Biología

ciencia que estudia la vida y los seres vivos

La biología (del griego βίος [bíos] ‘vida’, y -λογία [-logía] ‘tratado, estudio o ciencia’[1][2]​) es la ciencia que estudia los procesos naturales[3]​ de los organismos vivos,[4]​ en diversos campos especializados.[1][5]

Escherichia coli (bacteria)
Helecho (planta)
Drosera (planta carnívora)
Flammulina velutipes (hongo)
Escarabajo Goliat (insecto)
Gacela (mamífero)
La biología estudia lo que tienen en común y también lo que distingue a las diferentes formas de vida. De arriba abajo: E. coli (bacteria), helecho (planta), Drosera (planta carnívora), Flammulina velutipes (hongo), escarabajo Goliat (insecto) y gacela (mamífero).

La biología 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 de esta.[cita requerida]

La escala de estudio va desde los subcomponentes biofísicos hasta los sistemas complejos. La biología moderna se divide en sub-disciplinas según los tipos de organismos y la escala en que se los estudia. La biología molecular es el estudio de la química fundamental de la vida, mientras que la biología celular tiene como objeto el examen de la célula, es decir, la unidad constructiva básica de toda la vida. A un nivel más elevado, la fisiología estudia la estructura interna del organismo.[cita requerida]

Los campos biológicos de la botánica, la zoología y la medicina surgieron desde los primeros momentos de la civilización, mientras que la microbiología fue introducida en el siglo XVII con el descubrimiento del microscopio. Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX cuando la biología se unificó, una vez que se descubrieron coincidencias en todos los seres vivos y se estudiaron como un conjunto. Algunos desarrollos clave en la ciencia de la biología fueron la genética, la teoría de la evolución mediante selección natural, la teoría microbiana de la enfermedad y la aplicación de técnicas de física y química a nivel celular y molecular, que dieron lugar a la biofísica y bioquímica, respectivamente.[cita requerida]

En su sentido moderno, la palabra «biología» parece haber sido introducida independientemente por Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 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 Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia, de Michael Christoph Hanow y publicado en 1766.[cita requerida]

EtimologíaEditar

En español, la palabra biología proviene del vocablo francés biologie,[6][1]​ tomado del griego βίος [bíos] que hace acepción a 'vida'[7]​ y -λογία [-logía] que significa 'tratado, estudio o ciencia",[8]​ por lo que se puede connotar como la 'ciencia de la vida'.[2]​ En el idioma inglés el término fue acuñado inicialmente en el idioma alemán en el siglo XIX d. C.[9]

Historia de la biologíaEditar

 
La portada del poema sobre la evolución de Erasmus Darwin The Temple of Nature muestra a una diosa que retira el velo de la naturaleza (en la persona de Artemisa). La alegoría y la metáfora han desempeñado a menudo un papel importante en la historia de la biología.
 
Detalle de una mosca de la innovadora Micrographia (1665) de Robert Hooke
 
Árbol de la vida de Ernst Haeckel (1879)

La historia de la biología narra y analiza la historia del estudio de los seres vivos, desde la Antigüedad hasta la época actual. Aunque la biología moderna es un desarrollo relativamente reciente (siglo XIX), las ciencias relacionadas e incluidas en ella se han estudiado como filosofía natural desde la antigüedad —antiguas civilizaciones de Mesopotamia, Egipto, subcontinente indio, China—, pero los orígenes de la biología moderna y su enfoque del estudio de la naturaleza se quieren originados en la antigua Grecia.[Mag. 1][10]​ Si bien el estudio formal de la medicina se remonta al Egipto faraónico —ver: Āyurveda y medicina en el Antiguo Egipto—, fue Aristóteles (384-322 a. C.) quien contribuyó más ampliamente al desarrollo de la biología. Especialmente importantes son su Historia de los animales y otras obras donde mostró inclinaciones naturalistas, y luego obras más empíricas que se enfocaron en la causalidad biológica y la diversidad de la vida. El sucesor de Aristóteles en el Liceo, Teofrasto, escribió una serie de libros sobre botánica (De historia plantarum) que sobrevivieron como la contribución más importante de la antigüedad a las ciencias de las plantas, incluso hasta la Edad Media.[11]

