INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA GENERAL
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- Marta Ortiz Arroyo
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1 INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA GENERAL GUSTAVO LOZANO CASABIANCA Biólogo M. Sc. Profesor Titular Escuela de Nutrición y Dietética Universidad de Antioquia YOENIS GARCÍA HERRERA Biólogo M. Sc. Profesor de cátedra Escuela de Nutrición y Dietética Universidad de Antioquia SEBASTIAN GARCÍA RESTREPO Estudiante Instituto de Biología Universidad de Antioquia CLARA I. ORTIZ RAMIREZ Bióloga Estudiante de maestría en Biología Universidad de Antioquia UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA ESCUELA DE NUTRICIÓN Y DIETÉTICA MEDELLÍN 2015
2 Unidad 1. UN VISTAZO A LA VIDA Como biología se entiende el estudio científico de la vida o de los organismos vivos, aunque, más que cualquier cosa la biología es una indagación, una búsqueda continua para descubrir la naturaleza de la vida (1). Dicho estudio se extiende desde escalas microscópicas, como son las moléculas y las células que constituyen los organismos, hasta la escala global del planeta vivo en su totalidad (1). La biología, es una ciencia exigente, en parte porque los sistemas vivos son demasiados complejos y en parte porque la biología es una ciencia interdisciplinaria que requiere conocimientos de química, fisiología, anatomía, física y matemáticas entre otras; a la vez que está relacionada con áreas como la medicina, las humanidades y ciencias sociales, en cuanto que la comprensión del ser humano, la solución de problemas sociales, de salud, de contaminación y el mejoramiento de nuestro ecosistema, pueden ser abordadas desde una perspectiva biológica (1). Niveles de organización biológica. Para facilitar la comprensión de los procesos, relaciones y estructura de los organismos vivos, los biólogos han propuesto una jerarquización de la organización biológica así: biosfera, ecosistemas, comunidades, poblaciones, organismos, órganos, sistemas orgánicos, tejidos, células, orgánulos y moléculas (1). La biosfera es la parte del planeta tierra que comprende todos los ambientes que están habitados por seres vivos. Incluye la mayor parte de las regiones terrestres; regiones acuosas (como océanos, lagos y ríos); y la atmosfera. Los ecosistemas comprenden todos los seres vivos de un área particular junto con los componentes abióticos del medio con que interactúan, como el suelo, el agua, los gases de la atmosfera y la luz. Son ejemplos de ecosistemas los lagos, los arrecifes de coral, bosques, ríos, desiertos, entre otros. Las comunidades son el conjunto de organismos que habitan un ecosistema particular, como por ejemplo un bosque en el que se encuentran diferentes plantas, mamíferos, reptiles, insectos, etc.
3 Las poblaciones son todos los individuos de las especies que viven dentro de un área específica, es decir, las comunidades se componen del conjunto de poblaciones que habitan un área específica. Un ejemplo de población sería los individuos de la palma de cera (Ceroxylon quindiuense) presentes en el departamento del Quindío. Los organismos son los seres vivos individuales, es decir, cada uno de los individuos que componen las poblaciones. Los órganos son partes del cuerpo de los organismos, están compuestos por dos o más tejidos. Por ejemplo en una planta, las hojas, los tallos y las raíces son órganos; en los seres humanos son órganos el cerebro, los pulmones, el corazón, etc. En los organismos complejos, como los animales, los órganos están organizados en sistemas o aparatos, cada uno de los cuales está constituido por un conjunto de órganos que tienen una función específica. Por ejemplo el aparato digestivo del hombre comprende órganos como la lengua, el estómago y los intestinos. Los tejidos son el siguiente orden de jerarquización, por lo general se requiere de herramientas, como los microscopios, para ser observados. Los tejidos conforman los órganos y están constituidos por unidades denominadas células. Las células son la unidad fundamental de la estructura y de la función de los seres vivos. Existen organismos unicelulares como las bacterias o multicelulares como los animales o plantas. En los organismos multicelulares se da una división del trabajo celular, en la que un conjunto de ellas realizan una función determinada. Por ejemplo el cuerpo humano consta de billones de células, como las células musculares y nerviosas, que conforman un tejido especializado. El tejido muscular está constituido por fascículos de células musculares. Los orgánulos son los diferentes componentes que conforman las células como por ejemplo los cloroplastos, el núcleo, las mitocondrias, el aparato de Golgi, etc. En el siguiente nivel de organización están las moléculas, que son estructuras químicas que constan de dos o más unidades químicas denominadas átomos. Por ejemplo, una de las moléculas más importantes en la tierra es la clorofila, que se encarga de absorber la luz solar, en la primera etapa de la fotosíntesis, para convertir la energía lumínica en energía química (1).
