos organismos como sistemas para responder preguntas generales
de la evolución. Esto también incluye a los paleontólogos que a
partir de los fósiles responden preguntas acerca del modo y el tempo de la
evolución, así como teóricos de áreas tales como la genética de poblaciones y la
teoría de la evolución. En los años
90 la biología del desarrollo hizo una reentrada en la
biología de la evolución desde su exclusión inicial de la síntesis moderna a
través del estudio de la biología evolutiva del
desarrollo. Algunos campos relacionados que a menudo se han
considerado parte de la biología de la evolución son la filogenia, la sistemática y la taxonomía.
Las dos disciplinas tradicionales orientadas a la
taxonomía más importantes son la botánica y la zoología. La botánica es el
estudio científico de las plantas. La botánica
cubre un amplio rango de disciplinas científicas que estudian el crecimiento, la reproducción, el metabolismo, el desarrollo, las enfermedades y la
evolución de la vida de la planta.
La zoología es la disciplina que trata el estudio de los
animales, incluyendo la fisiología, la anatomía y la embriología. La
genética común y los mecanismos de desarrollo de los animales y las plantas se
estudia en la biología molecular, la genética molecular y la
biología del desarrollo. La ecología de los
animales está cubierta con la ecología del comportamiento y
otros campos.
Clasificación de la vida
Artículos principales:SistemáticayTaxonomía.
El sistema de clasificación
dominante se llama taxonomía de Linneo, e
incluye rangos y nomenclatura binomial. El modo
en que los organismos reciben su nombre está gobernado por acuerdos
internacionales, como el Código
Internacional de Nomenclatura Botánica (CINB o ICBN
en inglés), el Código
Internacional de Nomenclatura Zoológica (CINZ o ICZN
en inglés) y el Código Internacional de
Nomenclatura Bacteriana (CINB o ICNB en inglés). En 1997 se
publicó un cuarto borrador del biocódigo (BioCode) en un intento de
estandarizar la nomenclatura en las tres áreas, pero no parece haber sido
adoptado formalmente. El Código Internacional de
Clasificación y Nomenclatura de Virus (CICNV o ICVCN en inglés)
permanece fuera del BioCode.
Organismos en interacción
Artículos principales:Ecología,EtologíayComportamiento.
La ecología estudia la distribución y la abundancia de
organismos vivos y las interacciones de estos organismos con su entorno. El
entorno de un organismo incluye tanto su hábitat, que
se puede describir como la suma de factores abióticos locales como el clima y la geología, así
como con los otros organismos con los que comparten ese hábitat. Las
interacciones entre organismos pueden ser inter- o intraespecíficas, y estas
relaciones se pueden clasificar según si para cada uno de los agentes en
interacción resulta beneficiosa, perjudicial o neutra.
Uno de los pilares fundamentales de la ecología es
estudiar el flujo de energía que se propaga a través de la red
trófica, desde los productores primarios hasta
los consumidores y detritívoros, perdiendo calidad dicha energía en el proceso
al disiparse en forma de calor. El principal aporte de energía a los
ecosistemas es la energía proveniente del sol, pero las plantas (en ecosistemas
terrestres, o las algas en los acuáticos) tienen una eficiencia fotosintética
limitada, al igual que los herbívoros y los carnívoros tienen una eficacia heterotrófica. Ésta es la
razón por la que un ecosistema siempre podrá mantener un mayor número y
cantidad de herbívoros que de carnívoros, y es por lo que se conoce a las redes
tróficas también como "pirámides", y es por esto que los ecosistemas
tienen una capacidad de carga
limitada (y la misma razón por la que se necesita mucho más territorio para
producir carne que vegetales).
Los sistemas ecológicos se
estudian a diferentes niveles, desde individuales y poblacionales (aunque en
cierto modo puede hablarse de una "ecología de los genes",
infraorganísmica), hasta los ecosistemas
completos y la biosfera, existiendo algunas hipótesis que
postulan que esta última podría considerarse en cierto modo un "supraorganismo"
con capacidad de homeostasis. La ecología
es una ciencia multidisciplinar y hace uso de muchas otras ramas de la ciencia,
al mismo tiempo que permite aplicar algunos de sus análisis a otras
disciplinas: en teoría de la comunicación se habla de Ecología de la información, y en
marketing se estudian los nichosde
mercado. Existe incluso una rama del pensamiento económico que
sostiene que la economía es un sistema abierto que debe ser considerado como
parte integrante del sistema ecológico global.
La etología, por otra parte, estudia el comportamiento
animal (en particular de animales sociales como los insectos sociales, los cánidos o los primates), y a
veces se considera una rama de la zoología. Los etólogos se han ocupado, a la
luz de los procesos evolutivos, del comportamiento y la comprensión del
comportamiento según la teoría de la selección natural. En
cierto sentido, el primer etólogo moderno fue Charles
Darwin, cuyo libro La expresión de las emociones en los
animales y hombres influyó a muchos etólogos posteriores al sugerir que
ciertos rasgos del comportamiento podrían estar sujetos a la misma presión
selectiva que otros rasgos meramente físicos.
El especialista en hormigas E. O. Wilson despertó una
aguda polémica en tiempos más recientes con su libro de 1980 Sociobiología:
La Nueva Síntesis, al pretender que la sociobiología
debería ser una disciplina matriz, que partiendo de la metodología desarrollada
por los etólogos, englobase tanto a la psicología como a
la antropología o la sociología y en
general a todas las ciencias sociales, ya que en su visión la naturaleza humana
es esencialmente animal. Este enfoque ha sido criticado por autores como el
genético R.C.Lewontin por exhibir un
reduccionismo que en última
instancia justifica y legitima las diferencias instituidas socialmente.
La etología moderna comprende disciplinas como la neuroetología,
inspiradas en la cibernética y con
aplicaciones industriales en el campo de la robótica y la neuropsiquiatría.
También toma prestados muchos desarrollos de la teoría de juegos,
especialmente en dinámicas evolutivas, y algunos de sus conceptos más populares
son el de gen egoísta, creado por Richard
Dawkins o el de Meme.
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