La decadencia del Imperio romano llevó a la desaparición o la destrucción de gran cantidad de conocimiento, aunque los médicos todavía conservaron la tradición griega en formación y práctica. En Bizancio y el mundo islámico, muchos de los trabajos griegos fueron traducidos al árabe y muchos de los trabajos de Aristóteles fueron preservados. La historia natural se basó en gran medida en el pensamiento aristotélico, especialmente en la defensa de una jerarquía de vida fija, destacando la obra de algunos eruditos que escribieron sobre biología, como al-Jahiz (781-869), Al-Dīnawarī (828-896), que escribió sobre botánica,[12]​ y Rhazes (865-925) que escribió sobre anatomía y fisiología. Avicena (980-1037)fue el gran médico que continuo las tradiciones grecorromanas e introdujo los ensayos clínicos y la farmacología clínica en su enciclopedia El canon de medicina,[13]​ que se utilizó como texto de referencia para la enseñanza médica europea hasta el siglo XVII.[14][15]

Durante el Renacimiento y principios de la Edad Moderna —beneficiándose del desarrollo de la impresión por Gutenberg alrededor de 1450, con la creciente impresión de libros dedicados a la historia natural profusamente ilustrados con grabados— el pensamiento biológico experimentó una revolución en Europa, con un renovado interés hacia el empirismo y por el descubrimiento de gran cantidad de nuevos organismos. Figuras prominentes de este movimiento fueron Vesalio y Harvey, que utilizaron la experimentación y la observación cuidadosa de la fisiología. Pero la biología comenzó a desarrollarse y crecer rápidamente con la espectacular mejora del microscopio de Anton van Leeuwenhoek. Fue entonces cuando los estudiosos descubrieron los espermatozoides, las bacterias, los infusorios y la diversidad de la vida microscópica, todo un mundo antes desconocido. Las investigaciones de Jan Swammerdam llevaron a un nuevo interés en la entomología y ayudaron a desarrollar las técnicas básicas de disección microscópica y tinción.[Mag. 2]

Los avances en microscopía también tuvieron un profundo impacto en el pensamiento biológico. A principios del siglo XIX, varios biólogos señalaron la importancia central de la célula. Luego, en 1838, Schleiden y Schwann comenzaron a promover las ideas ahora universales de que (1) la unidad básica de los organismos era la célula y (2) que las células individuales tenían todas las características de la vida, aunque se oponían a la idea de que (3) todos las células proviniesen de la división de otras células. Sin embargo, gracias al trabajo de Robert Remak y Rudolf Virchow, en la década de 1860 la mayoría de los biólogos ya aceptaban los tres principios de lo que llegó a conocerse como teoría celular, que proporcionaba una nueva perspectiva sobre los fundamentos de la vida.[16][Co. 1]

A lo largo de los siglos XVIII y XIX algunas ciencias biológicas, como la botánica y la zoología, se convirtieron en disciplinas científicas cada vez más profesionales. Lavoisier y otros científicos físicos comenzaron a unir los mundos animados e inanimados a través de la física y química. Los exploradores-naturalistas, como Alexander von Humboldt investigaron la interacción entre organismos y su entorno, y los modos en que esta relación depende de la situación geográfica, iniciando así la biogeografía, la ecología y la etología. Los naturalistas, a partir de los resultados obtenidos en los campos de la embriología y la paleontología, comenzaron a rechazar el esencialismo y a considerar la importancia de la extinción y la mutabilidad de las especies. La importancia creciente de la teología natural, en parte una respuesta al alza de la filosofía mecánica, y la pérdida de fuerza del argumento teleológico impulsó el crecimiento de la historia natural. Mientras tanto, la taxonomía y la clasificación de la diversidad de la vida y el registro fósil se convirtieron en el centro de atención de los historiadores naturales, así como el desarrollo y el comportamiento de los organismos. Carl Linnaeus publicó una taxonomía básica para el mundo natural en 1735 (cuyas variaciones se han utilizado desde entonces), y en la década de 1750 introdujo nombres científicos para todas sus especies.[Ma. 1]Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon, trató las especies como categorías artificiales y las formas vivas como maleables, sugiriendo incluso la posibilidad de una descendencia común. Aunque se opuso a la evolución, Buffon es una figura clave en la historia del pensamiento evolucionista; su trabajo influyó en las teorías evolutivas tanto de Lamarck como de Darwin.[Ma. 2]

