UNIDAD # 1: LA BIOLOGÍA

‐ 1 ‐ Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
UNIDAD # 1: LA BIOLOGÍA 1.1. Concepto de biología.‐ La biología (de los vocablos griegos bios = vida y logos = tratado o estudio) es una ciencia natural y experimental que estudia a los seres vivos, considerando su origen, evolución, composición, estructura funciones y las interrelaciones entre estos y el medio que los rodea. 1.2 Desarrollo histórico de la biología como ciencia.‐ Para un estudio más didáctico y organizado dividiremos el desarrollo histórico de la biología como ciencia en seis etapas bien diferenciadas, que van desde sus orígenes en el mundo antiguo, edad media, renacimiento, siglos XVI al XIX, y en los siglos XX al XXI. 1.2.1 La biología en el mundo antiguo: (hasta el siglo V). La biología como conocimiento organizado probablemente empezó en Grecia. Griegos y romanos describieron numerosas variedades de plantas y animales conocidos en aquella época, pero sin embargo en la India y China se descubrieron métodos curativos a base de plantas medicinales, en Egipto se desarrolló la técnica para embalsamar cadáveres (momificación). A continuación mencionaremos algunos de los personajes céleres de esta época que aportaron en el desarrollo tanto de la biología como en el conocimiento de la medicina. a) Aristóteles: Aristóteles filósofo griego, nació en el año 384 aC., en Macedonia Fue discípulo de Platón, pero orientó el estudio filosófico al mundo físico real. En su teoría del conocimiento reconoce el papel importante que juegan tanto los sentidos como la deducción e interpretación de lo que se observa. Una de sus frases célebres establece: “no hay nada en el intelecto que no haya estado antes en los sentidos”. La filosofía de Aristóteles cubre dos mil años de historia, su influencia ha sido universal, considerado como el maestro en la Edad Media. Fue el iniciador de la zoología, dividió a los animales en vertebrados e invertebrados, subdividió a su vez a los vertebrados en cinco clases; mamíferos, aves, peces, reptiles y anfibios. Sabía que la ballena no era un pez, y que el murciélago no era un ave, sino un mamífero. Estableció las bases del método científico utilizando como punto de partida la observación, clasificación y sistematización. b) Hipócrates: Médico griego, considerado como padre de la medicina moderna Mítico: personaje hecho convertido en leyenda. Aforismo: declaración o sentencia concisa, acordada por un gran número de personas Nació en 460 a.C. en la isla de Cos (mar Egeo), y murió en el año 377 a.C. en Larisa (Tesalia). Fue un médico griego, llamado desde la Edad Media el Padre de la Medicina. Figura de gran relieve histórico que ya en época griega adquirió carácter mítico. Pertenecía a una familia de médicos‐sacerdotes de Asclepio. Viajó por toda Grecia y probablemente por el Próximo Oriente, siendo considerado durante su vida como un gran clínico. Su figura ha sido venerada durante siglos como personificación del médico ideal y como el fundador de la medicina. Su concepción de la medicina, basada en la experiencia y en la observación, nos es conocida por los Aforismos (El término aforismo fue utilizado por primera vez por Hipócrates, como una serie de proposiciones relativas a los síntomas y al diagnóstico de enfermedades. El concepto fue aplicado después a la ciencia física y, posteriormente, generalizado a todo tipo de principios) y los tratados que se le atribuyen del célebre Cuerpo hipocrático, conjunto de teorías médicas de la época compiladas por la escuela médica de Cos. Se basan en la teoría de los cuatro humores (sangre, flema, bilis amarilla y bilis negra) y en la medicina Naturista. El Cuerpo hipocrático contiene unas cuarenta descripciones clínicas que permiten el diagnóstico de enfermedades tales como el paludismo, las paperas, la pulmonía y la tisis. En los escritos dedicados a las epidemias se establecen relaciones entre la predominancia de ciertas enfermedades y determinados factores climáticos, dietéticos, raciales y ambientales. ‐ 2 ‐ Unidad # 1: La biología
c) Galeno: Galeno de Pérgamo (129 o 139 d.C.) Primer fisiólogo experimental Nación en Pérgamo (actual Bergama, en Turquía) fue un médico griego. Sus puntos de vista dominaron la medicina europea a lo largo de más de mil años. Se le dio el nombre de Claudio en la Edad Media, pero esto parece ser un error historiográfico que se subsanó en la Edad Moderna. Escribió numerosas obras, demostrando de ese modo públicamente su conocimiento de la anatomía. Consigue una gran reputación como médico experto. Escribió numerosas obras sobre estudios de disección en animales, profundizó estudios en anatomía especializándose en el tratamiento de golpes, contusiones y heridas. Fue médico de gladiadores. Galeno pasó el resto de su vida en la corte imperial, escribiendo y llevando a cabo experimentos. Hizo vivisecciones de muchos animales con el fin de estudiar la función de los riñones y de la médula espinal. d) Plinio el joven: Su nombre completo Cayo Plinio Cecilio