Tema 1: Introducción a la biología. Relaciones interdisciplinarias. Los científicos, especialmente de las épocas actuales, no trabajaban aislados. Siempre hay distintos ángulos para atacar un mismo problema, y al participar especialistas de varias disciplinas es posible lograr un mejor resultado. Por ejemplo, podríamos citar el caso del descubrimiento de la estructura del ADN. Al principio, Mendel hablaba de caracteres hereditarios que se manifestaban en sus experimentos con chícharos, pero no sabía dónde se ubicaban físicamente estos misteriosos caracteres. Posteriormente, los citólogos descubrieron los cromosomas, que estaban dentro de las células; y luego los químicos entraron a la acción al identificar la naturaleza química de los ácidos nucleicos, pero no sabían cuál era la fórmula de la molécula. Entonces, los físicos se hicieron cargo del problema y utilizaron aparatos especializados para tomar imágenes del ADN y dieron a conocer sus resultados. Finalmente, un biólogo y un físico, Watson y Crick, publicaron su famoso modelo de la doble hélice del ADN. Las ciencias relacionadas con la biología son: Química Física Matemáticas Historia Geografía Ética Relación de la biología con la tecnología y la sociedad. En nuestro país el desarrollo científico se ha visto limitado por factores económicos y políticos. La ciencia puede concebirse desde dos perspectivas distintas. En primer lugar, existe la llamada ciencia pura, que es la investigación científica sistematizada que se lleva a cabo para descubrir los misterios de la naturaleza. La ciencia pura o ciencia básica ha descubierto infinidad de procesos que nos permiten entender mejor los fenómenos de la vida, desde procesos a nivel microscópico, hasta los más finos y detallados comportamientos de las moléculas que conforman un ser vivo. La ciencia pura brinda la información sobre la cual se desarrolla la ciencia aplicada. La ciencia aplicada, por su parte, consiste en hacer uso práctico del conocimiento, es decir, de investigar un fenómeno determinado con la finalidad de resolver algún problema concreto. Las ciencias aplicadas relacionadas con la biología son la medicina, la agronomía, la veterinaria y las ciencias ambientales. En todas ellas se pretende elevar la calidad de la vida humana y, por lo tanto, de la sociedad. La combinación de la tecnología con la biología ha dado lugar a la biotecnología, que se ha utilizado desde tiempos ancestrales; por ejemplo, al utilizar microorganismos para fermentar el jugo de uva y producir vino. En la actualidad los avances de la biotecnología han sido espectaculares. El descubrimiento de la estructura del ADN ha abierto la posibilidad a la modificación genética de diversos organismos. Estamos también ante un nuevo panorama en cuanto al desarrollo de cultivos mejorados, con plantas transgénicas que pueden resistir heladas, suelos empobrecidos y todo tipo de plagas, y que además producen frutos que resisten muchos días en el mercado sin deteriorarse. Tema 2: Niveles de organización de la materia. Se cree que la materia del universo se originó de una gran explosión ocurrida hace miles y millones de años. Las primeras partículas formadas fueron muy pequeñas, y ahora son parte de los elementos químicos que conocemos: protones, electrones, neutrones y otros más. Estas se fueron agrupando por acción de fuerzas físicas de atracción y repulsión, y dieron lugar a los primeros átomos. Desde las partículas hasta el ecosistema. A través del tiempo, la materia se ha agrupado y reagrupado, dando lugar a estructuras de mayor tamaño y grado de complejidad. Así, podemos decir que la materia existe en el universo en distintos niveles de complejidad, según como se encuentre organizada. Cando los átomos se combinan pueden llegar a formar moléculas, por ejemplo, el hidrógeno combinado con el oxígeno forma el agua. Aquí los dos elementos combinados constituyen una estructura con mayor nivel de complejidad, que no es solo la suma de sus partes, sino que asume una forma y función distintas a las que tenían sus elementos originalmente. Así, vemos que el oxígeno y el hidrogeno son gases, mientras que el agua es un líquido. Las moléculas pueden unirse y formar estructuras más complejas: los organelos celulares, como lisosomas, cloroplastos, mitocondrias o ribosomas; que conforman una célula. Una célula no es solo la unión de un conjunto de moléculas que forman organelos, sino que estas se encuentran organizadas y cooperan entre sí para para cumplir ciertas funciones y dar lugar a una estructura de mayor complejidad. Las células pueden ser sencillas –como la de una bacteria- o complejas –como una neurona humana o un linfocito. Algunas células son en sí un organismo, otras se asocian y forman colonias y otras son parte de un tejido, que es la unión de células que cumplen una función determinada. Así el tejido muscular permite el movimiento, mientras que el tejido epidérmico es la capa externa que protege a los seres vivos. Los tejidos, a su vez, forman parte de órganos que