El pensamiento evolutivo serio se originó con las obras de Jean-Baptiste Lamarck, quien fue el primero en presentar una teoría coherente de la evolución.[17]​ Postuló que la evolución era el resultado del estrés ambiental sobre las propiedades de los animales, lo que significaba que cuanto más frecuente y rigurosamente se usaba un órgano, más complejo y eficiente se volvería, adaptando así al animal a su entorno. Lamarck creía que estos rasgos adquiridos podrían luego transmitirse a la descendencia del animal, que los desarrollaría y perfeccionaría aún más.[18]​ Sin embargo, fue el naturalista británico Charles Darwin, que combinando el enfoque biogeográfico de Humboldt, la geología uniformista de Lyell, los escritos de Malthus sobre el crecimiento de la población y su propia experiencia morfológica y extensas observaciones naturales, quien forjó una teoría evolutiva más exitosa basada en la selección natural; un razonamiento y pruebas similares llevaron a Alfred Russel Wallace a llegar de forma independiente a las mismas conclusiones.[Ma. 3][La. 1]​ Aunque fue objeto de controversia (que continúa hasta el día de hoy), la teoría de Darwin se extendió rápidamente a través de la comunidad científica y pronto se convirtió en un axioma central de la ciencia de la biología en rápido desarrollo. El final del siglo XIX vio la caída de la teoría de la generación espontánea y el nacimiento de la teoría microbiana de la enfermedad, aunque el mecanismo de la herencia genética fuera todavía un misterio.

A principios del siglo XX, el redescubrimiento del trabajo de Mendel sobre la representación física de la herencia condujo al rápido desarrollo de la genética por parte de Thomas Hunt Morgan y sus discípulos y la combinación de la genética de poblaciones y la selección natural en la síntesis evolutiva moderna durante los años 1930. En la década de 1940 y principios de la de 1950, los experimentos señalaron que el ADN era el componente de los cromosomas que contenía las unidades portadoras de rasgos que se conoceran como genes. Un enfoque en nuevos tipos de organismos modelo como virus y bacterias, junto con el descubrimiento de Watson y Crick de la estructura de doble hélice del ADN en 1953, marcó la transición a la era de la genética molecular. Desde la década de 1950 hasta la actualidad, la biología se ha extendido enormemente en el dominio molecular. El código genético fue descifrado por Har Gobind Khorana, Robert W. Holley y Marshall Warren Nirenberg después de que se entendiera que el ADN contenía codones. Finalmente, en 1990 se lanzó el Proyecto Genoma Humano con el objetivo de mapear el genoma humano general. Este proyecto se completó esencialmente en 2003,[19]​ y aún se están publicando análisis adicionales. El Proyecto Genoma Humano fue el primer paso en un esfuerzo globalizado para incorporar el conocimiento acumulado de la biología en una definición funcional y molecular del cuerpo humano y de los cuerpos de otros organismos.

La biología, que tras el establecimiento del dogma central de la biología molecular y del descifrado del código genético, se había dividido fundamentalmente entre la biología orgánica —los campos que trabajan con organismos completos y grupos de organismos— y los campos relacionados con la biología molecular y celular, a finales del siglo XX, con la aparición de nuevos campos como la genómica y la proteómica, invertía esa tendencia, con biólogos orgánicos usando técnicas moleculares, y biólogos moleculares y celulares investigando la interacción entre genes y el entorno, así como la genética de poblaciones naturales de organismos.

