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La biología como ciencia
Introducción
La biología es la ciencia que estudia a los seres vivos. Surge de manera formal en el siglo
XIX y ha definido su objeto de estudio a lo largo de la historia; ha establecido conceptos,
teorías y principios y varios enfoques metodológicos para abordar el estudio de la vida.
Este campo de conocimiento que inició como la descripción y la clasificación del mundo
viviente, se ha transformado en una ciencia que busca comprender las funciones y las
estructuras de los seres vivos; integra temas fundamentales en el estudio de los
organismos, como son: el desarrollo, la herencia, la evolución, la interacción con el medio
y con otros organismos. Tiene también una amplia gama de aplicaciones prácticas y ha
contribuido al desarrollo de una gran cantidad de campos aplicados, como la medicina, la
ingeniería genética, la biotecnología, la agricultura y la cría y mejora de animales, entre
otras.
Esta diversidad de enfoques ha traído como consecuencia la gran diversificación de esta
ciencia en numerosas disciplinas que abarcan un amplio conjunto de campos de
conocimiento, pero mantienen una serie de principios y teorías generales, entre las que se
encuentran la teoría celular, la teoría de la evolución y la teoría del gen, que le dan unidad al
pensamiento biológico.
La biología en la actualidad ha conformado una gran trama conceptual y metodológica que
ha logrado comprender y explicar la enorme complejidad de los seres vivos. Además, sus
conocimientos tienen importantes consecuencias en la sociedad ante la crisis ambiental y la
necesidad de plantear nuevas estrategias en el uso de los recursos naturales, donde el
conocimiento biológico es fundamental.
En este primer módulo pretendemos que el estudiante conozca las características
fundamentales de los seres vivos, las diferentes formas de abordar su estudio, que comprenda
cómo la biología ha llegado a constituirse en una de las ciencias más importantes del siglo XX, y
de principios del siglo XXI y que conozca los planteamientos centrales de las principales
generalizaciones de la biología: la teoría de la evolución, la teoría celular y la teoría del gen.
También nos interesa que comprenda la naturaleza de las actividades realizadas por los
biólogos, que tome en cuenta cómo se construyen las teorías, los métodos y las vías que se
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utilizan para llegar a ellas, así como el papel que los científicos del área biológica realizan
en la sociedad.
Tema 1. El objeto de estudio de la biología
En esta parte no se trata de plantear una definición de vida, lo que resulta ser muy difícil, sino
de conocer las características de los seres vivos. Una de las principales características que
tienen es la capacidad de evolucionar, de cambiar de una generación a otra, lo que con el
transcurso del tiempo lleva al origen de nuevas especies.
1.1 ¿Qué es la vida?
Desde nuestros orígenes, los seres humanos nos hemos interesado por las innumerables
manifestaciones de la naturaleza. Nos ha impresionado la increíble diversidad de organismos
que habitan nuestro mundo. Nos ha maravillado la belleza de las flores, la majestuosidad de
algunos animales, la increíble laboriosidad de las abejas. Nos hemos preocupado por conocer
los ciclos de vida de algunas especies que han sido utilizadas como alimento o vestido y de
aquellas que nos provocan enfermedades.
A lo largo de nuestra historia nos hemos relacionado de muy diversas maneras con los
seres vivos que nos rodean y los hemos percibido en función de distintos marcos de referencia.
Al principio nos provocaban temor y admiración, después pensamos que su existencia se
debía a los actos de creación de seres omnipotentes y pensamos que nuestra propia especie
constituía el centro y objetivo final de esta creación.
En la actualidad sabemos que la gran diversidad del mundo vivo es el resultado de un
proceso, denominado evolución biológica, mediante el cual las especies cambian a través
del tiempo para dar origen a especies nuevas. Estos cambios tienen que ver con
modificaciones en la forma o el funcionamiento de los organismos, que los llevan a formar
nuevas especies a partir de antepasados comunes. Dichas transformaciones son el resultado
de una serie de acontecimientos y procesos naturales que han dado lugar a los millones de
organismos que existen y han existido sobre la Tierra, incluyendo nuestra propia especie.
Estos planteamientos fueron argumentados con suficiente claridad en el libro El origen de
las especies publicado por Charles Darwin (1809-1882) en 1859, donde plantea la teoría de la
evolución por selección natural. Esta teoría ofreció un marco conceptual distinto para el
estudio de la vida.
La teoría de la evolución constituye la teoría unificadora más importante de la biología.
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Antes de su planteamiento, el estudio de los seres vivos constituía un cúmulo de hechos y
observaciones desarticuladas. Con esta teoría, la diversidad de los organismos, las
semejanzas y diferencias entre sus distintas clases, las pautas de distribución y
comportamiento, las interacciones y las adaptaciones tuvieron un principio de estructuración.
Esta teoría constituyó el hilo que tejió los diversos fenómenos relacionados con los seres
vivos.
Tuvo que pasar mucho tiempo para que esta gran comprensión del mundo vivo llegara.
Antes de ello fue necesario tener un mayor conocimiento de los organismos, desarrollar
enfoques teóricos y metodológicos diversos y contar con la genialidad de grandes naturalistas
y científicos que explicaron la complejidad de los fenómenos biológicos. Gracias a todo ello se
dio forma y contenido a esta gran ciencia que es la biología.
La biología ha sido definida como el estudio de la vida. Pero una pregunta que siempre
ha estado presente en los estudiosos de la naturaleza es ¿qué es la vida?
A lo largo de la historia se han generado diversos tipos de respuestas a esta interrogante.
Desde las mágicas o metafísicas que atribuyeron esencias o fuerzas vitales a los fenómenos de
la vida, hasta las meramente científicas que nos hablan del metabolismo, de la acción de
genes, de la herencia y de la evolución, fenómenos biológicos fundamentales. La respuesta a
qué es la vida, de este modo, ha estado ligada al desarrollo mismo de la cultura y de la
ciencia.
La mayor parte de los pueblos de la prehistoria creían que existían espíritus residentes en
montañas, ríos, árboles, animales y personas. Este concepto, denominado animista, fue
extinguiéndose poco a poco, pero se siguió creyendo que los seres vivos poseían algo que los
distinguía de la materia inanimada; y, justamente, explicar la naturaleza de eso que llamamos
vida ha sido uno de los objetivos de la biología. El problema es que “la vida” sugiere la
existencia de “algo” (una sustancia o esencia) y durante mucho tiempo los filósofos y los
biólogos han tratado en vano de encontrarla.
Desde el siglo XVI los estudiosos de la naturaleza pensaban que los sistemas vivos eran
esencialmente distintos de los no vivos, debido a que contenían una “fuerza vital” que les
proporcionaba la capacidad de realizar funciones que no podían llevarse a cabo fuera del
organismo vivo. A esta corriente se le conoce como vitalismo y a sus seguidores vitalistas.
En el siglo XVII surge una corriente denominada mecanicismo que estaba en
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oposición con el vitalismo, ya que planteaba que la vida era algo muy especial pero no
radicalmente distinto de los sistemas no vivos. René Descartes (1596-1650) fue un gran
defensor de este enfoque. Sostenía que los sistemas vivos funcionaban del mismo modo que
una máquina. A estas personas se les llamó mecanicistas y, más tarde, fisicistas.
En el siglo XIX, el debate acerca de las características propias de los seres vivos había
avanzado y se discutía si la química de los organismos vivos funcionaba del mismo modo que
en el laboratorio. Los vitalistas pensaban que las reacciones químicas que se llevaban a cabo
en los organismos no podían realizarse experimentalmente en los laboratorios, y
clasificaron a estas reacciones en químicas y vitales. El desarrollo de la química permitió
conocer que había sustancias inorgánicas que podrían transformarse en orgánicas, como es
el caso del cianato de amonio que se transforma en urea demostrado por Friedrich Wöhler
(1800-1882), argumento en que se apoyaron los mecanicistas, debido a que pensaban que
las complejas reacciones de los seres vivos podían reducirse a otras más simples y más
fácilmente comprensibles.
Los vitalistas se apoyaban en el hecho, también demostrado por el avance de la química
orgánica, de que en los tejidos vivos se encontraban muchos compuestos nuevos que no habían
sido vistos en el mundo no vivo. A finales del siglo XIX, el principal vitalista fue Luis Pasteur
(1822-1895) quien pensaba que los cambios que se daban cuando los jugos de la fruta se
transformaban en vino eran “vitales” y podían ser llevados a cabo sólo por las células de la
levadura. En 1898 se demostró que una sustancia extraída de la levadura podría producir
fermentación fuera de la célula viva, la cual recibió el nombre de enzima. De este modo, se
comprobó que la reacción “vital” de la que hablaba Pasteur era una reacción química.