conforman los sistemas de un organismo vivo. Por ejemplo, el corazón y los vasos sanguíneos conforman el sistema circulatorio de animales y humanos, y el sistema vascular de una plata está formando por los tejidos de la xilema y del floema y por dos órganos principales: la raíz y el tallo. Método científico y su aplicación. Los científicos se plantean preguntas, buscan respuestas y tratan de ser sistemáticos y ordenados en sus investigaciones. Para que una investigación conduzca a respuestas válidas y confiables, es preciso que cumpla con ciertos requisitos: Es importante que el investigador sea lo más objetivo posible, es decir, que no permita que sus deseos o sentimientos influyan en sus resultados. Los experimentos que se realizan deben de ser verificables, es decir, que si se publica determinado resultado experimental, cualquier persona que lo desee pueda repetir ese experimento obteniendo resultados similares. Por último, es muy importante atreverse a vencer el principio de autoridad, es decir, que no porque exista una teoría ya comprobada esta no pueda ser refutada por nuevas evidencias que demuestren que no es tan cierta cono se creía. Aun cuando no podemos hablar de un método científico único, si es posible decir que, en general, las investigaciones científicas basadas en el método experimental pasan por ciertas etapas comunes. Veamos cuales son. Observación. Observar es mirar con cuidado las cosas, lo que nos rodea. Planteamiento del problema. Es la formulación de un problema. Es importante que el problema se plantee en términos que faciliten el camino para encontrar su solución. Información previa. Lo primero que hizo fue consultar en libros acerca de esta enfermedad. Hipótesis. Una hipótesis es una suposición que hacemos acerca de un fenómeno determinado. Diseño experimental. Ahora que ya tenía una predicción, ¿qué debía hacer? Por supuesto, diseñar un experimento en el que su predicción se llevara a la práctica Experimentación. Una vez diseñado el experimento, se lleva a la práctica y se anotan con cuidado los resultados obtenidos, de manera que sea posible reproducirlos. Análisis de los resultados. Luego de realizado el experimento, los resultados se interpretan para obtener conclusiones. Estas deben registrarse de manera sistemática mediante tablas y, de ser posible, graficas, para que puedan ser analizadas con mayor facilidad. Conclusiones. Los resultados nos conducen de nuevo hacia la hipótesis, o sea, ahora es necesario saber si esta puede ser aceptada o rechazada. Informe escrito. Cuando se logra hacer algún descubrimiento es muy útil que se comuniquen los resultados por medio de un informe escrito. Teoría. Una teoría es un marco conceptual que abarca toda un área del conocimiento científico. No siempre un experimento da lugar a una teoría, algunas veces solo con firma una ya existente. Tema 3: características distintivas de los seres vivos. Estructura celular. Los seres vivos están altamente organizados; sus componentes básicos son las células y estas son una característica que da unidad a todos los seres vivos, ya que no hay uno solo que no esté formado por ellas. Algunos individuos son unicelulares, es decir, están formados por una sola célula, y otros son pluricelulares, formados por dos o más células. Éstas pueden ser eucariontes o procariontes. Por ejemplo, tu cuerpo contiene más de cien trillones de células distintas. La célula es la unidad fundamental de la vida. Metabolismo. Los organismos vivos captan energía del medio ambiente y la transforman, lo que les permite desarrollar todas sus actividades. En éste proceso participan la nutrición y la respiración, actividades que todos los seres vivos efectúan de manera muy específica. Las plantas captan la energía solar y efectúan la fotosíntesis, mientras que los animales se alimentan de plantas o de otros animales. La inmensa mayoría de los organismos respiran oxígeno y se llaman aerobios; unos cuantos son anaerobios y sobreviven. Los procesos del metabolismo son indispensables para la vida. Pensemos en que una señal de vida muy evidente es la respiración; cuando observamos que ésta se ha detenido sabemos que ya no hay vida. Homeostasis. Los seres vivos mantienen su homeostasis, es decir, a pesar de que el medio ambiente cambie, ellos mantienen su equilibrio y no cambian su medio interno. Asimismo, si tú bebes 5 litros de agua, el volumen de tu cuerpo no se modifica, sino que eliminas el exceso para mantener en tu medio interno el volumen adecuado. Como vemos, los sistemas de excreción forman parte de los mecanismos de homeostasis. Reproducción. Los seres vivos se reproducen por sí mismos y heredan sus características a sus descendientes, de manera que se logra la perpetuación de la especie. Algunos tienen reproducción asexual, es decir, que de un solo organismo se produce su descendencia, y otros tienen reproducción sexual, la cual es altamente favorable para que se combinen las características de los dos progenitores. En la naturaleza podemos encontrar organismos