Segundo (23 a 79 d.C.) Fue abogado, escritor y científico de la antigua Roma. Era sobrino de Plinio el Viejo, considerado como el mejor naturalista de la antigüedad, escribió varias obras sobre anatomía realizando una recopilación y sistematización de la mayor parte de los trabajos hechos por Galeno, aunque tuvieron varios errores, pues las disecciones en animales no relevan exactamente el funcionamiento y la fisiología del ser humano, su mérito consiste en haber realizado un compendio para un mejor estudio sobre aspectos médicos concretos, como el funcionamiento de órganos. También realizó observaciones propias sobre animales y plantas realizando escritos que sirvieron como base durante mucho tiempo. Cayo Plinio Cecilio Segundo, 1.2.2 La biología en la edad media: (siglos V a XV) Esta etapa de la historia humana fue una de las más oscuras en lo que se refiere al avance científico, pues las supersticiones mezcladas con ritos religiosos sumado al pensamiento absolutista de la iglesia fue uno de los obstáculos más grandes que impidió la realización de investigaciones y descubrimientos, razón por la cual se la denominó la “Época del oscurantismo” en el período comprendido entre los siglos V y XV; pese a ello hubieron algunos personajes que hicieron aportes a la biología. Entre los personajes más destacados tenemos: Alberto Magno y Roger Bacon. El primero (1206‐1280), que fue profesor de Santo Tomás de Aquino. San Alberto realizó una clasificación de las plantas según sus hojas y frutos, escribió una obra sobre animales en 26 tomos, descubrió la función de las antenas de las hormigas para su comunicación, la forma de tejer de las arañas, la necesidad de incubación de los huevos de las águilas, etc. El segundo, (1214‐1294), fraile franciscano partidario de que en la investigación científica los razonamientos teóricos nada prueban, que todo depende de la experimentación (los resultados). 1.2.3 La biología en el renacimiento: El Renacimiento tuvo su cuna en Italia y allí donde surgieron los primeros trabajos científicos serios, como los de Leonardo da Vinci (1452‐1519), que extendió su curiosidad investigadora a la anatomía humana e intuyó la larga duración de las épocas pasadas, y los trabajos de Andrés Vesalio (1514‐1564), que basó sus estudios anatómicos en la disección de cadáveres. En esta época, el aragonés Miguel Servet (1511‐1553) descubrió la circulación sanguínea y William Harvey (1578‐1657) completó este descubrimiento y demostró el mecanismo de la circulación sanguínea en los circuitos mayor y menor. Entre los científicos más importantes de esta época destacan Redi (1626‐1698), que se declaró contrario a la generación espontánea; los hermanos Janssen, que inventaron el microscopio a finales del siglo XVI; Malpighi (1628‐1694), que Descubrió los capilares sanguíneos, los alvéolos pulmonares, la circulación renal (pirámides de Malpighi), etc.; y Robert Hooke (1635‐1703), que introdujo el término célula. 1.2.4 La biología en los siglos XVI al XIX: En el siglo XVIII, la mayoría de los científicos eran partidarios de un cambio: frente a las ideas anteriores, consideraban la ciencia como la única vía objetiva de conocimiento. Este espíritu quedó reflejado en la Enciclopedia de las Artes y de las Ciencias de Diderot (1713‐1784) y D'Alembert (1717‐1783), obra en la que se resumió todo el conocimiento científico, tanto en Biología como en las otras ramas del saber. ‐ 3 ‐ Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
Entre los científicos del siglo XVIII mencionaremos a Van Leeuwenhoek (1632‐1723), descubridor de los protozoos y primer observador de células como los glóbulos rojos, los espermatozoides y las bacterias; T. Needham (1731‐1789), defensor de la generación espontánea, y Spallanzani (1729‐1799), detractor de la misma. El siglo XVIII es el siglo de los grandes viajeros y sistemáticos. Entre ellos destaca el sueco Carl von Linneo (1707‐1778), seguidor de la filosofía de Aristóteles, que ideó la nomenclatura binomial de género y especie, actualmente en uso, y clasificó los animales y las plantas en las sucesivas ediciones de su obra Sistema naturae. Esta obra sirve de base a la sistemática actual. Adelantos producidos en el siglo XIX; tras el siglo XVIII en el que la mayor actividad de los biólogos se desarrolló en el campo de la sistemática, en un intento de clasificar las especies procedentes del Nuevo Mundo, se suscitó en el siglo XIX una interpretación, basada en la razón, tanto de la aparición de las diferentes especies como de su distribución y parentesco. Así surgió la teoría evolucionista, uno de cuyos primeros defensores fue el francés Jean‐Baptiste Lamarck (1744‐1829), que explicaba su hipótesis basándose en dos principios: «la necesidad crea el órgano, su función lo desarrolla», y «los caracteres adquiridos se heredan». Esta teoría chocaba, por un lado, con la crítica de quienes pedían datos, experiencias, etc., que la confirmaran y, por otro, con la opinión del francés Georges Cuvier (1769‐1832), considerado