Las explicaciones vitalistas eran diversas; sin embargo, no existía ninguna teoría
aglutinante ni convincente. Este enfoque fue perdiendo fuerza cuando, en el nivel molecular y
celular, los procesos fisiológicos y del desarrollo se explicaron como procesos fisicoquímicos;
de este modo, las posturas de los vitalistas resultaron superfluas. El desarrollo de nuevos
conceptos biológicos que explicaban fenómenos que se utilizaban como pruebas del
vitalismo, también trajeron como resultado su declive.
En la actualidad sabemos que tanto mecanicistas como vitalistas tenían razón
parcialmente. Los mecanicistas acertaron al señalar que no existen componentes metafísicos
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de la vida y que en el nivel molecular, la vida se puede explicar según los principios de la
química y la física. Su principal logro fue aportar una explicación natural de los fenómenos
físicos, eliminando enfoques metafísicos que eran aceptados por muchas personas. Por su
parte, los vitalistas tenían razón al afirmar que los organismos vivos no son como la materia
inerte, sino que poseen muchas características propias que no se encuentran en la materia
inanimada. Un aspecto particularmente importante es que cuentan con programas genéticos
conformados a través del proceso evolutivo, que son los que controlan los fenómenos vitales.
El abandono del vitalismo, en lugar de representar una victoria del mecanicismo, dio lugar a
un nuevo sistema explicativo. Este nuevo enfoque, denominado organicismo, plantea que los
procesos biológicos a nivel molecular se pueden explicar perfectamente por mecanismos
fisicoquímicos, pero que dichos mecanismos tienen una influencia cada vez menor, o casi nula,
en los niveles superiores de integración.
El organicismo sostiene que las características exclusivas de los organismos no se
deben a su composición, sino a su organización. Concibe a los seres vivos como sistemas
organizados y da mucha importancia a la historia evolutiva de los programas genéticos que
controlan sus funciones vitales.
Este enfoque sostiene que la materia se encuentra organizada en diferentes estructuras, que
van desde las más pequeñas hasta las más grandes y de las más simples a las más complejas.
Esta organización delimita niveles que permiten comprender el estudio de los seres vivos. Cada
nivel de organización incluye a los niveles inferiores y, a su vez, forma parte de los superiores,
además de que cada uno posee características propias, denominadas características emergentes.
Así, una proteína no es sólo la suma de los aminoácidos que la conforman, sino que tiene
características específicas que no se encuentran en los aminoácidos aislados.
El concepto de emergencia es un pilar de este enfoque; se refiere a que en todo sistema
estructurado emergen nuevas propiedades que no se habrían podido predecir por muy bien
que se conozca el nivel anterior. Este concepto fue condensado en una máxima concisa “el todo
es más que la suma de sus partes”.
De este modo, el organicismo sostiene que es la organización de las partes la que controla
todo el sistema y que existe integración en todos los niveles, desde la célula a los tejidos,
órganos, sistemas y organismos completos. Esta integración se manifiesta en el nivel
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bioquímico y del desarrollo y en el comportamiento en el organismo completo. Por tanto,
ningún sistema puede explicarse por completo describiendo las propiedades de sus
componentes de manera aislada. La base del organicismo, entonces, es que los seres vivos
poseen organización.
Como vemos, el interés fundamental de los biólogos se ha transformado del esfuerzo de
ofrecer una respuesta válida a la pregunta ¿qué es la vida? a la búsqueda de explicaciones
sobre lo que caracteriza a los seres vivos.
Para los biólogos modernos sigue siendo muy complejo establecer una definición válida de la
vida, como es para los físicos definir el concepto de energía. No existe una respuesta única
ni una definición simple, ni una sola manera de trazar una línea divisoria entre lo vivo y lo no
vivo.
En este sentido, Ernst Mayr (1904-2005) sostuvo que el proceso de vivir puede estudiarse
desde un punto de vista científico, se puede describir e incluso definir lo que es vivir; se puede
definir lo que es un organismo vivo; y se puede intentar establecer una distinción entre lo vivo
y lo no vivo, cosa que no puede hacerse con la abstracción “vida”.
De este modo, aunque desde el punto de vista semántico (es decir, del significado), es muy
complejo definir lo que es la vida, esto no quiere decir que no pueda abordarse su estudio
desde otra perspectiva. De hecho, la biología se constituyó como ciencia y avanzó de manera
impresionante cuando se centró en el conocimiento de lo que significa ser vivo, ya que la vida no
existe en abstracto, los que existen son los seres vivos. Por ello, cuando los naturalistas
profundizaron en las explicaciones sobre su origen, su funcionamiento, su historia, su relación con
el medio y con otros seres vivos, la biología se desarrolló de manera sorprendente.
La biología en la actualidad ha logrado precisar y conocer las características fundamentales
de los seres vivos con un grado considerable de certeza y ha definido diferentes
aproximaciones en las que puede enfocarse el estudio de lo vivo. Para ello, ha establecido una
serie de principios y conceptos que definen las características fundamentales de los
organismos. Al mismo tiempo éstos han sido estudiados considerando distintos niveles de
organización, que van desde los niveles atómicos y moleculares hasta los ecológicos y
evolutivos.
1.2 ¿Qué es lo que caracteriza a los seres vivos?
En la actualidad existe consenso entre los biólogos y los filósofos sobre la naturaleza de los
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seres vivos. Se sostiene que los organismos están compuestos por los mismos elementos y
presentan procesos comunes a todas las formas de vida. Se ha establecido que todos los
seres vivos están compuestos por células y su funcionamiento está basado en una bioquímica
común y que todas las funciones en el nivel molecular (y casi todas en el nivel celular)
obedecen las leyes de la física y la química. Se rechaza totalmente el vitalismo, pero se
considera que los organismos son fundamentalmente diferentes de la materia inorgánica.
Se acepta que los seres vivos conforman sistemas ordenados jerárquicamente, con un
gran número de propiedades emergentes que no se observan nunca en la materia
inanimada y, lo más importante, que sus actividades están gobernadas por programas
genéticos que contienen información adquirida a lo largo del tiempo. De este modo, todos los
seres vivos mantienen sus caracteres hereditarios a través del material genético formado por
DNA, que utiliza un código genético universal. Cada unidad biológica contiene material
genético específico que la hace distinta a las demás.
Algunas de las características específicas de los seres vivos se señalan a continuación:
a) Son el producto de aproximadamente 3500 millones de años de evolución y todas sus
características reflejan esta historia, ya que la estructura, el funcionamiento, el desarrollo, el
comportamiento y las actividades de los organismos están controladas por programas
que son el resultado de la información genética acumulada a lo largo de la historia de la
vida en el planeta.
b) Los seres vivos presentan un dualismo que surge del hecho de que poseen un genotipo
y un fenotipo. El genotipo constituye el total de la información genética de un individuo y
el fenotipo, la totalidad de características de un individuo, resultado de la interacción del
genotipo con el ambiente. Para entender el genotipo se necesitan explicaciones evolutivas
y para la comprensión del fenotipo se requieren explicaciones funcionales.
c) Están formados por los mismos átomos que la materia inanimada, pero las moléculas
responsables del desarrollo y funcionamiento de los organismos (ácidos nucleicos,
proteínas, carbohidratos) son moléculas que no existen en la naturaleza no viva.
d) Son sistemas complejos y ordenados que se caracterizan por poseer muchos tipos de
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mecanismos de control y regulación que mantienen el estado estacionario del sistema.
e) Los organismos son sistemas adaptados como resultado del proceso de selección
natural.
f) Son sistemas programados para realizar actividades dirigidas hacia un objetivo,
desde el desarrollo embrionario hasta las actividades fisiológicas y de comportamiento.
g) Los organismos que se reproducen sexualmente, recorren un ciclo de vida muy
concreto, el cual comienza con un óvulo fecundado, que pasa por varias etapas
embrionarias o larvarias hasta llegar al estado adulto.
h) Obtienen constantemente energía y materiales del exterior y eliminan los productos
de desecho de su metabolismo.