altamente prolíficos –que producen mucha descendencia- como las bacterias, que en condiciones adecuadas pueden duplicarse cada 20 minutos, que tienen una sola cría después de dos años de gestación. Crecimiento y desarrollo. Los seres vivos crecen y se desarrollan a partir de una célula, que puede ser un huevo fecundado o una espora, hasta lograr la formación de un organismo adulto. Hay organismos que nunca dejan de crecer, como los árboles, que pueden llegar a vivir cientos de años y siguen creciendo y engrosando su tronco con nuevos anillos de crecimiento. Irritabilidad. Los organismos vivos responden a estímulos. Incluso un protozoario, organismo unicelular, responde antes los estímulos del medio, moviéndose en el agua al detectar una partícula de alimento. Adaptación. Todos los seres vivos se encuentran adaptados a su medio ambiente. La enorme diversidad biológica que existe en nuestro planeta se ha ido conformando a través de una serie sucesiva de cambios que han dado lugar a los seres que actualmente vemos y a muchos más que vivieron en el pasado y se han extinguido. Fronteras de la vida. Se podría decir que los virus, al igual que otras partículas que se han ido descubriendo, como los priones y los viroides, se encuentran en la frontera entre lo vivo y lo no vivo. Tema 4: Composición química de los seres vivos. Las moléculas que forman parte de los seres vivos son sorprendentemente similares entre sí en estructura y función. Todos los organismos contienen proteínas, ácidos nucleicos y todos dependen del agua para sobrevivir. Bioelementos primarios y secundarios. Si rastreamos el origen de los átomos que forman a todos los seres vivos podremos comprobar que promanan de la tierra y de la atmósfera; los componentes físicos de nuestro planeta alguna vez fueron una nebulosa en el espacio. Por eso se dice que en realidad somos "polvo de estrellas”. En el transcurso de la formación de materia viva, los elementos que de manera natural constituyeron parte de ella fueron los que tenían, entre otras características, la capacidad de combinarse con otros además de poseer un número atómico bajo. De los 92 elementos naturales que se conocen, aproximadamente 25 son los que forman parte de los seres vivos y cumplen en ellos una función. Los elementos que forman parte de los seres vivos se conocen como elementos biogenésicos y se clasifican en bioelementos primarios y secundarios. Los bioelementos primarios son indispensables para la formación de las biomoléculas fundamentales, tales como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos elementos constituyen aproximadamente 97% de la materia viva y son: carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, fósforo azufre. Los bioelementos secundarios son todos los elementos biogenésicos restantes. Se pueden distinguir entre ellos los que tienen una abundancia mayor a 0.1%; como el calcio, el sodio, el potasio, el magnesio, el cloro y los llamados oligoelementos, los cuales se encuentran en concentraciones por debajo de 0.1% en los organismos, una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que el organismo viva, sin embargo, la ausencia de algunos de ellos puede determinar la muerte. Moléculas inorgánicas de interés biológico. Agua. Las tres cuartas partes de nuestro planeta están cubiertas por este líquido vital; también representa 63% de nuestro peso, es decir, las dos terceras partes de cada uno de nosotros. Las propiedades del agua son muy especiales, tanto que gracias a ella la vida ha podido desarrollarse en nuestro planeta. La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxígeno, de manera que su fórmula molecular es H2O. La molécula de agua no tiene carga neta, sin embargo, su carga interna se encuentra distribuida de manera desıgual, de forma que el extremo donde está el oxígeno es un tanto negativo y el extremo donde están los hidrógenos es un tanto positivo; a esto se le llama polarización. La polaridad favorece la atracción entre una molécula de agua y otra, de manera que se forman entre las moléculas de agua enlaces de breve duración, llamados puentes de hidrógeno. En un momento dado todas están unidas, pero luego estas uniones se rompen y se forman otras nuevas. Esto permite que el agua tenga propiedades muy especiales, las cuales analizaremos a continuación. La cohesión de las moléculas del agua es elevada, y esto hace que sea un líquido prácticamente incompresible. La tensión superficial de las moléculas del agua es alta debido a que se encuentran unidas por los puentes de hidrógeno Las moléculas de agua muestran un fenómeno de adhesión que da lugar a la capilaridad, por la cual el agua sube espontáneamente al estar en un tubo muy delgado. Los puentes de hidrogeno gastan energía, lo cual hace que el agua tenga un alto calor especifico, esto es, que para elevar su temperatura hace falta aplicarle una gran cantidad de calor. Esta característica permite que las células se mantengan estables y no hiervan por todo el calor que generan sus procesos químicos.