como el padre de la Paleontología y de la Anatomía comparada, Cuvier era fijista, es decir, creía en la inmutabilidad de las especies. Para explicar la desaparición de especies que sólo existieron en el pasado y de las cuales sólo quedan restos fosilizados suponía que hubo una serie de catástrofes sucesivas que produjeron su extinción. Posteriormente, después de cada catástrofe se desarrollaba una nueva y distinta creación. En 1859, el naturalista inglés Charles Darwin (1809‐1882) publicó El origen de las especies. En este libro recogió las conclusiones a que había llegado durante el viaje científico que muchos años antes había realizado por todo el Nuevo Mundo a bordo del Beagle. La teoría de Darwin se apoyaba en dos puntos: la variabilidad de la descendencia y la selección natural o, dicho de otro modo, la supervivencia del más apto. La visita a las islas Galápagos en las costas de Ecuador fue el viaje que realmente lo inspiró para escribir su obra cumbre. Schwann (1810‐1882) y Schleiden (1804‐1,881), destacaron en Histología por enunciar la teoría celular. En Microbiología, Pasteur (1822‐1895) llevó a cabo experimentos definitivos sobre la irrealidad de la generación espontánea, descubrió que algunos microorganismos tenían carácter patógeno, aisló el bacilo del cólera de las gallinas, dedujo el concepto de inmunidad y descubrió la vacuna antirrábica. Posteriormente, Robert Koch (1843‐1910) aisló el microbio que producía el carbunco, el bacilo de la tuberculosis y el microbio del cólera. En 1865, el médico escocés Josepli Lister (1827‐1912) descubrió que la infección de las heridas se debe a las bacterias y en 1867 utilizó el fenol para crear un ambiente bactericida en la sala de operaciones. En 1884, el médico y bacteriólogo español Jaime Ferrán (1852‐1929) descubrió la vacuna contra el cólera. En Fisiología destacó Claude Bernard (1813‐1878), que puede ser considerado como el padre de la Fisiología. En 1865, el agustino Gregor Mendel (1822‐1884) publicó sus trabajos sobre las leyes que sigue la herencia biológica, por lo que también es considerado como padre de la genética. A mediados del siglo XIX apareció el término «ecología» para designar a una nueva rama de las Ciencias Biológicas. Ernst Haeckel fue tal vez el primero que definió esta ciencia. El zoólogo francés I. Geoffroy Saint‐ Hilaire propuso la denominación «etología» para el estudio de las relaciones de los organismos dentro de la familia, de la sociedad en su conjunto y de la comunidad. 1.2.5 La biología en el siglo XX: En el siglo XX se produjo una revolución científica por la aparición de nuevos instrumentos, como el microscopio electrónico, que ha permitido grandes avances en Citología e Histología, como a la gran cantidad de personas y grupos de investigación que se dedican a la ciencia en todo el mundo. Son tantos estos avances que a continuación vamos a enumerar los más significativos: ‐ 1900, De Vries, Correns y Tschermack, redescubrimiento de las Leyes de Mendel. ‐ 1903, Batteson y Punnet, concepto de interacción genética. ‐ 1904, Pavlov, demostró la fisiología de la digestión. ‐ 1905, Koch, descubrió el bacilo de la Tuberculosis. ‐ 1906, Golgi y Ramón y Cajal, trabajos en Citología. ‐ 1911, Morgan, recombinación genética y mapas cromosómicos. ‐ 1922, Meyerhof, paso del Glucógeno a Ácido láctico. ‐ 1923, McLeod y Banting, descubrimiento de la insulina. ‐ 1924, Oparin, hipótesis del origen abiótico de la vida. ‐ 1927, Muller, efecto mutágeno de los Rayos X. ‐ 1929, Fleming, descubrimiento de la Penicilina. ‐ 1941, Beadle y Tatum, relaciones entre genes y enzimas. ‐ 1953, Watson y Crick, estructura de la doble hélice de ADN. ‐ 1959, Ochoa, descubrimiento de la ARN‐polimerasa. ‐ 1959, Kornberg, descubrimiento de la ADN‐polimerasa. ‐ 1964, Bloch y Lynen, metabolismo de lípidos. ‐ 4 ‐ Unidad # 1: La biología
‐ 1965, Jacob y Monod, funcionamiento de los genes. ‐ 1978, Mitchell, hipótesis quimiosmótica. ‐ 1987, Tonegawa, diversidad de los anticuerpos. ‐ 1989, Altman y Cech, propiedades catalíticas del ARN. 1.2.6 La biología en el siglo XXI .‐ Perspectivas actuales y futuro de la biología. La Biología es una ciencia pura, cuyo objeto es el conocimiento de qué es y de cómo se desarrolla la vida. Se siguen dos líneas de trabajo: la investigación pura y la investigación aplicada. a) La biología y la medicina: Todavía se desconoce un tratamiento eficaz para los principales tipos de cáncer. El uso indiscriminado de antibióticos ha hecho que la aparición de cepas resistentes sea, por desgracia, muy frecuente. Se requiere, por tanto, descubrir nuevos antibióticos. Aún no existe un tratamiento eficaz para las enfermedades producidas por virus (gripe, hepatitis, SIDA, etc.). Las enfermedades por deficiencia en la herencia genética son muy difíciles de tratar mediante las terapias convencionales (fármacos). La posibilidad de sustituir los genes defectuosos mediante la Ingeniería genética abre una ventana de esperanza para muchos enfermos. Los trasplantes de órganos se ven