CIENCIA Y BIOLOGIA

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Historia de la biologa

Principios de la biologa

A diferencia de la fsica, la biologa no suele describir sistemas biolgicos en trminos de objetos que obedecen leyes fsicas inmutables descritas por la matemtica.No obstante, la biologa se caracteriza por seguir algunos principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen: la universalidad, la evolucin, la diversidad, la continuidad, la homestasis y las interacciones.

Universalidad: bioqumica, clulas y el cdigo gentico

Representacin esquemtica de la molcula de ADN, la molcula portadora de la informacin gentica.

Hay muchas constantes universales y procesos comunes que son fundamentales para conocer las formas de vida. Por ejemplo, todas las formas de vida estn compuestas por clulas, que estn basadas en una bioqumica comn, que es la qumica de los seres vivos. Todos los organismos perpetan sus caracteres hereditarios mediante el material gentico, que est basado en el cido nucleico ADN, que emplea un cdigo gentico universal.En la biologa del desarrollo, la caracterstica de la universalidad tambin est presente: por ejemplo, el desarrollo temprano del embrin sigue unos pasos bsicos que son muy similares en mucho organismos metazoos.

Evolucin: el principio central de la biologa

Uno de los conceptos centrales de la biologa es que toda vida desciende de un origen comn que ha seguido el proceso de la evolucin. De hecho, sta es una de las razones por la que los organismos biolgicos exhiben una semejanza tan llamativa en las unidades y procesos que se han discutido en la seccin anterior. Charles Darwin estableci la credibilidad de la teora de la evolucin al articular el concepto de seleccin natural (a Alfred Russell Wallace se le suele reconocer como codescubridor de este concepto). Con la llamada sntesis moderna de la teora evolutiva, la deriva gentica fue aceptada como otro mecanismo fundamental implicado en el proceso.

Los cromosomas Es una estructura filamentosa formada por una matriz en la que se dispone una doble hlice de ADN. Segn el estado fisilogico de la clula, los cromosomas pueden estar dispersos por el ncleo, y son inidentificables, o bien espiralizados formando una especie de bastoncillo. Un cromosoma consta de dos mitades, los cromatidos, y mediante una constriccin, el centrmetro, aparece dividido en dos brazos de longitud variable (iguales, desiguales, uno casi inexistente, etc) Los cromosomas se presentan por parejas, en una cantidad que es caracterstica para cada especie. As, por ejemplo, en los seres humanos el ncleo de todas las clulas contienen 23 pares de cromosomas.

El gen Es la unidad bsica de material hereditario, y fsicamente est formado por un segmento del ADN del cromosoma. Atendiendo al aspecto que afecta a la herencia, esa unidad bsica recibe tambin otros nombres, como: recn, cuando lo que se completa es la capacidad de recombiancin (el recn ser el segmento de ADN ms pequeo con capacidad de recombinarse), mutn, cuando se atiende a las mutaciones (y, as, el mutn ser el segmento de ADN ms pequeo con capasidad de mutarse).

Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y las relaciones genealgicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de ADN y de protenas, facilitadas por el desarrollo tcnico de la biologa molecular y de la genmica, junto con el estudio comparativo de fsiles u otros restos paleontolgicos, generan la informacin precisa para el anlisis filogentico. El esfuerzo de los bilogos por abordar cientficamente la comprensin y la clasificacin de la diversidad de la vida, han dado lugar al desarrollo de diversas escuelas en competencia, como la fentica, que puede considerarse superada, o la cladstica. No se discute que el desarrollo muy reciente de la capacidad de descifrar sobre bases slidas la filogenia de las especies, est catalizando una nueva fase de gran productividad en el desarrollo de la biologa.

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Interacciones: grupos y entornos

Simbiosis entre un pez payaso del gnero de los Amphipriones y las anmonas de mar. El pez protege a las anmonas de otros peces comedores de anmonas mientras que los tentculos de las anmonas protegen al pez payaso de sus depredadores.

Todos los seres vivos interactan con otros organismos y con su entorno. Una de las razones por las que los sistemas biolgicos pueden ser difciles de estudiar es que hay demasiadas interacciones posibles. La respuesta de una bacteria microscpica a la concentracin de azcar en su medio (en su entorno) es tan compleja como la de un len buscando comida en la sabana africana. El comportamiento de una especie en particular puede ser: cooperativo agresivo; parasitario simbitico. Los estudios se vuelven mucho ms complejos cuando dos o ms especies diferentes interactan en un mismo ecosistema; el estudio de estas interacciones es competencia de la ecologa.

Alcance de la biologa

La biologa se ha convertido en una iniciativa investigadora tan vasta que generalmente no se estudia como una nica disciplina, sino como un conjunto de subdisciplinas. Aqu se considerarn cuatro amplios grupos.