Estas características les confieren un conjunto de capacidades que no existen en los
sistemas inanimados:
a) Capacidad de evolucionar. Los seres vivos tienen un ancestro común y se han
transformado en un proceso denominando evolución biológica. Todos los biólogos
sostienen que los seres vivos no permanecen estables, sino que por el contrario, se
caracterizan por la aparición de variaciones que dan como resultado la formación de
nuevas especies, a partir de antepasados comunes.
b) Capacidad de autorreplicarse. En la actualidad se considera que todos los seres
vivos tienen un antepasado común que apareció hace aproximadamente 3 500 millones
de años; por tanto, surgen de material genético común. Esta idea de que los seres
vivos provienen de otro ser vivo y de que no son producto de la generación
espontánea, es fundamental para entender la continuidad de la vida. Esta cualidad
constituye una característica esencial de los seres vivos: la capacidad de
reproducirse por sí mismos.
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Existe una gran diversidad de patrones de reproducción entre los distintos grupos de seres
vivos. Por ejemplo, los organismos más primitivos como los procariontes, tienen un tipo de
reproducción asexual, llamada fisión binaria, donde la célula madre duplica su material
genético y celular, el cual se reparte equitativamente en dos células hijas, por lo que son
genéticamente idénticas al original. La mayor parte de los organismos presentan
reproducción sexual, que implica la unión de dos gametos para formar una nueva entidad
genética, debido a que se produce intercambio de material genético de ambos progenitores.
En las plantas y otros grupos taxonómicos se dan procesos muy diversos de reproducción,
entre ellos la reproducción sexual.
c) Capacidad de crecer. El crecimiento biológico es el aumento en el tamaño de las
células individuales de un organismo, del número de células o de ambos fenómenos.
d) Capacidad de metabolizar. Se refiere al conjunto de reacciones químicas y
transformaciones de energía que involucran la síntesis y degradación de moléculas.
e) Capacidad de autorregularse, para mantener el complejo sistema en estado
estacionario. Todos los organismos tienen la capacidad de regular su medio interno
para mantener condiciones estables. Esto lo realizan mediante múltiples ajustes de
equilibrio dinámico que son controlados por mecanismos de regulación que se
encuentran interrelacionados. Estos procesos son muy complejos ya que implican la
vigilancia y la regulación continua de diferentes factores. La célula, por ejemplo,
presenta cambios constantemente, absorbe energía y materiales del entorno, sin
embargo, permanece estable ya que cuenta con mecanismos que le permiten regular
esta interacción con el ambiente.
f) Capacidad de responder a estímulos del ambiente.
g) Capacidad de cambiar en el nivel del fenotipo y del genotipo. La diversidad del
mundo vivo es algo que ha maravillado a los seres humanos desde su aparición hace
miles de años. Los seres vivos presentan muy diversos tipos de ciclos de vida y de
características morfológicas y conductuales. En la actualidad existen un millón y medio
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de especies descritas y se piensa que esto sólo representa el 5% de las especies que
hoy habitan en el planeta.
1.3 Niveles de organización
Los seres vivos pueden ser estudiados a diferentes niveles. Como toda la materia del
universo, están compuestos de átomos organizados en diferentes niveles de complejidad.
Muchos de esos átomos forman moléculas con propiedades que se manifiestan en las células,
las que a su vez se organizan en tejidos y órganos. El conjunto de los seres vivos forma parte
de la biosfera.
Átomos y moléculas
Los seres vivos están formados por un conjunto de átomos y moléculas que conforman una
estructura material que presenta un alto grado de organización y complejidad. En ella existen
mecanismos moleculares que regulan la comunicación e intercambio de materia y energía con el
ambiente e intervienen en la regulación de las funciones básicas de la vida como son la
nutrición, la reproducción, el crecimiento, la respiración, la excreción, etcétera.
El 95% de los átomos que forman parte de los seres vivos son el carbono, el hidrógeno, el
oxígeno, el nitrógeno y el azufre. A partir de estos elementos se conforman moléculas orgánicas
o biomoléculas como los ácidos nucleicos, las proteínas, los lípidos y los carbohidratos, así
como moléculas inorgánicas como el agua y los gases y contienen otros elementos como
las sales minerales que son fundamentales para realizar las funciones metabólicas de los
organismos. El DNA, que es un ácido nucleico, por ejemplo, contiene la información genética
que determina las características de los organismos.
Estas moléculas se encuentran en todos los grupos de seres vivos desde los más simples
hasta los más complejos, lo que permite afirmar que la vida surgió de un ancestro común
hace muchos millones de años.
Existen estructuras más complejas como las membranas que limitan las células y los
organelos celulares (como ribosomas o flagelos) que llevan a cabo funciones específicas
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dentro de la célula.
Célula
Un nivel de complejidad mayor está representado por la célula misma, que es la unidad
funcional, metabólica y reproductiva de los seres vivos. Existen formas de vida constituidas
por una sola célula, como las bacterias y los protozoarios; asimismo, los seres vivos más
complejos están formados por una gran diversidad de células que cumplen funciones
específicas.
A nivel celular pueden reconocerse dos niveles de organización claramente diferenciados.
Por un lado se encuentran los procariontes, que representan a los organismos formados
por una célula carente de núcleo celular, y por otro lado los eucariontes, que constituyen
organismos formados por una o más células que presentan núcleo celular y diversas
estructuras celulares.
Asociación de células
Los seres vivos presentan dos tipos de asociaciones celulares: las colonias y los seres
pluricelulares. Las colonias son seres vivos que se agrupan para incrementar sus
posibilidades de sobrevivencia, aunque son capaces de realizar las mismas tareas y de
sobrevivir de manera aislada. Existen colonias tanto de procariontes como de eucariontes.
Los seres pluricelulares, en cambio, presentan una interrelación muy estrecha, ya que las
células que los componen forman un sistema muy complejo que funciona como un todo.
De esta manera, su asociación implica la especialización y la adquisición de características
bien diferenciadas, lo que trae como consecuencia, en organismos más complejos, la
formación de tejidos (constituidos por grupos de células que comparten una función similar), de
órganos (diferentes tipos de tejidos unidos estructuralmente y coordinados en sus actividades) y
de sistemas (órganos que trabajan juntos de manera integrada desempeñando una función
particular). Los sistemas de órganos conforman a los organismos completos.
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Asociación de individuos
Este nivel de organización presenta distintos niveles de complejidad. Existen agrupaciones de
individuos de una misma especie, que han sido denominadas poblaciones, así como
agrupaciones conformadas por individuos de diferentes especies, asociación que recibe el
nombre de comunidades. Los ecosistemas, representan un nivel de complejidad mayor, ya que
constituyen una unidad de organización biológica conformada por todos los organismos de un
área determinada y el ambiente en el que viven. Se caracterizan por las interacciones entre
factores bióticos y abióticos.
Biosfera
Es el espacio de la superficie del planeta (aire, suelo y agua) que está habitada por seres
vivos. La interacción de los distintos grupos de organismos y el ambiente es el objeto de
estudio de la ecología y su transformación en el tiempo ha sido un campo de investigación
fundamental para los estudiosos de la evolución.
El conocimiento sobre los seres vivos se remonta a hace varios siglos. Desde principios del
siglo XVI hasta mediados del XVII se desarrolla la historia natural, tanto en Europa como en
América. Los naturalistas de esa época describieron minuciosamente los objetos naturales, que
incluían seres vivos y minerales. Pero, fue hasta el siglo XIX cuando se definió el objeto de
estudio de la biología y se plantearon teorías y conceptos unificadores sobre los seres vivos;
por ello se dice que esta ciencia surge de manera formal en este siglo. Desde entonces a la
fecha, la biología se ha transformado en una de las ciencias más importantes y trascendentes
de este nuevo milenio.
En este gran periodo, como vemos, la biología ya no sólo observó y clasificó a los
organismos, sino que exploró nuevas formas de análisis, estudió sus componentes, su historia,
su origen, la causalidad, el azar, el funcionamiento. Además de que abordó al organismo en su
totalidad, también añadió nuevos objetos de estudio: las moléculas, las reacciones, las células,
las poblaciones, las especies.
De este modo, la biología se diversificó en sus enfoques; uno de ellos estudió al organismo
en su totalidad, contemplándolo como unidad intangible, como elemento de una población o de
una especie. Así se encargó de describir los hábitos de los animales, su desarrollo, su
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evolución, su historia, sus relaciones con el medio y con otras especies. Otro enfoque buscó
reducir al organismo a sus constituyentes, ya no bastó conocer las estructuras de los órganos y
determinar sus funciones, era necesario analizar el funcionamiento mismo de los cuerpos vivos
y de sus componentes. Para ello, una parte de la biología se transformó en una ciencia
experimental. De este modo, la biología tuvo la necesidad de cambiarse de lugar de trabajo,
puesto que ya no se enfocaría solamente a analizar lo que sucede en la naturaleza; su
trabajo, a partir de entonces se desarrollaría también en el laboratorio.