limitados por procesos inmunitarios de rechazo de los nuevos tejidos. Todavía existen enfermedades tan comunes como la artrosis, el reuma, la úlcera, etc., para las que por el momento no hay una terapéutica satisfactoria. b) La biología y la industria: En la actualidad se trabaja en fermentaciones, como la elaboración de vino a partir del zumo de uva, la fermentación de la harina para hacer pan, la fermentación de la leche para obtener yogur y diferentes tipos de quesos, etc. También se trabaja en la extracción de sustancias alcaloides, vitaminas, etc., de las plantas. En el futuro es previsible que se incremente la línea de la síntesis artificial de sustancias orgánicas. Así se obtienen ya muchas hormonas, antibióticos y vitaminas. El conocimiento profundo de la fotosíntesis tal vez permita la obtención de materia orgánica a expensas simplemente de agua, anhídrido carbónico, sales minerales y luz. Del petróleo podrían obtenerse sustancias nutritivas como glúcidos y lípidos e incluso, por filtración, proteínas. El estudio sobre las posibilidades de asimilar la celulosa en el tubo digestivo humano puede también contribuir a la obtención de un nuevo alimento. c) Biología en agricultura y ganadería: Tras el uso excesivo de insecticidas, especialmente el diclorodifeniltricloroetano (DDT), han desaparecido en muchos casos los depredadores naturales de los insectos (principalmente pájaros) al acumularse en sus tejidos los insecticidas que contenían sus presas. Por otro lado, han aparecido insectos mutantes resistentes que ahora precisan altas concentraciones de insecticida para ser atacados. Actualmente se trabaja en la lucha biológica. Se trata de encontrar especies parásitas o depredadoras de las plagas cuyo ciclo de reproducción sea más rápido. También se utiliza el método de soltar hembras o machos esterilizados. Otro aspecto interesante de la Biología aplicada a este campo es la obtención, por selección de nuevas razas, de ganado de mayor rendimiento (vacas de leche y de carne, cerdos, gallinas, etc.). En esta misma línea está la obtención de híbridos de elevado rendimiento agrícola, por ejemplo, híbridos de maíz con mazorcas dos o tres veces más pesadas que las normales, variedades de patatas de tubérculos más grandes o más resistentes frente a un clima, etc. d) La biología y el medio ambiente: El predominio de la especie humana sobre las demás especies ha producido una variación importante en el equilibrio biológico de prácticamente toda la Tierra. Ante la pasividad de la sociedad se ha ido liquidando el patrimonio natural de las futuras generaciones: industrias que contaminan las aguas y la atmósfera, uso irracional de los recursos, distribución absurda de la población humana en ciudades de millones de habitantes mientras que más de la mitad de la Tierra está deshabitado, aprovechamiento devastador del campo y del mar... El impacto ecológico no es fruto de un simple aumento de población, sino más bien el resultado de una grave falta de organización y de previsión. Desde hace mucho tiempo se conoce la conveniencia de núcleos de población pequeños, que ocupen poca superficie, permitan zonas amplias de bosque y queden armonizados con el paisaje circundante. Al vivir los hombres en grandes núcleos de población, se hace preciso un alto grado de organización y esto lleva consigo el desequilibrio del entorno. Esto acarrea un desequilibrio ecológico en aquellas zonas del entorno en donde se vierten los residuos, en donde se realizan los monocultivos necesarios para la alimentación de la ciudad, en donde se obtiene energía para dicha ciudad, etc. Son pues, preferibles los núcleos urbanos pequeños. Igualmente, la vida en las grandes ciudades va asociada a un despilfarro de energía tanto mayor cuanto más populosa es la ciudad. En los países más desarrollados, en donde la esperanza de vida de los niños es altísima y, por tanto, la población debería crecer sin problemas, es donde se están dando casos de decrecimiento. Esto ocasiona un ‐ 5 ‐ Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
desequilibrio entre los individuos de edades altas (ancianos), que aumentan respecto a los de edades medias y bajas (productores), que son cada vez menos. Esta situación es obviamente la antesala del declive de esa población y de la pérdida de su hegemonía respecto a las poblaciones jóvenes colindantes en expansión demográfica. La Ecología suministra cada vez más datos sobre productividades, sobre distribución territorial, demarcando aquellas zonas que por su interés científico precisan ser conservadas, sobre el impacto contaminador de los productos químicos, de las centrales nucleares y térmicas, de la polución de aguas, por basuras, etc. En Biología pura se investiga prácticamente en todos los campos, pero hay algunos que, por el interés que pueden tener las aplicaciones de los descubrimientos, reciben un mayor apoyo económico y con ello un avance y una popularidad mayores. Entre éstos podemos citar: la Genética, la Ecología, la Microbiología, la Fisiología animal, vegetal y humana, la Bioquímica, especialmente en lo que respecta al material genético y al intento de sintetizar un ser vivo, la Ingeniería genética, la Biónica, que es el estudio de los mecanismos propios de los seres vivos, como el funcionamiento de los órganos de los sentidos, del cerebro, etcétera, con la finalidad de diseñar máquinas, sistemas, de autocontrol (feed‐back), etc., cuya construcción estudia la Cibernética; la Exobiología, que estudia las posibilidades y circunstancias de la vida fuera de la Tierra, etc. 1.3 Ramas de la biología.