Niveles de organización y funciones vitales

En la naturaleza, la materia se organiza en formas de complejidad cada vez mayor. Cada una de estas formas se denomina nivel de organización. Los seres vivos están formados por materia y, por tanto, presentan niveles de organización característicos, que la biología se ocupa de identificar y de estudiar. Para mantener sus niveles de organización, los seres vivos desarrollan una serie de funciones, conocidas como funciones vitales. 

Niveles de organización

La materia viva presenta una línea de niveles de organización que se inicia con el nivel de los átomos y llega hasta el de la biosfera.

•Átomos: Se han identificado cerca de cien elementos distintos en la naturaleza. De todos ellos, sólo veinticinco están presentes en los seres vivos, y con sólo cuatro de ellos (carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) se constituye más del 95 % de la materia viva.

•Moléculas: Los átomos se agrupan para formar moléculas, que pueden ser orgánicas o inorgánicas. Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos son las moléculas orgánicas esenciales para la vida.

•Células: La célula es la unidad biológica funcional más pequeña, es decir, es la menor unidad que cumple las funciones vitales: nace, crece, se mantiene, se reproduce y muere.

•Tejidos: Las células pueden estar muy especializadas en determinadas funciones, que se conocen como tipos celulares. Un tejido es un conjunto de células con características propias, que cumple las funciones caracterizadas por el tipo celular que lo forma.

•Órganos: Los tejidos especializados pueden organizarse para realizar una función compleja, formando un órgano. Por lo común, un órgano está compuesto de varios tejidos, cumple una función muy específica y tiene una forma reconocible. Algunos órganos se encargan de una única función, como el corazón, mientras que otros, como el cerebro, coordinan la función de otros órganos.

•Aparatos y sistemas: Ciertas funciones no pueden ser asumidas por órganos individuales, sino que implican coordinar el trabajo conjunto de varios órganos. Un aparato es un grupo de órganos de origen común, especializados en alguna función compleja. Cuando varios órganos están constituidos por un mismo tejido, se conocen como sistema. La mayoría de los animales y de las plantas poseen sistemas.

•Organismos: Un organismo es una integración de órganos en un todo más complejo. El individuo es un sistema biológico autónomo que completa por sí mismo todas las funciones de un ser vivo, en el que todas las células, excepto las sexuales, comparten la misma información genética.

•Poblaciones: Un conjunto de individuos de una misma especie que viven en un ambiente y un tiempo determinados forma una población. Los individuos que componen una población comparten material genético, pues se reproducen entre ellos. Esto concede a cada población ciertos rasgos que la diferencian de las otras, y si no existe intercambio genético entre ellas, con el tiempo pueden acabar en la formación de especies distintas.

•Comunidades: El conjunto de poblaciones de diferentes especies que viven en un mismo lugar y tiempo constituye una comunidad. El nuevo grado de complejidad de este nivel de organización reside en las múltiples interrelaciones que se establecen entre las distintas especies que coexisten en una misma comunidad.

•Ecosistemas: Un ecosistema es un conjunto de todos los seres vivos que comparten un espacio y los factores abióticos del medio en que se encuentran. Es un concepto parecido al de comunidad, pero se considera que en el ecosistema se integran no sólo las relaciones de los seres vivos entre sí, sino también las que mantienen éstos con el medio ambiente que los

rodea. Un ecosistema es, además, un sistema funcional del que se pueden calcular los flujos de materia y de energía. Los límites de un ecosistema son arbitrarios y, en la práctica, se establecen según las necesidades del estudio a realizar.

•Biosfera: El conjunto de todos los ecosistemas donde es posible la vida se denomina biosfera. Algunos autores consideran que la biosfera del planeta Tierra se comporta como un gran sistema biológico integral, algo análogo a un enorme macroorganismo, sujeto a la necesidad de cumplir con sus propias funciones vitales.

Células y tejidos

La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. En la naturaleza existen organismos simples, los protozoos, formados por una única célula, y organismos más complejos, como los vegetales y animales, que son pluricelulares. Estos últimos presentan especialización y diferenciación de las células en tejidos, que se organizan para dar lugar a estructuras más complejas: los órganos. 

Características de la célula animal eucariota

La forma, el volumen y la estructura de la célula eucariota varían según la función específica que cumple y el tejido del que forma parte. Sin embargo, las distintas células comparten numerosas estructuras subcelulares, y todas ellas están rodeadas de una membrana plasmática que aísla su contenido, el citoplasma, del medio extracelular. En el citoplasma se encuentran distintos orgánulos con funciones específicas, y el núcleo, que contiene la información genética.

Membrana plasmática

Es una estructura en forma de bicapa lipídica que limita el citoplasma y lo aísla del exterior. El 50 % de la membrana se compone de lípidos, sobre todo fosfolípidos, aunque también de colesterol y glucolípidos. El resto está formado por proteínas e hidratos de carbono. Las proteínas desempeñan varias funciones, como la transmisión de señales enzimáticas y el transporte de moléculas. Los hidratos de carbono protegen la superficie celular y están implicados en procesos de adhesión célula-célula. La composición molecular de una membrana plasmática refleja las funciones que desempeña una célula determinada.