Así, a finales del siglo XIX y principios del XX se definió una amplia gama de objetos de
estudio nuevos. Alrededor de cada uno se organizó un campo particular de la biología, que se
distingue no sólo por sus fines y sus técnicas, sino también por su lenguaje.
La biología se constituyó como ciencia con un cuerpo teórico y metodológico propio y se
separó del estudio de los minerales para dedicarse exclusivamente al estudio de los seres
vivos. La teoría de la evolución, el desarrollo de la química orgánica, la fisiología, la teoría
microbiana, la teoría celular y las leyes de la herencia le dieron a la biología el sustento que la
convirtió en una de las ciencias más trascendentales del siglo XX.
Ahora vivimos en un mundo que hasta hace un siglo se pensaba imposible o propio de la
ciencia ficción; la clonación, el proyecto genoma humano, los organismos transgénicos y la
terapia génica, entre otros, son ejemplos del gran impacto que la biología tiene en la
sociedad, que la han transformado en una de las ciencias más importantes del siglo XXI.
2.3 Caracterización y métodos de investigación en la biología
En la actualidad la biología es una ciencia muy diversa; esto se debe a que estudia seres
vivos muy variados, que van desde virus y bacterias hasta hongos, plantas y animales. Esta
diversidad de organismos son analizados bajo la consideración de distintos niveles jerárquicos,
que van desde las macromoléculas orgánicas y los genes hasta las células, tejidos, órganos,
sistemas y organismos completos; además, se estudian las interacciones y la organización de
éstos en familias, poblaciones, especies, comunidades, ecosistemas y biotas. Cada campo de
estudio recibe un nombre propio: citología, botánica, genética, evolución, ecología, entre
muchos otros. La biología también tiene una amplia gama de aplicaciones prácticas y ha
contribuido en el desarrollo de una gran cantidad de campos aplicados, como la medicina, la
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ingeniería genética, la biotecnología, la agricultura, la zootecnia, etcétera.
Esta situación trae como consecuencia que los enfoques metodológicos con los que se
abordan los distintos objetos de estudio de la biología sean también muy diversos. Mayr
considera que una clasificación lógica de las disciplinas biológicas que contemple aspectos
conceptuales y metodológicos, puede construirse a partir de la consideración de tres tipos
de preguntas: ¿qué?, ¿cómo? y ¿por qué?
El primer tipo de pregunta se refiere a la búsqueda de conocimientos sobre lo que son
los organismos y la definición de sus características. Este enfoque ha sido abordado bajo la
consideración de métodos descriptivos. Cualquier ciencia se basa en una sólida descripción
de los objetos de estudio y del registro de observaciones y descubrimientos en los que se
basan las teorías que los explican. La descripción ha sido el primer enfoque metodológico de
todas las ramas de la biología; la taxonomía, la anatomía, la biología celular y molecular, así
como el proyecto genoma humano, entre otros, lo utilizan, ya que constituye la base
indispensable para la realización de investigaciones explicativas e interpretativas.
La biología funcional se enfoca al estudio del cómo, es decir, pretende explicar cómo
funciona una molécula, un gen, un órgano o un organismo completo. Se basan en el estudio
de lo que Mayr ha denominado causas próximas, que se refiere a los factores químicos y
físicos responsables de los procesos biológicos, es decir, pretenden explicar, por ejemplo,
cómo se decodifican los programas genéticos. La fisiología (considerando todos sus niveles),
la biología molecular, la morfología funcional, la biología del desarrollo, la genética fisiológica, se
ubican en este enfoque que, de manera fundamental, utilizan metodologías experimentales
para realizar sus investigaciones. Los métodos experimentales tienen como base la obtención
de información mediante la realización de experimentos; consisten en planear y poner en
práctica situaciones controladas, en las que se tratan de detectar las relaciones causales que
existen entre los eventos estudiados.
La biología evolutiva, la genética de transmisión, la etología, la sistemática, la morfología
comparada, entre otras, se enfocan al estudio de las causas últimas o evolutivas, es decir,
tratan de conocer los factores históricos responsables de las propiedades de los organismos y
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las especies, y de manera especial pretenden explicar cómo se conformó su programa
genético. De este modo buscan comprender por qué los seres vivos presentan ciertas
características.
Este tipo de estudios no pueden basarse en la observación directa, ni en metodologías
experimentales; se fundamentan en el estudio comparado y por tanto en la inferencia. Inferir
quiere decir llegar a una conclusión a partir de algo que conocemos o aceptamos; significa
aceptar nuevos hechos a partir de un conjunto de hechos que consideramos válidos.
En el estudio de la evolución, por ejemplo, no alcanzaría la vida humana para “observar”
directamente cómo aparecieron los mamíferos a partir de un grupo de reptiles, debido a que se
requiere demasiado tiempo para que estas grandes transformaciones se lleven a cabo.
Entonces, los científicos tienen que inferir lo que sucedió en el pasado, a partir de lo que
actualmente conocen. Por ello, emplean el estudio comparado de la forma, función, desarrollo
o distribución de los organismos vivos y los fósiles, para entender cómo pudieron haberse
llevado a cabo estos procesos. Todas las ciencias históricas se basan en la inferencia, por tanto,
la evolución, en este sentido, no es diferente de la geología, la cosmología o la historia humana.
Al no ser posible observar los procesos que tuvieron lugar en el pasado, los científicos
proponen sus explicaciones a partir de la comparación con lo que todavía nos rodea: los
organismos vivos y los fósiles en el caso de la evolución; documentos y artefactos para la
historia humana; estratos y topografía para la geología. El hecho de que este tipo de
conocimientos estén basados en la inferencia no significa que sean menos ciertos;
simplemente parten de una forma distinta de demostrar los fenómenos.
Si un biólogo, por ejemplo, quiere conocer cómo se originó la especie humana, tiene que
estudiar los datos conocidos sobre este tema, tendrá que inferir toda clase de consecuencias a
partir de distintas combinaciones de los aspectos reconstruidos, y así podrá elaborar un
argumento que explique los hechos observados en una situación particular. Dicho de otro
modo, debe construir una narración histórica.
Es claro que, como en cualquier otro tipo de conocimiento, nunca podrá demostrarse
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categóricamente que cierta narración histórica sea verdadera, pero al igual que en otras
explicaciones, las narraciones siempre serán susceptibles a la refutación y la comprobación.
Existen otros campos como la ecología que son difíciles de ubicar ya que su estudio se
enfoca tanto a las causas próximas como a las últimas. Tampoco puede decirse que los
enfoques metodológicos presentados sean los únicos; como se ha señalado, éstos pueden
ser múltiples y diversos como son los objetos de estudio de la biología.
La biología como ciencia también puede ser abordada como objeto de investigación de
filósofos, historiadores y pedagogos. Existen innumerables trabajos que, considerando los
enfoques teóricos y metodológicos que ofrecen estas disciplinas, estudian cómo los biólogos
construyen nuevos conocimientos, cómo se plantean las teorías biológicas, qué metodologías
utilizan para llegar ellas y cómo ha sido este proceso a lo largo de la historia. También se
investiga sobre los problemas que existen en la enseñanza y el aprendizaje de la biología y se
plantean diversos enfoques didácticos para abordarlos, entre muchos otros temas relevantes.
Ante el gran impacto social que tiene la ciencia en general y de la biología en particular,
también se han generado enfoques teóricos y metodológicos que destacan la necesidad de
contemplar a la ciencia y la tecnología en función de su contexto histórico y social. El
enfoque Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS), por ejemplo, sostiene que la ciencia y la
tecnología han generado infinidad de aportes que han posibilitado una mejor calidad de vida
para las personas, pero también los resultados de su actividad han generado nuevos riesgos,
por lo que es fundamental plantearnos trascendentales preguntas acerca del papel de los
científicos y tecnólogos en la sociedad. Este enfoque considera que uno de los desafíos más
importantes en la actualidad es conciliar el desarrollo científico tecnológico orientado hacia la
innovación productiva, con la conservación de la naturaleza y la satisfacción de las distintas
necesidades sociales.
El abordaje metodológico de este tipo de estudios no se encuentra solamente en la
biología; requiere de la intervención de varios campos de conocimiento que provienen de las
ciencias naturales, sociales y humanísticas, que exigen de enfoques transdisciplinarios, es
decir, de metodologías donde se construyen objetos de estudio a partir de la interacción de
17
diversas disciplinas.