‐ La biología es una de las ciencias que más ramas y divisiones posee, pues su campo de estudio es muy extenso. En la actualidad se la puede dividir según tres criterios fundamentales: 1.3.1 Como resultado de su propio desarrollo y de la relación con otras ciencias: La biología se divide en: a) Morfología: Se ocupa del estudio de la forma externa y la constitución interna de los seres vivos. Esta rama se subdivide en citología cuyo campo de estudio es la célula; histología, que se ocupa del estudio de los tejidos y la organología, que trata del estudio de los diferentes órganos que componen los aparato y sistemas de los organismos. b) Fisiología: Estudia las funciones vitales de células, tejidos, órganos aparatos y sistemas de los seres vivientes. c) Biogenia: Estudia el origen y evolución de los seres vivos en el transcurso del tiempo. Se subdivide en: ontogenia, estudia el origen y evolución del ser, desde su formación hasta su completo desarrollo. Filogenia; también denominada evolución, estudia el origen y evolución de las especies en el tiempo. Genética; Estudia la herencia y las leyes que la rigen. d) Biotaxia: Estudia la clasificación y ordenamiento de los seres vivos por sus características morfológicas, fisiológicas y genéticas. Se subdivide en: Taxonomía; ordena y clasifica a los seres vivos según sus semejanzas y diferencias. Biogeografía; se ocupa de la distribución de los seres vivos en la biósfera e) Ecología: Estudia a los ecosistemas, los organismos en relación con su medio ambiente f) Embriología: Estudia el desarrollo del individuo desde la fecundación hasta el estado adulto g) Bioquímica: Estudia los cambios químicos que se producen dentro del organismo de los seres vivos. 1.3.2 Por el estudio de cada uno de los reinos vivientes: a) Microbiología: se encarga de estudiar al reino mónera, se divide en: bacteriología, que estudia a las bacterias y virología, que se ocupa del estudio de los virus. b) Protozoología: estudia a los protozoarios y sus características c) Micología: se ocupa del estudio de los hongos o reino fungi d) Botánica o fitología: estudia a las plantas o reino plantae. Se subdivide en: botánica criptogámica, la cual a su vez se subdivide en tres ramas; la ficología, briología y la pteridología. La botánica fanerogámica, que se ocupa del estudio de las plantas gimnospermas y angiospermas. e) Zoología: estudia al reino animalia o reino animal, se subdivide en: entomología, que estudia a los insectos y artrópodos en general; ictiología, estudia a los peces; herpetología, que estudia a los anfibios y reptiles; ‐ 6 ‐ Unidad # 1: La biología
ornitología, estudia a las aves; mastozoología, estudia a los mamíferos y la antropología, que se ocupa del estudio del ser humano como ser social. 1.3.3 Ramas contemporáneas: Se han originado como producto del avance científico moderno. Esta son: La biología molecular, que estudia los mecanismos de reacción bioquímica de las sustancias que interviene en procesos biológicos, sobre todo de las macromoléculas; ingeniería genética, que es la aplicación y manipulación de los genes; biotecnología, o aplicación de los conocimientos biológicos en otros campos de la ciencia y tecnología y la astrobiología, que se una de las últimas ramas de la biología y que estudia las reacciones de los organismos vivos en condiciones diferentes a los parámetros terrestres e investiga la posible existencia de vida en otros planetas. 1.4 El método científico y la biología.‐ Como toda ciencia, la biología también se apoya en el uso del método científico. 1.4.1 Definición: El método científico no es más que una serie de pasos o etapas que se realizan en toda investigación científica, y consta de cinco pasos importantes: la observación, recolección de datos, planteamiento de hipótesis, la experimentación y las conclusiones y enunciados. 