Citoplasma

Comprende una matriz acuosa o citosol en la que se encuentran los orgánulos. Ocupa el espacio comprendido entre las membranas plasmática y nuclear, y representa el 50-60 % del volumen celular total. Contiene productos del metabolismo, enzimas y proteínas fibrilares formadoras del citoesqueleto (responsable de la organización interna de la célula, su morfología y sus movimientos). Los ribosomas, que participan en la síntesis proteica, se encuentran en gran cantidad en el citoplasma, tanto libres como asociados al retículo endoplasmático, un sistema de membranas en forma de sáculos, cisternas y túbulos aplanados que participa en la síntesis, almacenamiento y transporte de moléculas. Se distinguen dos tipos de retículos endoplasmáticos, rugosos y lisos, en función de si tienen adheridos ribosomas o no en su superficie.

El aparato de Golgi se compone de cisternas membranosas (dictiosomas) con aspecto de sacos apilados. Interviene en el tráfico vesicular y en él se modifican, empaquetan, distribuyen y secretan determinadas moléculas. Los lisosomas también colaboran en el tráfico de vesículas y contienen muchas enzimas diferentes, encargadas de la digestión celular. Las mitocondrias están envueltas en una doble membrana y realizan muchos de los procesos metabólicos y se encargan de producir energía en forma de adenosintrifosfato (ATP).

Núcleo

Es una estructura más o menos esférica, rodeada de una membrana doble y porosa que aísla el nucleoplasma (contenido interno) del citosol. Su contenido, cuando la célula no se divide, es bastante homogéneo, salvo por la presencia en él del nucleolo, rico en ácidos ribonucleicos (ARN). El resto se compone de cromatina: ácido desoxirribonucleico (ADN) y proteínas. El núcleo es indispensable para la vida celular, ya que controla y coordina el proceso de síntesis de ácidos nucleicos y de proteínas. Existen dos estados del núcleo: en reposo o interfásico y en división o mitótico. Otra de sus funciones es su papel en la división celular.

La diferenciación celular: los tejidos

Durante la evolución de los seres pluricelulares, se ha favorecido que células con una especialización funcional determinada se agrupen entre sí para dar lugar a estructuras más complejas llamadas tejidos. Un tejido es un conjunto diferenciado de células que desarrolla una función específica. Hay diversos tipos de tejidos, como los epiteliales, los musculares, los conjuntivos y los nerviosos.

Tejido epitelial o epitelio

Está formado por células yuxtapuestas, en algunos casos ciliadas, que recubren la superficie corporal externa y revisten la parte interna de cavidades, conductos, órganos huecos y glándulas. Los epitelios desempeñan funciones de protección, secreción, absorción, excreción y transporte de sustancias. Según la función que realicen y dependiendo de su ubicación, se encuentran distintas morfologías celulares. Además, los epitelios pueden ser simples (monoestratificados) o formados por varias capas de células (pluriestratificados).

Tejido muscular

Las células de este tejido, ricas en proteínas contráctiles, se organizan en fibras. Existen tres subtipos de tejido muscular: estriado, formado por células que permiten la contracción muscular voluntaria; liso, propio de órganos que se contraen de manera involuntaria, y cardíaco, característico del corazón.

Tejido conjuntivo o conectivo

Es el tejido biológico de sostén, cohesión y relleno de los órganos. Está formado por células (en especial fibroblastos) dispuestas en una matriz compuesta en su mayor parte por proteínas fibrosas, sobre todo colágeno. Existen diferentes tipos de tejido conjuntivo, que se clasifican en función de la consistencia de la matriz: laxo, denso, óseo, cartilaginoso, adiposo, adenoideo y elástico. La sangre se considera una forma especializada del tejido conectivo.

Tejido nervioso

Se compone de las neuronas, un tipo celular muy especializado, encargadas de la transmisión de impulsos nerviosos mediante cambios en la polaridad de sus membranas. Se organizan en forma de redes interconectadas y también pueden agruparse para formar nervios. Asociado a las neuronas hay otro tipo celular, la glía o células gliales, que proporcionan nutrientes y soporte estructural a las neuronas.

Órganos, aparatos y sistemas

En los organismos pluricelulares algunos órganos realizan tareas específicas que se complementan con las de otros. Para llevar a cabo funciones conjuntas de gran complejidad, los órganos se agrupan en forma de aparatos y de sistemas. 

Niveles de organización

Los órganos son estructuras muy especializadas que realizan una o varias funciones específicas. Pese a esta especificidad, hay órganos que trabajan en conjunto y de forma coordinada con otros para lograr un objetivo común: cada órgano se encarga de una pequeña parte del proceso final, que se lleva a cabo con éxito sólo cuando los distintos órganos trabajan en conjunto. En caso contrario, no se obtendrían más que pequeñas partes por separado, que no llegarían a cumplir la función requerida.