Tema 3. La biología y sus grandes generalizaciones
Como hemos visto la biología se constituye como ciencia en el siglo XIX. Fueron varias las
causas que hicieron que la enorme información que se tenía sobre los seres vivos se
organizara en una estructura teórica y metodológica unificada. En primer lugar, se definió su
objeto de estudio. La historia natural había descrito minuciosamente lo que en ese momento
se pensaba que eran creaciones de Dios y éstas incluían animales, plantas y minerales.
Pero, a principios del siglo XIX, el avance del conocimiento sobre los organismos planteó la
necesidad de constituir una ciencia que se abocara a su estudio específico. En este periodo
se plantearon también conceptos y teorías que dieron unidad al conocimiento que se tenía
sobre los seres vivos.
La teoría celular establece que las células son la unidad morfológica y funcional de todos los
seres vivos. La teoría de la evolución plantea que las características de los organismos son el
resultado de una historia de cambios que se han llevado a cabo desde hace aproximadamente
3 500 millones de años y explica el origen de la diversidad. La teoría del gen explica una de las
características fundamentales de los seres vivos: la continuidad de la vida.
En conjunto, estas teorías plantearon las más importantes generalizaciones de la biología:
la unidad, la continuidad, la diversidad y el cambio.
A continuación mencionamos los temas centrales que abordan estos grandes programas
de investigación, así como algunos aspectos relacionados con su proceso histórico de
construcción, que te permitirán comprender la trascendencia de sus planteamientos en la
conformación de la biología como ciencia.
3.1 Teoría celular
Hemos comentado que el trabajo principal de los estudiosos de la vida hasta el siglo XIX
fue la descripción y clasificación de los organismos y de sus componentes; la descripción de su
anatomía y función constituyó una tarea fundamental.
18
En el siglo XVII, el desarrollo tecnológico, particularmente la invención del microscopio,
permitió la exploración de un mundo que antes era inaccesible para el ojo humano; esto abrió
un sinfín de posibilidades y formas de aproximación al estudio del mundo microscópico. Sin
embargo, no fue suficiente con tener instrumentos o técnicas que permitieran observar las
estructuras o fenómenos vivos para poder entenderlos y explicarlos, fue necesario también
contar con marcos conceptuales que permitieran interpretarlos. Un ejemplo de ello lo
constituye el planteamiento de la teoría celular.
Las células fueron vistas y descritas por primera vez a mediados del siglo XVII. Antón van
Leeuwenhoeck (1632-1723), naturalista holandés, investigó los más variados objetos con
ayuda de unos cristales de aumento que él mismo construyó y describió diferentes tipos de
células como el espermatozoide, las bacterias y los protozoarios. Fue Robert Hooke en 1665,
quien en su libro Micrographia muestra imágenes de células de corcho, a las que le da el
nombre que usamos hoy en día.
Las estructuras “celulares” observadas principalmente en plantas, revelaban la
existencia de discretas vesículas y también de elementos sólidos que las rodeaban (las paredes
celulares). Pero estas estructuras llamadas células eran consideradas sólo como un
componente más de la planta. Se discutía el modo de cómo se formaban, pero no se había
propuesto ninguna explicación aceptable. En el siglo XVIII, estas observaciones botánicas
eran muy bien conocidas; sin embargo, eran objeto de poca reflexión seria. La microscopía
animal se enfrentaba a problemas más serios, ya que los tejidos animales eran más difíciles
de manipular y observar.
A partir de 1800 se volvió a despertar el interés en la anatomía microscópica vegetal. En 1830
ya existía un buen número de observadores y observaciones que proporcionaban un
fundamento empírico que era necesario explicar. El botánico francés, Charles Brisseau-Mirbel
(1776-1854) declaró que las células se encontraban en cualquier parte del organismo y
especuló sobre la manera en la que se producían. Aunque parecía que las plantas estaban
compuestas por células y se describían sus formas y sus componentes (por ejemplo, el núcleo
celular fue observado por primera vez en 1700 por Antón van Leeuwenhoeck y nombrado
en 1831 por R. Brown), nadie estaba seguro de lo que podría ser una célula.
19
A finales de la década de 1830, Theodor Schwann (1810-1882) y Matthias Schleiden (1804-
1881), anunciaron la teoría celular. Ambos investigadores, el primero zoólogo y el segundo
botánico, lograron integrar las tendencias de observación y pensamiento de su época, que
hablaban de la necesidad de encontrar la unidad de lo vivo. Con investigaciones
microscópicas escrupulosas y renovadas, pudieron establecer una de las más grandes
generalizaciones de la biología: las células son la unidad estructural básica de todos los
organismos.
Su logro fue idear y publicar una teoría coherente de las células. Las investigaciones de
Schleiden lo habían convencido de que las células constituían la base estructural de la planta
y que tenían un modo de formación común. Después de una comunicación verbal con
Schwann, éste quedó impresionado por la semejanza que él mismo había observado en el
estudio de tejidos animales. Schwann pensó que el establecimiento de una nueva visión en
la estructura orgánica sólo podría demostrarse si se encontraba que las “partes elementales”
de los animales se desarrollaban de la misma forma que las células vegetales. Es decir, si se
mostraba que las causas de la generación tanto vegetal como animal eran idénticas, entonces
los productos de este proceso, o sea, las células, tendrían que ser también cuerpos
equivalentes.
Aunque el mecanismo de formación celular que proponía Schwann fue desacreditado años
después, estas ideas pusieron cimientos firmes a la teoría celular, al hablar de la continuidad
de las células por medio de su división. También se habló de que la célula era la unidad
metabólica fundamental, aun cuando en ese momento no se conocía muy bien el
funcionamiento metabólico de la célula. Pero, a medida que la fisiología del siglo XIX
avanzaba, analizando las actividades metabólicas de todo el organismo y de sus partes
constitutivas, la teoría celular se fue transformando de ser una visión esencialmente anatómica a
constituirse en una interpretación funcional de las estructuras constitutivas.
Hacia 1860, varios investigadores habían observado numerosos casos de formación celular
por medio del análisis de la división de células preexistentes. Esto, aunado al avance que habían
tenido los estudios sobre el desarrollo embrionario, permitió comprender que la continuidad
de la vida podía interpretarse como divisiones celulares a gran escala. De este modo, la
20
continuidad de la vida adquiría su nuevo y completo significado, porque en la célula podía ver-
se la unidad estructural y funcional, que se autoperpetuaba y que era común a todos los seres
vivos.
En 1875 se había llegado al acuerdo general de que la célula era una entidad demarcada
por límites específicos, que poseía un núcleo, el cual a su vez contenía estructuras
especializadas (los cromosomas) y que tenía una sustancia (el citoplasma) de una gran
complejidad física y química. De ahí se desprendieron una gran cantidad de investigaciones
sobre las funciones y las estructuras celulares.
Rudolph Virchow (1821-1902), por ejemplo, aplicó la teoría celular a la patología. El
considerar a la enfermedad como un trastorno metabólico, lo llevó a plantear que la célula
tendría que ser la unidad organizada más pequeña y probablemente irreductible de la actividad
fisiológica. El estudio de la célula enferma, lo condujo a poner atención a condiciones
perturbadoras y a las reacciones que éstas provocaban en las células y los tejidos. De este
modo, Virchow hizo hincapié en la omnipotencia funcional de la célula. Pero, la demostración de
que ésta es el elemento funcional crítico de los organismos, constituyó un desafío para los fisió-
logos experimentales del siglo XIX. Virchow acuñó el aforismo de ovnis cellula e cellula, que
indica que toda célula proviene de otra preexistente. Este hecho de la naturaleza y aunado a los
experimentos de Pasteur, llevaron a eliminar la concepción de generación espontánea en el
pensamiento biológico.
Las arduas investigaciones experimentales relacionadas con procesos fisiológicos como la
respiración, ofrecieron nuevas formas de ver a los organismos vivos. Claude Bernard (1813-
1878) planteó que las células y los tejidos celulares conformaban un todo funcional, cuyo
funcionamiento dependía de la dinámica de la célula y los líquidos corporales que la
bañaban. De este modo, la célula prometía transformarse en el elemento funcional crítico de
los seres vivos.
A inicios del siglo XX, numerosas líneas de investigación que incluían el estudio de los
procesos respiratorios y el análisis de las estructuras y el funcionamiento del sistema nervioso,
comenzaron a responder al desafío. Para ello fue necesario el desarrollo de nuevas técnicas de
21
análisis y nuevos enfoques conceptuales.