1.4.2 Pasos del método científico: a) La observación: Consiste en examinar con atención los fenómenos o hechos empleando los sentidos, para analizarlos, comprenderlos y explicarlos. La observación se puede realizar con los órganos de los sentidos, lo que se denomina análisis organoléptico, o con instrumentos de medición, lo que se conoce como análisis instrumental. Por el uso de los órganos de los sentidos la observación se puede clasificar en: ‐ Observación visual, cuando la observación se realiza fundamentalmente usando la visión. ‐ Observación olfativa, si el sentido que se emplea es el olfato, para determinar olores de distintas clases. ‐ Observación táctil, si es el tacto el sentido que va determinar características como texturas, consistencias, etc. ‐ Observación gustativa, cuando interviene el sentido del gusto para identificar distintos sabores (sólo en análisis bromatológico o análisis de alimentos) ‐ Observación auditiva, se usa para determinar sonidos de distinta índole. Por la clase y cantidad de sustancias u otros componentes a analizar la observación puede ser: ‐ Observación cualitativa; si se observan cualidades como estado físico (sólido, líquido gaseoso), aspecto (coloidal dividido en sol y gel, suspensión, emulsión, solución). Formas que pueden ser geométricas regulares (lineal, plana o espacial), geométrica irregular o amorfa. Texturas (lisa, áspera, rugosa, filamentosa, granulosa o granulada, pulverulenta, terrosa, pegajosa, viscosa, bituminosa, aceitosa, jabonosa, etc.) Colores, como los primarios, secundarios, tonalidades, fríos, cálidos, vivos, encendidos, fosforescentes. Olores, aromáticos (a flores, frutos y perfumes), fétidos que causan sensación desagradable y pueden ser eméticos si causan vómitos y mefíticos si son tóxicos o venenosos. Sabores como: dulce, salado, agrio, picante, acre, ácido y amargo; y combinaciones como el agridulce, o el salado – ácido. ‐ Observación cuantitativa, cuando se mide alguna propiedad intensiva (temperatura, densidad, masa) o extensiva (longitud, peso, volumen, etc.) b) Recolección de datos: En esta etapa se registran datos o información relevante de las observaciones y descripciones. Las técnicas a utilizarse son: la entrevista, encuesta, cuestionario, observación sistemática. La forma de sistematización es mediante cuadros y gráficos estadísticos y cuadros comparativos. c) Planteamiento de hipótesis: Es el enunciado o suposición que busca explicar y predecir algún fenómeno o hecho, puede o no ser susceptible de ser probada experimentalmente. La hipótesis se formula en forma de pregunta afirmativa o negativa, el enunciado debe ser claro y preciso, debe involucrar las variantes del fenómeno cualitativas o cuantitativas. Los criterios para formular una hipótesis a tener en cuenta son: ‐ Pertinencia; es decir que debe aclarar un problema, o plantearlo con perspectiva distinta a las ya existentes. ‐ Plausibilidad; indica la relación entre dos o más variables sin contradicciones ‐ Verificabilidad; que pueda ser verificada o refutada, por medio de la experimentación. ‐ Simplicidad; debe ser planteada con objetividad ‐ 7 ‐ Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
d) La experimentación: es observar y comparar la veracidad de la hipótesis mediante la realización de un experimento. Los requisitos que se deben cumplir: tener equipo e instrumental existente, grado de precisión de equipo e instrumentos adecuados para el tipo de experimento a realizar, tiempo y dinero disponible. La experimentación puede ser de dos tipos; directa e indirecta por medio de modelos o simuladores. Para realizar la experimentación se debe de tener en cuenta las siguientes consideraciones prácticas: ‐ Creación de condiciones necesarias ‐ Eliminación de riesgos y obstáculos ‐ Producción artificial del fenómeno ‐ Observación y medición de los procesos. e) Conclusiones y enunciados: Es la confirmación o no de la hipótesis planteada en la investigación. Se ordenan los resultados en cuadros y gráficos estadísticos. La forma de presentación es mediante informes, los cuales deben de tener las siguientes partes: ‐ Título; que es el contenido del trabajo o tema que se está investigando ‐ Objetivo; meta que se pretende alcanzar o lograr con el trabajo de investigación ‐ Introducción; antecedentes que se tienen al trabajo de investigación ‐ Materiales; objetos a utilizar ‐ Método; procedimiento que se sigue en el desarrollo del trabajo de investigación ‐ Conclusiones y resultados; que son los hechos concretos a los que se ha llegado. 1.5 La biología y su relación con otras ciencias.‐ Como ya sabemos la biología por ser una ciencia natural está estrechamente ligada con las ciencias química, física, y sus derivadas como la bioquímica, biofísica, biogeografía, geología y aún con la matemática que es una ciencia formal. 1.5.1 Relación con la química: La biología se relaciona estrechamente con la química mediante la ciencia bioquímica, que estudia las reacciones químicas que se realizan en la célula, los tejidos, los órganos, aparatos y sistemas de la materia viviente. 1.5.2 Relación con la física: La biofísica es la ciencia que estudia los fenómenos físicos como presión, temperatura, tensión, fricción, gravedad, luz, radiación, magnetismo, etc., que afectan al funcionamiento metabólico de los seres vivos. 1.5.3 Relación con la geografía: La biogeografía se la ciencia que relaciona la ubicación y distribución de los animales y plantas sobre la Tierra. 1.5.4 Relación con la geología: Con esta ciencia se estudia la evolución de los seres vivos, relacionándolos con los estratos terrestres. 1.5.5 Relación con la matemática: La biología requiere del apoyo del estudio estadístico de una población, determinación de cantidad de calorías, concentración de oxígeno, de elementos figurados, etc. A continuación se presenta un esquema de la interrelación de biología con las otras ciencias. BIOLOGÍA F Í S I C A QUÍMICA M A T E M Á T I C A L Ó G I C A El esquema muestra que la base de todo conocimiento científico parte de la deducción o inducción lógica, que es la que fundamenta la matemática, la cual a su vez apoya a las ciencias física y química, pero todas estas sirven de sustento a la biología ‐ 8 ‐ Unidad # 1: La biología