4 La diversidad de la vida: punto clave en la biología La biología explora la vida a través de la diversidad de especies. La diversidad parece ser un sello distintivo de la vida, se han identificado y nombrado cerca de 1,8 millones de especies entre las cuales 1 millón corresponden a insectos! Entre toda esa diversidad se reconoce una unidad que se da a nivel molecular y celular, y es el lenguaje genético universal: el ADN. Pero cómo explicar esa gran diversidad de organismos y a la vez dicha unidad? La teoría de la evolución orgánica nos da una explicación de ello. Charles Darwin en 1859 publicó el libro Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural, en este presentó evidencias que sostenían que las especies contemporáneas surgían de una sucesión de ancestros. A lo cual le dio el nombre de descendencia con modificaciones. Pero Darwin fue más allá y propuso un mecanismo evolutivo que llamó Selección Natural para explicar la descendencia con modificaciones. La selección natural favorece caracteres que aumentan la supervivencia de sus poseedores en la medida en que el mejoramiento en la supervivencia conduce a un mejoramiento en la reproducción. Es decir, aumentar la probabilidad de que un individuo sobreviva lo suficiente para reproducirse. A final de cuentas, es el éxito reproductivo quien determina el futuro de los alelos de un individuo, y la prevalencia en la generación siguiente de los caracteres asociados con dichos alelos. Así, podemos comprender que en la selección natural algunos rasgos otorgan una mayor ventaja reproductiva que otros. Este proceso es un poderoso agente de cambio porque los rasgos más aptos (no necesariamente los más fuertes) serán los que se transfieran a las próximas generaciones, siendo los rasgos exitosos aquellos que proporcionan mejores adaptaciones (características que ayudan a un individuo a sobrevivir y reproducirse) a su entorno particular. Cabe señalar que la selección natural no es la única fuerza evolutiva. La mutación brinda variabilidad en caracteres hereditarios. No obstante, es la selección la que da forma a la evolución de las poblaciones mientras se adaptan a su ambiente cambiante (2). Para estudiar y discutir acerca de los organismos, es necesario nombrarlos. La rama de la biología encargada de nombrar y clasificar los organismos se denomina taxonomía, cuya base fue establecida por el naturalista sueco Carl Von Linné, o Carlos Linneo ( ). Uno de sus aportes más importantes fue la introducción
5 del nombre científico como se conoce actualmente, el cual designa el género y especie de los organismos (en latín), siendo reconocido por investigadores de todo el mundo superando las barreras del idioma y logrando una comunicación precisa (2). Además de diseñar un método para nombrar especies, también propuso un método para clasificarlas. Cada especie fue asignada en una serie de categorías jerárquicamente ordenadas sobre la base de su parecido con otras especies (2). Actualmente el sistema incluye diversas categorías taxonómicas, formando una jerarquía anidada en la que cada nivel incluye a todos los otros niveles debajo de él, algunas de ellas son: Dominio, Reino, Filum, Clase, Orden, Familia, Género, Especie. Debido a la jerarquía anidada, cada dominio puede contener algunos reinos, cada reino puede contener diversos fila (plural de filum ), cada filum varias clases y así sucesivamente (2). En la antigüedad se pensaba que el árbol de la vida presentaba dos bifurcaciones más tempranas (ramas) dividiendo todas las especies en dos grupos: Plantas y Animales. Pero a mediados de los años ochenta, investigaciones realizadas por Carl Richard Woese y otros biólogos interesados en la historia evolutiva de los microorganismos, permitieron proponer que el árbol de la vida se dividió en tres partes muy temprano, mucho antes de la aparición de plantas, animales y hongos. Actualmente ésta división temprana se refleja en un esquema de clasificación que divide la vida en tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya, incluyendo actualmente cuatro reinos dentro de Eukarya: Protista (Algas, protozoos), Fungi (Hongos), Plantae (Plantas) y Animalia (Animales) (2).