De este modo, la teoría celular iluminó todos los campos de la investigación biológica. Se
estableció que cada célula se forma de la división de otra. Los trabajos de Flemming y
Strasburger en Alemania durante la década de 1880, detallaron las diferentes etapas (que en
realidad son un proceso continuo) por las que pasa la célula cuando se divide durante la
mitosis. Más adelante, con el avance en el conocimiento de la bioquímica, se demostró que
existen semejanzas fundamentales en la composición química y las actividades metabólicas
de las células. También se reconoció que el organismo como una unidad es el resultado de
las actividades, funciones e interacción de las células.
Así, esta teoría propició el desarrollo de la investigación biológica, permitiendo la
profundización del conocimiento sobre la organización, diferenciación y desarrollo de los
organismos a partir del estudio de su unidad fundamental: la célula.
En la actualidad, la teoría celular sostiene cuatro proposiciones fundamentales: a) todos los
organismos están compuestos por células; b) en ellas tiene lugar las reacciones metabólicas del
organismo; c) las células provienen de otras células preexistentes; d) las células contienen el
material hereditario.
3.2 Teoría de la evolución
Desde que surgió la especie humana, hace más de 100 000 años, hombres y mujeres nos
hemos preguntado cómo apareció nuestra especie y el resto de seres vivos que habitan
nuestro planeta. En la antigüedad, los humanos trataron de entender la naturaleza con base
en concepciones religiosas; creyeron que por la acción de uno o varios seres omnipotentes,
se pudieron crear todos los seres vivos y que éstos se mantienen tal y como los conocemos.
De ello dan cuenta mitologías como la egipcia o la griega y tradiciones religiosas como la
judeo cristiana, que sostienen que todos los seres vivos han sido creados por dioses y se
mantienen tal y como fueron creados.
Una creencia se refiere a algo que es dado por cierto aunque no haya sido demostrado. Una
teoría científica, por el contrario, es un planteamiento lógico que explica los fenómenos
naturales, con base en la aplicación de diversas metodologías que le dan un grado considerable
22
de certeza. Es decir, no son ideas arbitrarias, sino explicaciones plenamente demostradas y
confrontadas con los hechos. De este modo, aunque tanto las creencias como las
explicaciones científicas son respetables como expresiones humanas, no tienen la misma
validez como explicaciones de la naturaleza.
Tuvo que pasar mucho tiempo para que las creencias sobre el origen divino del universo
y de los seres vivos dieran paso al planteamiento de las explicaciones científicas. Fue a
finales del siglo XVIII y principios del XIX, cuando empezaron a plantearse teorías basadas en
fundamentos naturales, donde se habla acerca de la transformación de las especies y del
origen natural de los seres vivos, incluyendo los humanos.
Durante este periodo, las explicaciones históricas, fundamentales para los naturalistas que
pensaban que los seres vivos evolucionaban, se convirtieron en un tema esencial. En estos
años se produce una transformación en la visión estática del mundo, al introducirse la idea de
cambio a través de largos periodos, tanto en la tierra como en los seres vivos. Así, a principios
del siglo XIX algunos naturalistas se plantearon la posibilidad de que las especies se
transforman y fue Jean Baptiste, conde de Lamarck, quien en 1807 planteó la primera teoría
coherente para explicar este proceso.
Lamarck fue el primero en ofrecer un panorama organizado del desarrollo histórico de los
seres vivos y encontró que el mejor modo de conocer a los organismos era en función de su
interacción con el ambiente y su adaptación a él. Algo muy importante es que trata de explicar
racionalmente estos procesos, es decir, basado en argumentos y demostraciones. Así, en 1807
en su libro La filosofía zoológica planteó sus ideas sobre cómo es que los organismos se
transforman al acomodarse al ambiente y cómo se adaptan a él.
Sostiene que en la naturaleza existe una gradación sutil, que va de los animales más
simples a los mamíferos y al ser humano. Sin embargo, dentro de cada grupo, las especies no
siguen esta gradación, sino que se diversifican debido a que los cambios del medio provocan
transformaciones que le permiten adaptarse mejor a él, y que son heredadas a sus
descendientes. De este modo, Lamarck piensa que la transformación de los seres vivos se
debe a causas naturales; no ve este proceso como un acto de creación de Dios.
23
El mecanismo de transformación de Lamarck plantea lo siguiente: un cambio
permanente en el ambiente produciría en los organismos un cambio en sus necesidades;
esto conduciría al desarrollo de nuevas acciones que traerían como resultado nuevas
costumbres. Estas nuevas costumbres implicarían el mayor uso de ciertas partes del
organismo (que se agrandarían, o se transformarían en otras) y el desuso de otras (que
tenderían a desaparecer); estos caracteres adquiridos durante la vida del organismo serían
transmitidos a sus descendientes. Este proceso sostenido durante largo tiempo traería como
consecuencia la transformación de las especies.
Aunque la idea de la evolución era compartida por algunos científicos de su tiempo, la teoría
de Lamarck no tuvo mucha aceptación; varios de los conceptos que incluyó Lamarck en su
explicación sobre la transformación de las especies, no resistieron el avance del conocimiento
sobre el tema. Muchas de sus ideas no fueron compartidas por sus contemporáneos y muchas
de ellas no se consideran válidas actualmente, como el concepto de herencia de los
caracteres adquiridos o el del uso y desuso de los órganos. Sin embargo, contribuyó de
manera importante a la gradual aceptación de la evolución biológica y su teoría representó un
gran avance en la explicación sobre la evolución de los seres vivos.
Algunos años más tarde, en 1859, Charles Darwin publica el libro El origen de las
especies donde expone una teoría que explica con suficiente claridad el hecho de la evolución
y plantea posibles mecanismos que la explican. De manera paralela, Alfred Russel Wallace
(1823-1913) había llegado a conclusiones muy similares, por lo que se considera que ambos
autores son los constructores de la teoría de la evolución por selección natural, que
constituye la base del evolucionismo contemporáneo.
En términos generales esta teoría sostiene que el proceso evolutivo involucra dos aspectos
fundamentales: el origen azaroso de la variación, y el mantenimiento o eliminación de ésta
mediante el mecanismo de la selección natural. Esto significa que cuando aparece de
manera casual una variación dentro de una población (o conjunto de seres vivos), puede ser
que la nueva característica sea ventajosa para los organismos que la portan o puede ser que
no lo sea. El que sea ventajosa o no depende de las condiciones ambientales particulares.
24
El hecho de que sea ventajosa significa que permite a los organismos tener una mayor
capacidad de sobrevivencia y de reproducción.
La selección natural, entonces, de acuerdo con las características de los individuos, posibilita
que algunos sobrevivan y otros no, que algunos se reproduzcan más que otros, o que algunos
tengan más descendencia que otros. Esto quiere decir que existe una adaptación diferencial
dentro de la población, que provoca el aumento en la proporción de ciertos organismos que
cuentan con alguna característica que les confiere ventajas en la sobrevivencia o la repro-
ducción, proceso que al paso del tiempo iría cambiando las características generales de la
población y, por tanto, de la especie.
Después de la publicación de El origen de las especies en 1859, se aceptó el hecho de la
evolución, pero se cuestionó fuertemente acerca de los mecanismos que tienen lugar en el
proceso; asunto que sigue generando polémica aun en nuestros días. Algunos años después,
en 1945 se planteó la teoría sintética de la evolución que constituye el marco general unificador
que da cuerpo a este gran programa de investigación que es el evolucionismo. La evolución
es aceptada como un hecho, y la selección natural como el principal mecanismo que explica la
diversidad y adaptación de los seres vivos, además de la consideración de otros
mecanismos como la deriva génica. La evolución es vista como un proceso en el que
intervienen azar y necesidad. El azar producto de la recombinación genética y las mutaciones,
y la necesidad, resultado de la respuesta que deben dar los individuos ante un ambiente
cambiante e impredecible.
En la actualidad se considera que la evolución de los organismos es una conclusión
científica que puede ser aceptada con tanta confianza como el hecho de que la Tierra es
redonda o de que los planetas se mueven alrededor del Sol. Para llegar a esta afirmación,
los científicos han recurrido a las aportaciones de diversos campos de estudio de la
biología, como son la paleontología, la embriología, la ecología, la genética y la biología
molecular, entre muchas otras disciplinas.
La paleontología y la anatomía comparativa fueron, hasta mediados del siglo XX, las
25
disciplinas biológicas que proporcionaron la evidencia más fuerte para la evolución, y la mejor
información acerca de la historia evolutiva. Se obtuvo conocimiento adicional a partir de la
embriología comparativa (el estudio del desarrollo temprano), la etología comparada (el
estudio del comportamiento animal) y la biogeografía (el estudio de la distribución geográfica de
los organismos). En los últimos años, la biología molecular da pruebas irrefutables de la
evolución de los organismos.