1.6 Importancia de la biología.‐ El conocimiento de la biología sirve de base como fundamento a otras ciencias como la psicología, psiquiatría, medicina, farmacología, agronomía, veterinaria, etc. La biología a permitido el desarrollo de avances tecnológicos espectaculares como la puesta en marcha del proyecto genoma humano, también ha dado origen a la aparición de nuevas ramas tecnológicas. Ha permitido el desarrollo de otros campos científicos, tal como se mencionó en las perspectivas actuales y futuro de la biología. 1.7 La materia viviente.‐ Como la biología es la ciencia que estudia a la vida, entonces se imprescindible el estudio de la materia viviente, es decir aquella que incluye a todos los organismos con vida. 1.7.1 Definición: Se define como materia viviente a toda estructura orgánica con vida, cuya unidad estructural es la célula, que presenta características específicas, que se distribuye en jerarquías o niveles de organización, cuya clasificación está determinada por los reinos vivientes y que posee una composición química formada y estructurada por bioelementos y biomoléculas. 1.7.2 Características de la materia viviente: a) Origen: La materia orgánica tiene su origen a partir de la materia inorgánica, la que dio origen a moléculas orgánicas y estas a su vez a los primeros microorganismos unicelulares. b) Evolución: De formas inferiores muy simples y sencillas a formas superiores de mayor complejidad c) Forma y tamaño: Muy variados, definidos para especie en particular d) Reacción frente a los estímulos: Presenta susceptibilidad ante estímulos que pueden ser de naturaleza física como cambios térmicos (de temperatura), visuales, de contacto físico, estímulos auditivos, de energía, etc.; o de naturaleza química, como captación o emisión de olores, identificación de sabores, etc. e) Acción metabólica: La materia viviente se caracteriza por realizar metabolismo, que es la suma total de procesos físicos y químicos, producidos dentro de las células. El metabolismo asegura el crecimiento y supervivencia. En el metabolismo se distingue dos procesos fundamentales: ‐ Anabolismo; conocido también como asimilación, consisten en la síntesis de grandes moléculas a partir de otras más pequeñas, esto implica que se produzca la biosíntesis que es la degradación y liberación de energía, realizándose reacciones endergónicas ‐ Catabolismo; llamado también desasimilación, es la rotura de enlaces de grandes moléculas en otras más pequeñas, aquí se libera energía, por lo que se producen reacciones exergónicas, se realizan procesos de oxidación y descomposición (degradación de la materia orgánica). f) Crecimiento: Etapa del desarrollo desde la fecundación hasta la edad adulta, en los insectos y anfibios se produce la metamorfosis. El crecimiento obedece a comportamientos frente a las condiciones del medio ambiente, estas respuestas pueden ser innatas, cuando son respuestas espontáneas, heredadas como el nado de los patitos; respuestas adquiridas o aprendidas, que es un aprendizaje por observación como por ejemplo la forma de cazar; respuesta adaptativa, que son reacciones que se desarrollan para vivir en determinadas condiciones como la migración de la aves. g) Locomoción: Es el medio que emplea un organismo para desplazarse de un lugar a otro, caminado, trotando, saltando, reptando, nadando, volando, etc., aunque hay seres vivos que no se desplazan, como es el caso de las plantas y hongos. h) Reproducción: Es la capacidad que tienen los seres vivos para originar otros seres vivos idénticos o parecidos a los padres. Según las especies, la reproducción puede ser asexual y sexual. i) Secreción y excreción: Son dos procesos que se dan como resultado del metabolismo en el organismo. ‐ La secreción es la producción de sustancias que el propio organismo elabora para su beneficio, ejemplo la secreción de la hormona adrenalina, que el cuerpo utiliza para hacer esfuerzos físicos. ‐ La Excreción es la expulsión de sustancias de desecho que el organismo tiene que sacar al exterior para no intoxicarse, como por ejemplo la excreción de la orina (micción) ‐ 9 ‐ Lic. Carlos Miguel Oroza Valdez