Organismos vivosEditar

 
Los virus se consideran como un tipo de organismo en debate, esto debido a que cuentan con diversos de los criterios para considerarlo como un ser vivo, pero generalmente se cavila, hasta la fecha, que no lo son, esto debido a sus cualidades particulares, como falta de datos de su homeostasis, su incapacidad de reproducirse sin un hospedero o la falta de una estructura celular.[20]

Los organismos se definen como el conjunto de entidades que manifiestan vida,[21]​ sin embargo hasta la actualidad no se ha podido definir ni delimitar a los seres vivos con precisión,[20]​ por lo que se han desarrollado listas con características en común entre ellos, llamadas propiedades de la vida, la cual define que para considerar una entidad como un ser vivo debe de cumplir con las siguientes cualidades; una estructura organizada, metabolismo, homeostasis, crecimiento, reproducción, irritabilidad y evolución;[20]​ no obstante la lista discrepa dependiendo del autor, por lo que otras listas incluyen; movimiento, adaptación, ADN, carbono, entre otras,[21]​ como propiedades definitorias que debe tener un ser vivo, o incluso otras listas eliminan características como la reproducción, puesto que no es una propiedad obligatoria de los seres vivos.[20]

El registro más antiguo que se tiene de un organismo vivo es de 3 800 millones de años, cuatrocientos millones de años antes de lo que se conocía anteriormente, de acuerdo a un estudio de 1996 de la Universidad de California en los Ángeles (UCLA).[22]

Niveles de organizaciónEditar

Un organismo vivo es el resultado de los procesos bioquímicos que se dan gracias a la organización compleja de la materia con la siguiente jerarquía:[2]

  • Célula: Unidad mínima estructural y funcional de los organismos vivos.[2]
  • Tejido: Conjunto de células de la misma naturaleza que desempeñan una función en común.[23]
  • Órgano: Grupo de diversos tejidos que forman una unidad funcional.[24]
  • Aparatos: Sistema de órganos que desempeñan una función particular.[25]
  • Organismo: Resultado de la organización y funcionamiento de los niveles anteriores.[2]
  • Especie: Grupo de seres semejantes entre sí.[26]
  • Población: Conjunto de una especie en una área determinada.[27]
  • Comunidad: Población que interactúa en una área determinada.[2]
  • Ecosistema: Comunidad que se desarrolla con los medios físicos de un ambiente.[28]
  • Biosfera: Conjunto de los recursos donde se desarrolla vida.[29]

Componentes químicosEditar

BioelementosEditar

Son los elementos químicos esenciales para el desarrollo de una especie.[30]​ Estos se clasifican en dos grupos: primarios y secundarios:[2]

  • Bioelementos primarios: Los constituyen el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, conjunto abreviado comúnmente como 'CHON'. Estos componen hasta el 95% de la masa total de las biomoléculas.[2]
  • Bioelementos secundarios: Los conforman el azufre, fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro. Estos componen hasta el 4.5% de la masa total de las biomoléculas.[2]

BiomoléculasEditar

También conocidas como sustancias orgánicas, son las moléculas que se hallan en todas las células, las cuales están constituidas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.[2]​ Éstas conforman sustancias esenciales para el desarrollo de las especies, entre ellas carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas, entre otros.[2]