Gracias a los conocimientos que han sido desarrollados por estas disciplinas, la teoría
sintética de la evolución ha aportado avances a cuestiones que no podían responderse en
tiempos de Darwin. De acuerdo con ella, la evolución tiene lugar en varios niveles, la
selección natural puede ocurrir entre moléculas, entre organismos e incluso entre especies. La
selección natural es el mecanismo fundamental que orienta la evolución al seleccionar a las
variantes (en los diferentes niveles evolutivos) con mayor adecuación. Pero la selección sólo
puede ocurrir si existe variación hereditaria, la cual surge fundamentalmente por el proceso
aleatorio de la mutación genética.
De este modo, los evolucionistas señalan que entre los procesos más importantes que
explican estos cambios se encuentran: la interacción entre los organismos y su ambiente, la
cual es distinta en cada momento y cada lugar; la continuidad de las características de los
organismos, que se da por medio del mecanismo de la herencia, y la aparición continua de
variación como resultado de la recombinación genética y las mutaciones. Es importante
señalar que las variaciones o modificaciones en la estructura o funcionamiento de los orga-
nismos no surgen para resolver sus necesidades, sino que aparecen sin un fin determinado.
Son las condiciones ambientales presentes en un tiempo y lugar particular las que determinan
si el cambio es benéfico o no.
Los evolucionistas también están interesados en explicar la historia de la evolución, es decir,
buscan determinar las relaciones de parentesco que existen entre distintos organismos y
proponen cuándo se separaron los linajes que llevan a las especies vivientes, formando los
llamados árboles filogenéticos.
También buscan explicar cómo aparecieron los grandes grupos de seres vivos, como son
26
los invertebrados, peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, y también cómo es que se
extinguieron grandes grupos como los dinosaurios, proceso que ha sido denominado
macroevolución. De este modo, las investigaciones en el campo del evolucionismo buscan
conocer la sucesión histórica de los organismos, proponen los ritmos en los que se lleva a
cabo la evolución y nos hablan de la multiplicación y la extinción de especies y de muchos otros
aspectos interesantes.
El evolucionismo, por tanto, es un conjunto de “grandes teorías” desarrolladas por los
científicos, que tratan de resolver temas profundos como: ¿Cómo se originan las especies?
¿Cómo se transforman? ¿De dónde venimos? ¿Cómo surgió la vida?
3.3 Teoría del gen
¿Por qué los hijos se parecen a sus padres? ¿Cómo se transmiten las características de
generación en generación? ¿Cómo se producen nuevas características? Éstas son preguntas
de interés permanente para los seres humanos.
Las respuestas a estas dudas las ofrece la ciencia de la genética, que tiene como objetivo
estudiar la forma en la que las características de los seres vivos, ya sean morfológicas,
fisiológicas, bioquímicas o conductuales, se transmiten, se generan y se expresan de una
generación a otra, es decir, explicar el fenómeno de la herencia. De este modo, la genética
estudia cómo la altura de una planta, el color de los ojos, la forma de las semillas, la
constitución de una proteína, o el comportamiento de un animal, por ejemplo, se transmite
de padres a hijos y también cómo varía de generación en generación.
La genética tuvo un desarrollo impresionante en el siglo XX, pero tiene sus raíces en el
XIX, con el trabajo de los hibridólogos. En el siglo XIX, la hibridología era una ciencia que
estudiaba la herencia a partir de la cruza de organismos; su objetivo era analizar a sus
descendientes. A este proceso se le denominó hibridación.
Este método proporcionó información acerca de la fertilidad o esterilidad de los
descendientes (híbridos) y de la imposibilidad de obtener cruzas fértiles de organismos de
diferentes especies. Estos estudios no ofrecieron principios o generalizaciones que explicaran
27
la herencia debido a que sus experimentos trataban características muy complejas, que
imposibilitaban un estudio detallado. Además no estaban vinculadas con otras disciplinas,
como la citología, que estaban teniendo avances en el estudio e identificación de las partículas
de la célula, los llamados cromosomas que se multiplicaban y dividían durante la
reproducción celular.
El asunto es ¿cuándo surge la genética? Surge con los trabajos de Gregor Mendel (1822-
1884), que pasa parte de su vida trabajando en Brno, en Austria. En 1866, los trabajos de
Charles Darwin eran muy conocidos y Gregor Mendel tenía la intención de mostrar, de manera
experimental, cuál era el origen de las especies. Mendel no logró explicar esto, pero sí pudo
generalizar algunos principios sobre cómo se heredan las características de generación en
generación.
Mendel adoptó el método de análisis de poblaciones, en lugar del estudio de individuos
particulares. Seleccionó cuidadosamente las plantas que debía usar en sus experimentos,
proceso que le llevó dos años de cruzas controladas de plantas del chícharo Pisum sativum,
Pisum quadratum y Pisum umbelatum.
Pensaba que el control del tipo de cruzas entre diferentes individuos, permitiría rastrear la
herencia de ciertas características durante varias generaciones, lo que permitiría establecer
principios que explicaran su herencia o transmisión. Mendel encontró que las contribuciones de
los padres se expresaban de manera desigual. Pensó que si los rasgos o características de
cada planta se heredan como elementos o partes, entonces cada planta recibe un elemento
de cada uno de los padres. Esta herencia particulada significa que el progenitor contribuye
con un elemento; por tanto, el hijo tiene pares de elementos, a los que Mendel llamó caracteres
diferenciantes.
La primera generalización que hizo, la conocida como primera ley de Mendel, se refería a
la separación o segregación de los elementos durante la formación de los gametos. La
segunda generalización (segunda ley de Mendel) se refería a la herencia independiente de los
pares de elementos, es decir, sostiene que durante la formación de los gametos, cada par
de elementos se segrega de manera independiente.
28
A partir de estas dos leyes se constituyó la genética moderna. Sin embargo, el trabajo de
Mendel no fue muy conocido en su época y fue en 1900 que fue redescubierto por Hugo de
Vries (1848-1935), Erich Von Tschermak (1871- 1962) y Carl Correns (1864-1933). Una vez que
esto sucedió, el mendelismo se desarrolló y expandió por Europa y América. Así, en 1906, el
gran genetista William Bateson acuñó el término genética para nombrar a esta ciencia.
Cuando Mendel publicó sus resultados, no se conocía con claridad el comportamiento de los
cromosomas durante la división que tiene lugar en la formación de los gametos, proceso
conocido como meiosis. Fue Sutton, en 1903, quien logró aplicar las leyes de Mendel al
comportamiento de los cromosomas. De este modo se pensó que los cromosomas son los
portadores de los elementos hereditarios que serían llamados genes.
Cuando los cromosomas se separan durante la meiosis, se llevan los genes consigo,
entonces cada elemento del par pasa a células distintas por lo que cada célula contiene un solo
elemento del padre o de la madre. Esto explicaría la primera ley de Mendel. La segunda ley
se explica al suponer, por ejemplo, que si tenemos dos factores o genes, que se encuentran
en cromosomas distintos, entonces, durante la división celular meiótica, se separan de
manera azarosa, es decir, independientemente uno de otro.
De la aplicación de estas leyes se derivaron varias líneas de investigación. Una de ellas,
que desarrolló Johansen, botánico danés, permitió acuñar conceptos fundamentales para
entender la herencia, como son: gen, genotipo y fenotipo. El genotipo se refiere al
conjunto de todos los genes; el fenotipo a las características que podemos ver, como son
las formas, texturas, colores de las hojas, color de ojos, etc., y el gen a la unidad de la
herencia. Otro descubrimiento importante hecho por E. M. East y H. Nillson-Ehle permitió esta-
blecer la posibilidad de que más de un gen interviniera en la determinación de un carácter
particular.
La línea de investigación que más aportaciones hizo a la genética naciente fue la
desarrollada por el llamado “grupo de las moscas” conformado por Thomas Hunt Morgan
(1866-1945) y sus alumnos Alfred Sturtevant (1891-1970), Herman Muller (1890-1967) y
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Calvin Bridges (1889-1938), quienes revolucionaron la manera de tratar los temas de la
herencia, estableciendo nuevos enfoques experimentales y un conjunto de principios fun-
damentales, que permitieron resolver enigmas que habían sido planteados anteriormente.