1.7.3 Niveles de organización: La materia orgánica que conforma a los seres vivientes en general se divide en distintos niveles de organización, que van desde lo más pequeño y simple que son las partículas subatómicas, hasta el nivel más complejo y más grande que es la biósfera. No todos los seres vivos están organizados en el mismo nivel, ni tienen la misma estructura, esto varía de acuerdo a su composición, constitución y configuración. Los niveles de organización son: a) Nivel subatómico: Es el nivel más simple de toda la materia, orgánica e inorgánica. Está comprendido por las partículas subatómicas, entre las fundamentales tenemos a los electrones, protones y neutrones, sin que esto signifique que sean las únicas que forman la estructura del átomo. b) Nivel atómico: Comprendido por átomos que forman los elementos químicos, también común a la materia orgánica e inorgánica. En el caso de la materia orgánica que forma parte de los seres vivos los átomos estarán constituidos por los bioelementos como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre, etc. c) Nivel molecular: Este nivel lo comparten la materia inorgánica y la materia orgánica, está conformado por moléculas, que en el caso de los seres vivos estas son denominadas biomoléculas, como es el caso del oxígeno O2, nitrógeno N2, Dióxido de carbono CO2 , Agua H2O, carbohidratos (CH2O)n, lípidos, enzimas, proteínas, etc. d) Nivel celular: Es considerado como el nivel fundamental y elemental para todo ser vivo. De este nivel en adelante la materia orgánica se va organizando en estructuras cada vez más complejas. A la célula se le considera como la unidad fundamental de todo ser vivo; como ejemplos de células tenemos: células epiteliales, células nerviosas (neuronas), células musculares, células óseas, células adiposas, etc. e) Nivel histológico: Corresponde a los tejidos, que son la agrupación de células de similar estructura y que cumplen también similares funciones, pero que trabajan coordinadamente para realizar una tarea o función específica. Ejemplos: los tejidos nervioso, muscular, adiposo, óseo, cartilaginoso, epitelial, etc. f) Nivel orgánico: Está constituido por los órganos los cuales están formados por la agrupación de tejidos iguales o distintos. Como ejemplos podemos citar a los órganos de los sentidos, el corazón, los pulmones, la piel, el páncreas, hígado, cerebro, etc. g) Nivel sistémico: Agrupa a la unión de órganos que trabajan en conjunto haciendo cada uno una tarea específica para realizar una función más genérica. Ejemplos: los sistemas nervioso, muscular, digestivo, óseo, inmunológico, respiratorio, excretor, etc. Cuando los órganos se estudian independientemente de los demás, sólo en su función específica sin relacionarlos con los demás entonces se habla de aparato. h) Nivel individual: Formado por cada individuo de una determinada especie, ejemplos: una bacteria, un protozoo, un hongo, un árbol, un animal, un ser humano. i) Nivel poblacional: Agrupa al conjunto de individuos de la misma especie, que habitan una zona geográfica específica. Ejemplos: la población de leones del Serengueti, la población de eucaliptos de los bosques caducifolios, la población bacterias que habitan en un determinado medio, etc. j) Nivel comunidad: Abarca al conjunto de distintas poblaciones que se relacionan entre sí, como por ejemplo la comunidad de seres vivos de la reserva nacional de Yelow Stone en Alaska, constituida por la población de osos, siervos, zorros, ardillas, pinos, abetos, seres humanos, salmones, lobos, águilas, etc. k) Nivel ecosistema: Constituido por todas las comunidades de un lugar determinado incluyendo las características abióticas, como el clima, la humedad la altitud, latitud, tipo de suelos, cantidad de radiación solar, etc. Luego los ecosistemas incluyen a las comunidades que son los factores bióticos y las características del lugar que son los factores abióticos. Ejemplos: las once ecorregiones del Perú. l) Nivel bioma: Integrada por distintos ecosistemas que abarcan un área mucho más grande. Ejemplos: en las zonas frías tenemos a la tundra, taiga (bosque de coníferas), en zonas templadas, bosque templado (caducifolio), pradera y estepa; en zonas cálidas: sabana, desierto, bosque seco ecuatorial, bosque tropical (selva). m) Nivel biósfera: Es el nivel más grande que agrupa a todos los seres vivos y las condiciones climáticas que hacen posible la vida en nuestro planeta. El término biósfera significa “esfera de vida”, la biósfera comprende una delgada capa de aire, agua y tierra. Sus límites se encuentran entre los 10 km de profundidad y los 10 km de altitud, es decir tiene unos 20 km de espesor. ‐ 10 ‐ Unidad # 1: La biología En el siguiente esquema se puede apreciar los límites de la biósfera para las especies tanto de plantas como de animales. Fuente: Ciencia, tecnología y ambiente 1 “Innova”.‐ Ed. Santillana S.A.‐ Lima.‐ 2007.‐ pág. 162 A continuación se presenta fotos de algunos biólogos y naturalistas que han hechos aportes importantes. Robert Hooke Louis Pasteur Francis Harry Compton Crick Robert Koch Francisco Redi Gregor Mendel Carl von Linneo Charles Darwin Camilo Golgi Anton van Leeuwenhoek Georges Cuvier Santiago Ramón y Cajal
Theodor Scwann James Dewey Watson Jean Baptiste Lamarck