6 Finalmente, a manera de ejemplo podemos revisar la clasificación taxonómica de la especie humana Homo sapiens a lo largo de las ocho jerarquías desde Dominio hasta el nivel de Especie: Tabla 1. Clasificación taxonómica de Homo sapiens Se presenta la clasificación desde el taxón más alto (Dominio), hasta el más bajo (especie). Dominio Reino Filum Clase Orden Familia Género Especie Eukarya Animalia Chordata Mammalia Primate Hominidae Homo Homo sapiens Características de los organismos vivos. Aunque es difícil definir lo que es la vida los seres vivos comparten una serie de características entre las cuales están: Orden: Los seres vivos son muy complejos y están altamente organizados. Los organismos contienen decenas de elementos distintos enlazados en miles de combinaciones específicas que, a su vez, están organizados en componentes cada vez más grandes y complejos para formar estructuras como ojos, patas, un tracto digestivo e incluso un pequeño cerebro (1). Adaptación evolutiva: son adaptaciones de los organismos, que evolucionan durante varias generaciones gracias al éxito reproductivo de los individuos con rasgos heredables que están mejor adaptados a su ambiente. Un ejemplo de adaptación es la larga lengua de los sapos adaptada para capturar insectos.
7 Respuesta al ambiente: los seres vivos están adecuados para su ambiente y usualmente se adaptan a los cambios que ocurren a su alrededor, de manera que se establece una relación dinámica con el entorno; sin embargo, esa interacción hace que las modificaciones drásticas del medio puedan tener también consecuencias catastróficas para el individuo (3). Un ejemplo de respuesta al ambiente es el crecimiento de las plantas hacia la luz, denominado fototropismo positivo. Regulación: Los seres vivos mantienen su estructura compleja y su ambiente interno estable; proceso denominado homeostasis. Para conservar la vida y funcionar, los organismos deben mantener razonablemente constantes sus condiciones internas. Entre los animales de sangre caliente, órganos vitales como el cerebro y el corazón se mantienen a una temperatura tibia constante pese a las amplias fluctuaciones de la temperatura externa. La homeostasis se mantiene por medio de varios mecanismos. En el caso de la regulación de la temperatura tenemos, por ejemplo, la sudoración en tiempo cálido y durante el ejercicio (2). Procesamiento de energía: transformación y trasferencia de la energía obtenida, ya sea química o lumínica, en formas de moléculas que sirvan para llevar a cabo las funciones vitales como movimiento, crecimiento y reproducción. Crecimiento y desarrollo: La información hereditaria que portan los genes controla en buena medida el patrón de crecimiento y desarrollo de los organismos. En algún momento del ciclo de vida, todo organismo se hace más grande; es decir, crece. Aunque esta característica es evidente en casi todos los animales y plantas, hasta las bacterias unicelulares crecen más o menos al doble de su tamaño inicial antes de dividirse. En todos los casos, el crecimiento comprende la conversión de las materias adquiridas del ambiente en moléculas específicas del cuerpo (2). Se refiere más al aumento continuo del tamaño en un organismo que es consecuencia de la proliferación celular que conduce al desarrollo de estructuras más especializadas del mismo. Por su parte, el Desarrollo se refiere a la progresión de estados vitales desde la fecundación hasta la senescencia, donde distintos genes están internamente programados para ser expresados en diferentes momentos de los estados de desarrollo obteniendo cambios en el fenotipo del ser vivo.
8 Reproducción: La reproducción durante muchas generaciones se asegura por la existencia de un sistema codificador de información que tiene la capacidad de replicarse y auto repararse. Los organismos se reproducen, tienen descendientes de su mismo tipo y permiten la continuidad de la vida. Las maneras en que ocurre la reproducción varían enormemente con las formas de vida, pero el resultado es el mismo, la perpetuación de los genes de los padres (2). Los seres vivos se reproducen, ya sea sexual o asexualmente. En la reproducción asexual, un solo organismo produce descendientes, por lo general a través de divisiones repetidas de las células mitóticas en alguna parte de su cuerpo. Por tanto, los descendientes son genéticamente idénticos a la madre (2). En la reproducción sexual los órganos llamados gónadas producen gametos haploides a través de la división celular. Los gametos, muchas veces de padres diferentes, se fusionan para producir un cigoto fecundado diploide, que luego lleva a cabo numerosas divisiones celulares para producir un descendiente. Como el descendiente recibe los genes de ambos padres, no es genéticamente idéntico a ninguno de ellos (2).
9 REFERENCIAS 1. Campbell NA, Reece JB. Biología. 7a ed. México: Editorial Médica Panamericana; Audesirk T, Audesirk G, Byers BE. Biología, la vida en la tierra, con fisiología. 9a ed. México: Pearson Educación; Lozano G, Martínez V, Jaramillo S. Introducción a la estructura y función celular. 2a ed. Medellín: Reimpresos de la Dirección de Bienestar Universitario y el Dpto. de Publicaciones de la U. de A; 2011.
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