Se le llamó el grupo de las moscas porque su objeto de estudio fue la mosca
Drosophila melanogaster, que les permitió observar cambios generacionales de manera mucho
más rápida y más sencilla de lo que lo habían hecho sus predecesores, que generalmente
trabajaban con plantas cuyos ciclos de vida eran más largos. En 1915 publicaron un libro El
mecanismo de la herencia mendeliana donde exponen los resultados de sus investigaciones.
Este grupo pudo determinar que los factores elementales a los que Mendel se refería (los
genes) formaban parte de los cromosomas y, por tanto, podría determinarse su localización
específica dentro de ellos, lo que posibilitaría la construcción de mapas genéticos. A esto se le
denominó teoría cromosómica de la herencia, explicación que les valió el Premio Nobel de
Fisiología y Medicina de 1933.
También reconocieron el fenómeno del ligamiento que se refiere al hecho de que dos
caracteres se trasmitan juntos, lo que no cumpliría la segunda ley de Mendel. Un ejemplo de
esto es la herencia ligada al sexo, es decir, el conjunto de características que presenta uno u
otro sexo, que está determinado por los cromosomas sexuales.
Estudiaron también el proceso de recombinación y de la distribución anómala de piezas o
de cromosomas completos. Por ejemplo, algunas veces una parte de un cromosoma se
desprende y se une a otro, fenómeno conocido como tras-locación. Cuando la parte del
cromosoma se une al cromosoma normal se le llama duplicación, y deleción cuando la parte
traslocada se pierde en divisiones posteriores.
Muller estableció que algunos factores externos, como la radiación, pueden producir efectos
permanentes en los cromosomas, sin afectar el resto de la célula. A esta nueva rama de la
genética se le conoce como mutagénesis y sus aportaciones hicieron que le fuera otorgado el
Premio Nobel en 1947. Estos estudios han sido muy importantes debido a que ha sido posible
inducir mutaciones a conveniencia, lo que ha permitido estudiar el gen individual, así como su
30
estructura. La contribución más importante fue establecer que los genes tienen una existencia
física capaz de cambiar o mutar por la acción de agentes externos; el aspecto fundamental es
que estas variaciones se heredan. De este modo, se pudo mostrar la forma en la que aparece
la variación en la evolución, la cual pudo ser explicada por medio de las mutaciones o
cambios físicos en los genes.
Hasta 1945 se sabía que los genes eran la unidad fundamental de la herencia, pero poco
se conocía acerca de su funcionamiento y estructura. Para ello fue fundamental el aporte de
la bioquímica. De estudios sobre errores de nacimiento que derivan en alteraciones
metabólicas, George Beadle (1903-1989) y Edgard Tatum (1909-1975) establecieron que los
genes producen enzimas (proteínas) que actúan directamente en la cadena metabólica de la
síntesis de proteínas.
De este modo, por primera vez se relacionó la actividad bioquímica de un gen con su
estructura molecular. Acuñaron la famosa frase “un gen una enzima”, que se refiere al hecho
de que se necesita un gen para producir una enzima. Actualmente se sabe que los genes tienen
instrucciones, es decir, codifican para formar polipéptidos, que son las moléculas que
conforman las proteínas.
Durante estos años hubo una gran multiplicación de ideas en los trabajos realizados en los
campos de la biología molecular, la medicina, la citología y la bioquímica. En 1943, por ejemplo,
Salvador Luria (1912-1991) demostró que las bacterias mutan de la misma forma que los
organismos superiores y que sus adaptaciones son el resultado de la evolución; por tanto,
su sistema genético es semejante a los de los demás seres vivos conocidos.
Lo que faltaba ahora era conocer qué era el material genético y cuál era su estructura.
En la década de 1950, Seymur Benzer mostró que existía una estructura fina de material
genético, donde podían caracterizarse por separado la unidad de función, mutación y
recombinación. Introdujo los términos cistrón para las unidades genéticas funcionales, es
decir, las unidades que contenían información para producir una proteína; mutón para la
unidad de mutación y recón para la de recombinación. Ahora se necesitaba saber de qué
31
estaba hecho el material genético y cómo se duplica para ser trasmitido de células madres a
células hijas.
Gracias a las investigaciones con bacterias hechas por C. T. Avery, C. M. McLeod y M. J.
McCarty en 1944, se pudo comprobar que el ácido desoxirribonucleico o DNA es la molécula
portadora de la información genética. El DNA había sido descubierto por F. Miescher en el
siglo XIX y desde 1920 se sabía
que contenía cuatro bases nitrogenadas; sin embargo, no se conocía su estructura. Para
ello fue necesaria la aplicación de la cristalografía de rayos X al estudio de las moléculas
biológicas, lo que permitió determinar su estructura tridimensional. Se hicieron muchos intentos,
pero fueron James Watson (1928-) y Francis Crick (1916-2004) quienes dedujeron el modelo
tridimensional del DNA.
El modelo de la doble hélice representaba avances en el entendimiento de la replicación
de DNA, una de las funciones fundamentales del material genético. El planteamiento de cómo
se traduce la información del DNA a las proteínas fue hecho por Francis Crick y sus
colaboradores en 1961 y demostrado experimentalmente por M. Nirenberg. El resultado de
estas investigaciones, denominado código genético, indica cómo se traduce el alfabeto del
DNA (formado por la combinación de cuatro bases) al alfabeto de las proteínas (formado por
la combinación de 20 aminoácidos).
A partir de estos descubrimientos se han desarrollado nuevos enfoques metodológicos y se
han planteado hipótesis cada vez más ambiciosas que buscan explicar, dilucidar y manipular el
DNA de diversos organismos. Se conoce cada vez más la estructura del gen, cuánto mide,
cómo se lleva a cabo la síntesis de proteínas y se comienza a entender cómo se lleva a cabo
la regulación génica.
Estos avances amplían la concepción clásica del gen: el descubrimiento de las mutaciones
puntuales, el entrecruzamiento intragénico y la acción de las enzimas de restricción permiten la
visualización del gen de manera más profunda. A esto podemos añadir el descubrimiento de
los genes reguladores, los operones y el código genético, que obliga ahora a no hablar más
de genes sino de unidades de recombinación o estructuras complejas que funcionan como
una unidad.
32
Se ha desarrollado también la ingeniería genética que busca construir organismos de
utilidad para los humanos; para ello han insertado ciertos genes dentro de organismos
pequeños como bacterias para fabricar enzimas o vacunas de importancia médica para
nuestra especie. Estas investigaciones han provocado también una gran discusión ética,
económica y científica que nos lleva a reflexionar sobre el papel y la responsabilidad social
de los científicos.
Resumen
La invención del microscopio permitió la exploración de un mundo que antes era inaccesible
para el ojo humano, lo que abrió un sinfín de posibilidades y formas de aproximación al
estudio de la vida. Esto aunado al desarrollo de nuevos enfoques y aproximaciones de
estudio posibilitaron el planteamiento de la teoría celular a mediados del siglo XIX. Esta
teoría propició el desarrollo de la investigación biológica, permitiendo la profundización del
conocimiento sobre la organización, diferenciación y desarrollo de los organismos a partir del
estudio de su unidad fundamental: la célula.
La teoría de la evolución constituye uno de los paradigmas centrales de la biología
contemporánea. Sostiene que la gran diversidad de seres vivos y las adaptaciones que
presentan al ambiente son el resultado de un proceso natural denominado evolución biológica.
Charles Darwin y Alfred Russell Wallace argumentaron con suficiente claridad la existencia de
la evolución y plantearon un mecanismo natural para explicarla: la selección natural.
En la actualidad se considera que la evolución de los organismos es una conclusión
científica que puede ser aceptada con tanta confianza como el hecho de que la Tierra es
redonda o de que los planetas se mueven alrededor del Sol y contamos con un gran programa
de investigación que ha avanzado de manera sorprendente en la explicación de los problemas
que Darwin no pudo resolver.
El desarrollo de la genética ha sido muy importante en la conformación de la biología
como ciencia, ya que explica una de las características fundamentales de los organismos: la
continuidad de la vida. Tiene su origen en el siglo XIX con los trabajos de Gregor Mendel, pero
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se desarrolla en el siglo XX. En la actualidad se denomina genes a las porciones de DNA, que
es la biomolécula responsable de la herencia. Se ha avanzado de manera impresionante en el
conocimiento de su estructura, funcionamiento y transmisión y a partir de estos descubrimientos
en la actualidad se han desarrollado nuevos enfoques metodológicos que plantean hipótesis
ambiciosas que tratan de explicar, dilucidar y manipular el DNA de diversos organismos.
Tomado de: 2008. Conocimientos fundamentales para la enseñanza media superior. Una propuesta de la UNAM para el bachillerato.