Biomolécula Clasificación Subclasificación
Carbohidratos También conocidos como glúcidos, son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, estos dos últimos en forma de  .[31]​ Estos componen la principal fuente de energía de las células.[2]​ Dependiendo con la cantidad de monómeros en su estructura, estos se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.[2] Monosacáridos Azúcares simples que no se pueden descomponer en otras por acción del agua.[32] Glucosa Aldohexosa que forma un sólido blanco de sabor dulce soluble en agua. Se encuentra en diversos frutos y forma parte de moléculas más complejas.[2][33] α- d -glucopiranosa.
Fructosa Azúcar de las frutas. Unido a la glucosa forma la sacarosa.[34] β- d -Fructofuranosa.
Ribosa Aldopentosa que compone la estructura de algunos ácidos nucleicos.[35] β- d- ribofuranosa
Disacáridos Formados por dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico.[2][36] Sacarosa Sustancia cristalina soluble en agua que se encuentra en las cañas dulces, remolacha, entre otros.[37]
Lactosa Azúcar constituida por glucosa y galactosa. Constituye el azúcar de la leche.[38] β- d- Lactosa
Polisacáridos Formados por varios monosacáridos.[39] Almidón Es el principal polisacárido de reserva energética de la mayoría de los vegetales.[40] Estructura de la molécula de amilosa.
Celulosa Constituye las paredes celulares de las células vegetales.[41]
Glucógeno Es el principal polisacárido de reserva energética animal, cuya sustancia de reserva, al ser utilizada, se transforma en glucosa. Esta presente el hígado y en menor medida los músculos y algunos tejidos.[42]
Lípidos Los lípidos (del griego lipos que se connota como 'grasa') son biomoléculas formadas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos como el benceno o éter.[2][43]​ Los lípidos son el resultado de la esterificación de alcoholes con ácidos grasos, de ahí se clasifican en simples, compuestos y derivados.[2][43]​ A pesar de que no todos los lípidos contienen ácidos grasos, a estos se les considera como la unidadmonomérica de estos.[2] Saponificables Sustancia grasa que puede convertirse en jabón en la combinación con un hidróxido sódico (NaOH).[44] Triglicéridos Éster compuesto por un glicerol y tres ácidos grasos. Es el principal compuesto de la grasa tanto corporal como vegetal.[45]​ Funge como fuente de reserva energética además de funcionar como aislante térmico en los animales.[2] Saturados Aquellos cuyos ácidos grasos son saturados. Son de origen animal y se encuentran en estado sólido a temperatura ambiente, por ejemplo el sebo o la manteca.[2] Ejemplo de un triglicérido graso instaurado (C55 H98O6). Parte izquierda: glicerol; parte derecha, de arriba abajo: ácido palmítico, ácido oleico, ácido alfa-linolénico.
Insaturados Aquellos cuyos ácidos grasos son insaturados. Se les llama aceites.[2]
Fosfolípidos Lípidos complejos formados por una glicerina, un grupo fosfato y dos ácidos grasos. Son considerados moléculas anfipáticas, es decir que un extremo de esta es polar con una mezcla de   y el otro es apolar y no se mezcla con el agua; los fosfolípidos permiten la interacción de   con la célula.[2]​ Estas moléculas forman una capa lipídica la cual conforma la membrana celular.[2]
Ceras Sustancia sólida,blanda y fundible.[46]​ Funciona como impermeabilizante.[2] Palmitato de cetilo, un éster de cera típico .
Insaponificables No contienen ácidos grasos, por lo tanto no pueden formar jabones.[2] Esteroides Sustancia policíclica.[47]​ Algunas de sus funciones son fungir como componente importante de las membranas celulares donde altera la fluidez de la membrana, además de funcionar como molécula de señalización.[48] Colesterol Alcohol derivado de los esteroides. Es insoluble en agua, forma parte de la membrana celular y su consumo en exceso puede producir ateroesclerosis.[49]
Hormonas sexuales Andrógenos, estrógenos y progestágenos.[2] Estradiol, un esteroide sexual de estrógeno importante tanto en mujeres como en hombres.
Isoprenoides Hidrocarburo con grupos funcionales que se encuentra hasta en el 60% de todos los productos naturales.[50][51] Estructura molecular simplificada del isopreno.
Ácidos nucleicos Biopolímeros formados por grupos fosfatos, pentosas (ribosa [ARN] o desoxirribosa [ADN]) y bases nitrogenadas. Estos almacenan, envían y codifican la información genética para la síntesis de proteínas.[52][53][54]​ Estos se encuentran dentro de las células.[2] ADN El ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA) es el nombre científico de un compuesto químico de moléculas[55]​ autorreplicantes[56]​ unidos por enlaces covalentes y puentes de hidrógeno. Son un biopolímero[57]​ constituido de nucleótidos[58]​ (conformados por una base nitrogenada[20][59]​ y un grupo fosfato[57]​) y azúcar desoxirribosa.[57]​ Es el sistema central de almacenamiento de información de la mayoría de los seres vivos,[55]​ y de incluso algunos virus.[55]​ Establece el material genético de las células y comprende en su secuencia la información para la síntesis de proteínas[57]​ y moléculas de ARN.[55]​ La mayor parte del ADN se encuentra en el interior del núcleo, en el caso de una célula eucariota,[60]​ o en el citoplasma en el caso de una procarionta;[61]​ lugares donde se forman los cromosomas; estos contienen proteínas llamadas histonas que se unen al ADN.[55]