El primero de ellos consta de disciplinas que estudian las estructuras bsicas de los sistemas vivos: clulas, genes, etc.;

el segundo grupo considera la operacin de estas estructuras a nivel de tejidos, rganos y cuerpos;

una tercera agrupacin tiene en cuenta los organismos y sus historias;

la ltima constelacin de disciplinas est enfocada a las interacciones.

Sin embargo, es importante sealar que estos lmites, agrupaciones y descripciones son una descripcin simplificada de la investigacin biolgica. En realidad los lmites entre disciplinas son muy inseguros y, frecuentemente, muchas disciplinas se prestan tcnicas las unas a las otras. Por ejemplo, la biologa de la evolucin se apoya en gran medida de tcnicas de la biologa molecular para determinar las secuencias de ADN que ayudan a comprender la variacin gentica de una poblacin; y la fisiologa toma prstamos abundantes de la biologa celular para describir la funcin de sistemas orgnicos.

Estructura de la vida

Esquema de una tpica clula animal con sus orgnulos y estructuras.Artculos principales: Biologa molecular, Biologa celular, Gentica, Biologa del desarrollo, Bioqumica

La biologa molecular es el estudio de la biologa a nivel molcular. El campo se solapa con otras reas de la biologa, en particular con la gentica y la bioqumica. La biologa molecular trata principalmente de comprender las interacciones entre varios sistemas de una clula, incluyendo la interrelacin de la sntesis de protenas de ADN y ARN y del aprendizaje de cmo se regulan estas interacciones.

La biologa celular estudia las propiedades fisiolgicas de las clulas, as como sus comportamientos, interacciones y entorno; esto se hace tanto a nivel microscpico como molecular. La biologa celular investiga los organismos unicelulares como bacterias y clulas especializadas de organismos pluricelulares como los humanos.

La comprensin de la composicin de las clulas y de cmo funcionan stas es fundamental para todas las ciencias biolgicas. La apreciacin de las semejanzas y diferencias entre tipos de clulas es particularmente importante para los campos de la biologa molecular y celular. Estas semejanzas y diferencias fundamentales permiten unificar los principios aprendidos del estudio de un tipo de clula, que se puede extrapolar y generalizar a otros tipos de clulas.

La gentica es la ciencia de los genes, herencia y la variacin de los organismos. En la investigacin moderna, la gentica proporciona importantes herramientas de investigacin de la funcin de un gen particular, esto es, el anlisis de interacciones genticas. Dentro de los organismos, generalmente la informacin gentica se encuentra en los cromosomas, y est representada en la estructura qumica de molculas de ADN particulares.

Los genes codifican la informacin necesaria para sintetizar protenas, que a su vez, juegan un gran papel influyendo (aunque, en muchos casos, no lo determinan completamente) el fenotipo final del organismo.

La biologa del desarrollo estudia el proceso por el que los organismos crecen y se desarrollan. Con origen en la embriologa, la biologa del desarrollo actual estudia el control gentico del: crecimiento celular, la diferenciacin celular y la morfognesis, que es el proceso por el que se llega a la formacin de: los tejidos, de los rganos y de la anatoma.

Los organismos modelo de la biologa del desarrollo incluye: el gusano redondo Caenorhabditis elegans, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el pez cebra Brachydanio rerio, el ratn Mus musculus, la hierba Arabidopsis thaliana.

Fisiologa de los organismos

La fisiologa estudia los procesos mecnicos, fsicos y bioqumicos de los organismos vivos, e intenta comprender cmo funcionan todas las estructuras como una unidad. El funcionamiento de las estructuras es un problema capital en biologa.

Tradicionalmente se han dividido los estudios fisiolgicos en: fisiologa vegetal fisiologa animal aunque los principios de la fisiologa son universales, no importa qu organismo particular se est estudiando. Por ejemplo, lo que se aprende de la fisiologa de una clula de levadura puede aplicarse tambin a clulas humanas.

La fisiologa animal extiende las herramientas y los mtodos de la fisiologa humana a las especies animales no humanas. La fisiologa vegetal tambin toma prestadas tcnicas de los dos campos.

La anatoma es una parte importante de la fisiologa y considera cmo funcionan e interactan los sistemas orgnicos de los animales como:

sistema nervioso, sistema inmunolgico, sistema endocrino, sistema respiratorio sistema circulatorio. El estudio de estos sistemas se comparte con disciplinas orientadas a la medicina, como la neurologa, la inmunologa y otras semejantes. La anatoma comparada estudia los cambios morfofisiolgicos que han ido experimentando las especies a lo largo de su historia evolutiva, valindose para ello de las homologas existentes en las especies actuales y el estudio de restos fsiles.

Por otra parte, ms all del nivel de organizacin organsmico, la Ecofisiologa estudia los procesos fisiolgicos que tienen lugar en las interacciones entre organismos, a nivel de comunidades y ecosistemas, as como de las interrelaciones entre los sistemas vivos y los inertes (como por ejemplo el estudio de los Ciclos biogeoqumicos o los intercambios biosfera-atmsfera).