Los órganos se organizan y se integran en estructuras más complejas en cuanto a su forma y función: los aparatos y los sistemas. La diferencia entre aparato y sistema reside en que en el sistema, los órganos están constituidos por un único tejido, aunque a menudo se habla indistintamente de aparato y sistema.

Aparatos y sistemas

Para cumplir las funciones de nutrición, relación y reproducción, el ser humano debe cubrir una serie de necesidades: respirar, comer, distribuir los alimentos por el cuerpo, eliminar los productos de desecho, recibir los estímulos y formar sensaciones, controlar y adaptarse al medio, moverse y reproducirse. Para ello dispone de los siguientes aparatos y sistemas:

•Aparatos:

- respiratorio,

- digestivo,

- excretor,

- reproductor,

- circulatorio,

- locomotor.

•Sistemas:

- nervioso,

- hormonal,

- inmunitario.

Aparato respiratorio

El aparato respiratorio interviene en el proceso de respiración, es decir, en el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono, participa en la regulación ácido-base del medio interno y en el proceso de fonación. La laringe está en contacto con la faringe, y ésta, con la nariz y la boca, que son las estructuras por donde se toma el aire. Los bronquios son el resultado de la bifurcación de la tráquea, conectada con la laringe en su parte superior. Hay dos bronquios y cada uno penetra en un pulmón. Los bronquiolos, que convergen en los bronquios, son las últimas ramificaciones del árbol bronquial. El componente principal son los pulmones, protegidos por una doble capa serosa llamada membrana pleural. Entre ambas capas se encuentra el líquido pleural. En los alvéolos ocurre el intercambio gaseoso.

Aparato digestivo

Consiste en un tubo de unos once metros de longitud, llamado tracto gastrointestinal, que empieza en la boca y acaba en el ano. Transforma física y químicamente los alimentos ingeridos para que puedan ser absorbidos por las células del intestino, y así la sangre pueda absorber los nutrientes y repartirlos por todo el organismo. Para ello intervienen diferentes estructuras: dientes, lengua, glándulas salivales, esófago, estómago, hígado, páncreas,

vesícula biliar, intestinos delgado y grueso, recto y ano. Por el ano se eliminan las heces, que son los residuos de los alimentos, resultado de la digestión.

Aparato excretor

Interviene en la regulación del volumen, la presión y la composición de la sangre, mediante la expulsión de residuos en disolución por medio de la orina. También desempeña un papel importante en el metabolismo y en la regulación del equilibrio hídrico. Está formado por dos riñones, de los que sale un uréter que desemboca en la vejiga urinaria, donde se almacena la orina. La vejiga urinaria está comunicada con la uretra, que conecta el aparato excretor con el exterior.

Aparato reproductor

Presenta diferencias estructurales según el sexo. Su función es la producción de gametos (espermatozoides en el hombre y óvulos en la mujer) para la reproducción sexual y realizar la gestación y el nacimiento. Los hombres tienen testículos, próstata, epidídimo y pene; las mujeres, ovarios, trompas de Falopio, útero, vagina y vulva.

Aparato circulatorio

Lo forman el corazón, los vasos sanguíneos (venas, arterias y capilares), la sangre, y el sistema linfático. El corazón impulsa la sangre a través de los vasos hacia todos los órganos del cuerpo. De este modo, la sangre intercambia gases con las células, les proporciona nutrientes y recoge los productos de desecho del metabolismo. También interviene en el transporte de sustancias como las hormonas y de células, en el control de la temperatura y en los procesos de hemostasia (mecanismos del organismo para detener las hemorragias). El sistema linfático es el conjunto de vasos y tejidos formados por células linfáticas y los órganos que se encargan de la maduración de linfocitos y de proporcionar la linfa a la circulación.

Aparato locomotor

Está formado por el esqueleto, la musculatura, los cartílagos asociados y las articulaciones. Soporta y protege el cuerpo, colabora en el movimiento y alberga células hematopoyéticas en la médula ósea. La musculatura contribuye a mantener de la postura y es responsable del movimiento.

Sistema nervioso

Se encarga del control y la regulación de las funciones del organismo mediante impulsos nerviosos. El encéfalo es la parte superior del sistema nervioso y está formado por tres centros nerviosos: cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo. A continuación se encuentra la médula espinal, que discurre dentro de la espina dorsal y desde la que se ramifican los nervios espinales. Los órganos de los sentidos, que captan los estímulos del medio exterior, también se consideran parte del sistema nervioso.

Sistema hormonal

Lo componen las glándulas y las células productoras de hormonas, compuestos químicos que secretan las glándulas y son vertidas a la sangre. Actúan de manera específica sobre órganos diana, de manera que controlan y regulan las funciones de los mismos.

Sistema inmunitario

Los leucocitos que circulan por la sangre y por la linfa, los anticuerpos y las células infiltradas en los tejidos constituyen el sistema inmunitario. Se encargan de la protección contra patógenos y antígenos externos, a los que reconoce y elimina.