La estructura del ADN consiste en dos cadenas que se enrollan entre ellas para formar una estructura de doble hélice.[43][62]​ Cada cadena tiene una parte central formada por azúcares (desoxirribosa) y grupos fosfato, a los que se enlazan moléculas llamadas bases nitrogenadas.[55][43]​ Enganchado a cada azúcar hay una de las siguientes 4 bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G), y timina (T).[55][43]​ Las dos cadenas se mantienen unidas por enlaces entre las bases; la adenina se enlaza con la timina (A-T), y la citosina con la guanina (C-G).[55][43]

Estructura de ARN y ADN respectivamente.
ARN El ácido ribonucleico (ARN o RNA) son biopolímeros lineales[63]monocatenarios.[64]​ Adjunto a cada ribosa hay una de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), uracilo (U), citosina (C) o guanina (G).[64]​ Existen diferentes tipos de ARN en la célula: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt).[64] ARN mensajero Lleva información del ADN a los ribosomas para traducirse durante la síntesis de una proteína.[65]
ARN ribosómico Constituyen gran parte de las ribosas. Su función es ensamblar los aminoácidos para formar proteínas.[2]
ARN de transferencia Envía los aminoácidos a los ribosomas para la síntesis de proteínas siguiendo la información del ARNm.[2]
Aminoácidos Sustancia química conformada por un carbono asimétrico unido a un grupo amino, un grupo carboxilo y una cadena lateral (grupo R) la cual constituye las cualidades particulares de cada aminoácido.[2][66]​ Existe una gran diversidad de estas sustancias de las cuales solo 20 forman a las proteínas; de estas existen dos clasificaciones para la especie humana: esenciales y no esenciales.[2] Esenciales Aquellos que las células de los seres humanos no pueden producir, por lo que deben ingerirlas en su dieta.[2] Treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina, fenilalanina y histidina.[2] Estructura general de un aminoácido.
No esenciales Aquellos que las células de los seres humanos si pueden sintetizar.[2] Glicina, ácido glutámico, ácido aspártico, alanina, arginina, asparagina, cisteína, glutamina, prolina, serina y tirosina.[2]
Proteínas Sustancia constituida por cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, los cuales se forman entre un grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro y la pérdida de una molécula de agua. Cada proteína tiene una secuencia diferente de aminoácidos los cuales determinan las funciones de estas.[2] Primarias Formados por una secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos y disulfuros; su estructura indica la cantidad y orden de aminoácidos presentes.[2]
Secundarias Disposición espacial de la secuencia de aminoácidos; se forma por puentes de hidrógeno.[2] Alfa hélice Depende de la capacidad de rotación de los carbonos alfa de los aminoácidos; estos enrollan helicoidalmente la cadena de aminoácidos en sentido dextrógiro. En esta estructura hay puentes de hidrógeno entre  y   cada cuatro aminoácidos.[2]
Lámina beta Los aminoácidos forman una estructura de zigzag asociándose entre sí estableciendo puentes de hidrógeno.[2]
Terciarias Disposición tridimensional de las proteínas secundarias; tanto alfa hélice, lamina beta y su combinación. Para las proteínas con una sola cadena polipeptídica este nivel es la máxima información estructural que se puede obtener.[2] Globulares Estructura con forma de glóbulo y son solubles en agua. Sus funciones son reguladoras y enzimáticas.[2]
Fibrosas Estructura con forma de fibra y no son solubles en agua. Tiene funciones estructurales.[2]
Cuaternarias Estructura que expone las uniones entre las diversas cadenas polipeptídicas de la proteína. Solo se presentan en proteínas con más de una cadena polipeptídica.[2]
  • Esta tabla contiene únicamente algunas de las biomoléculas más relevantes y/o comunes de los organismos vivos. La clasificación y relevancia puede discrepar dependiendo del autor.

Principios de la biologíaEditar

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.

Universalidad: bioquímica, células y el código genéticoEditar

 
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 nucleico ADN, 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 muchos organismos metazoo.

Evolución: el principio central de la biologíaEditar

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.

CromosomasEditar

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.

GenesEditar

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.

FilogeniaEditar

Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y las relaciones genealógicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de ADN, ARN 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 vivosEditar

 
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 descritos 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 taxones, mientras que la sistemática trata de encontrar sus relaciones.

Haeckel
(1866)
Tres reinos
Chatton
(1925)
Dos reinos
Copeland
(1938 y 1956)
Cuatro reinos
Whittaker
(1969)
Cinco reinos
Woese
(1977 y 1990)
Tres dominios
Animalia Eukaryota Animalia Animalia Eukarya
Plantae Plantae Plantae
Protoctista Fungi
Protista Protista
Prokaryota Monera Monera Archaea
Bacteria

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:

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 serían los:

Hay un reciente descubrimiento de una nueva clase de virus, denominado los Nucleocytoviricota, ha causado que se proponga la existencia de un cuarto dominio debido a sus características particulares, en el que por ahora solo estaría incluido estos organismos, sin embargo esta propuesta se ve desafiada por la transferencia horizontal de genes entre estos virus y sus huéspedes.

Continuidad: el antepasado común de la vidaEditar

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 estima que apareció hace alrededor de 4250 millones de años (véase origen de la vida).[67][68]

La noción de que «toda vida proviene de un huevo» (del latín Omne vivum 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.

Homeostasis: adaptación al cambioEditar

 
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 que regula 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 ejemplo, 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 entornosEditar

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 biologíaEditar

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.

La biología es asimismo una de las principales ciencias del karst objeto de la espeleología, ocupándose de los organismos que viven en cavidades subterráneas.[69]

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 cladísticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.

Estructura de la vidaEditar

 
Esquema de una típica célula animal con sus orgánulos y estructuras: 1. Nucléolo 2. Núcleo celular 3. Ribosoma 4. Vesículas de secreción 5. Retículo endoplasmático rugoso 6. Aparato de Golgi 7. Citoesqueleto 8. Retículo endoplasmático liso 9. Mitocondria 10. Vacuola (solo en vegetales) 11. Citoplasma 12. Lisosoma (solo en animales) 13. Centríolo

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 Caenorhabditis elegans, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el pez cebra Brachydanio rerio, el ratón Mus musculus y la hierba Arabidopsis thaliana.

Fisiología de los organismosEditar

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 organismosEditar

 
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 tiempo de la evolución, así como teóricos de áreas tales como la genética de poblaciones y la teoría de la evolución. En los años 1990 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 vidaEditar

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 interacciónEditar

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 nichos de 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.

Problemas básicos no resueltos en la biologíaEditar

A pesar de los profundos avances realizados en las últimas décadas en nuestra comprensión de los procesos fundamentales de la vida, algunos problemas básicos están pendientes de resolver. Uno de ellos es la función adaptativa primaria del sexo, y particularmente sus procesos clave como la meiosis en eucariotas y la recombinación homóloga. Una teoría es que el sexo evolucionó principalmente como una adaptación que promovió una mayor diversidad genética, aportando así una mayor base de actuación a la selección natural. (Véase también Evolución de la reproducción sexual).[cita requerida]

Otro problema básico no resuelto satisfactoriamente en biología son la bases biológicas del envejecimiento. En la actualidad, no existe un consenso sobre la causa subyacente al envejecimiento, para el que se han propuesto varias teorías.[cita requerida]

Véase tambiénEditar

ReferenciasEditar

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    Enlaces externosEditar