La naturaleza de la ciencia y la biología III

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Niveles de organización
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Objetivos  

Comprender el concepto de nivel de organización y las características de cada uno

Iniciarse en el conocimiento de la teoría de la evolución

Utilizar el Glosario para incorporar conceptos

Presentar direcciones de la WWW donde se puede ampliar los temas u obtener otro punto de vista. 

Niveles de Organización | Contenidos

   El concepto de "niveles de organización" fue desarrollado en sus orígenes por Needham J. (1936) Order and Life. Yale University Press New Haven Conn.  e implica, en la actual concepción, que tanto en el mundo inerte como en el viviente hay diversos niveles de complejidad aplicables  a los diferentes constituyentes estructurales de la célula o sus asociaciones y abarca además, interrelaciones particulares o globales con otras células, tejidos, organismos y el medio ambiente. 
Niveles estructurales: las unidades estructurales más pequeñas de la materia, incluida la viviente, son partículas subatómicas, sobre todo PROTONES y NEUTRONES. Las unidades siguientes en tamaño son ÁTOMOS, cada uno formado por partículas subatómicas. Los átomos forman a su vez combinaciones más complejas llamadas COMPUESTOS QUÍMICOS y estos últimos se unen entre si de muy diversas maneras, formando uniones de orden superior o COMPLEJOS de COMPUESTOS.
Se puede considerar que estas uniones representan niveles de organización de la materia sucesivamente superiores. Constituyen una pirámide o jerarquía en la que cualquier nivel contiene todos los niveles inferiores y, a su vez, es un componente de todos los niveles superiores. 
Todos los niveles estructurales, hasta los complejo de compuestos inclusive, se hallan tanto en el mundo viviente como en el inanimado. Ej: agua y sal común. Las rocas son ejemplo de complejo de compuestos del mundo no viviente, pues están formados por varios tipos de compuestos ( H2O y sal entre ellos). En la materia viviente, los complejos de compuestos, se hallan en forma de cuerpos microscópicos o submicroscópicos llamados ORGÁNULOS. Pero no se puede considerar a ninguna clase de orgánulo como una unidad viviente, ni siquiera en sus formas más elaboradas, esta  se alcanza en el siguiente nivel estructural: el CELULAR, que es una combinación específica de orgánulos, generalmente microscópica, con una organización suficientemente compleja para contener todos los dispositivos necesarios para llevar a cabo el metabolismo y autoperpetuación. De hecho, una célula representa la primera  de las estructuras conocidas que es completamente viva. En consecuencia, de acuerdo a esto, un organismo viviente debe constar como mínimo de una célula.

El siguiente nivel corresponde a los  organismos  pluricelulares. Entre los pluricelulares pueden distinguirse varios niveles de organización. Los tipos celulares mas simples contienen un número de células relativamente bajo. Si todas las células son mas o menos semejantes el organismo recibe el nombre de COLONIA. Ej: Gasium pectorale tiene 16 células (alga verde).
Un TEJIDO está formado por un conjunto de células de función y estructura semejante. Los organismos complejos no solo tienen tejidos sino que algunos tejidos se unen para formar una o más unidades: ORGANOS. Los organismos más complejos tienen grupos de órganos unidos formando SISTEMA de ORGANOS. Así los organismos vivientes presentan como mínimo 5 niveles de complejidad estructural = UNICELULAR, COLONIAS, ORGANISMOS CON TEJIDO, ORGANISMOS CON ÓRGANOS Y ORGANISMOS CON SISTEMA de ÓRGANOS

Aun pueden distinguirse niveles de vida superiores al organismo. Esta organización jerárquica de la materia permite formular una definición estructural de la vida y lo inanimado. Hasta el nivel complejo de compuestos, la materia no es viviente. A niveles superiores se considera viva con tal de que en cada uno se lleve a cabo funciones de metabolismo y autoperpetuación.

Esta jerarquía de los niveles nos proporciona un bosquejo de la historia de la materia. Se cree que el universo empezó como un conjunto de partículas subatómicas. Se juntaron en átomos y originaron galaxias, planetas y estrellas. Los átomos de los planetas originaron compuestos químicos y complejos de compuestos que, finalmente, ( en la Tierra) produjeron materia viviente.

Cada nivel incluye menos unidades que cualquier nivel inferior: hay menos comunidades que especies, menos células que orgánulos. Cada nivel es estructuralmente mas complejo que los anteriores, siendo la combinación de todas las complejidades de los niveles anteriores, mas un complejo propio. Ej: la complejidad social resulta de las características de cada organismo miembro, así como de numerosas características especiales que surgen del modo como están organizados los miembros formando una sociedad.

El listado  a continuación ordena de lo mas amplio a lo mas restringido diferentes niveles de organización partiendo del conjunto de los seres vivos hasta llegar a a moléculas y átomos. Esta  versión simplificada no indica las interrelaciones entre los diferentes niveles, cuya intricada malla es la resultante de la complejidad de los sistemas vivientes y su relación con cada entorno.

Dividimos a la Tierra en atmósfera (aire), litosfera (tierra firme), hidrosfera (agua), y biosfera (vida).
Biosfera: La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuestra atmósfera hasta el fondo de los océanos o hasta los primeros metros de la superficie del suelo (o digamos mejor kilómetros sí consideramos a las bacterias que se pueden encontrar hasta una profundidad de cerca de 4 Km. de la superficie).
Ecosistema: La relación entre un grupo de organismos entre sí y su medio ambiente. Los científicos a menudo hablan de la interrelación entre los organismos vivos. Dado, que de acuerdo a la teoría de Darwin los organismos se adaptan a su medio ambiente, también deben adaptarse a los otros organismos de ese ambiente.
Comunidad: Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus.
La estructura de una comunidad puede ser alterada por cosas tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación.
Especie: Grupo de individuos similares que tienden a aparearse entre sí dando origen a una cría fértil. Muchas veces encontramos especies descriptas, no por su reproducción (especies biológicas) sino por su forma (especies anatómicas).
Poblaciones: Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limitada. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de otro campo por una colina sin flores.
Individuo: Una o más células caracterizadas por un único tipo de información codificada en su ADN. Puede ser unicelular o multicelular. Los individuos multicelulares muestran tipos celulares especializados y división de funciones en tejidos, órganos y sistemas.
Sistema: (en organismos multicelulares). Grupo de células, tejidos y órganos que están organizados para realizar una determinada función, p.ej. el sistema circulatorio.
órganos: (en organismos multicelulares). Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo el corazón, es un órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio.
Tejido: (en organismos multicelulares). Un grupo de células que realizan una determinada función. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.
Célula: la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente. Cada célula tiene un soporte químico para la herencia (ADN), un sistema químico para adquirir energía etc.
Organela: una subunidad de la célula. Una organela se encuentra relacionada con una determinada función celular p.ej. la mitocondria (el sitio principal de generación de ATP en eucariotas).

Moléculas, átomos, y partículas subatómicas: los niveles funcionales fundamentales de la bioquímica.

Representación de los niveles de organización. Imagen modificada de http://www.whfreeman.com/life/update/.

Por lo tanto es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organismos (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las moléculas de la misma.

Desarrollo de la teoría de la evolución | Contenidos

"Nada tiene sentido en biología si no es en el contexto de la evolución"

Científico ucraniano, nacionalizado estadounidense, realizó la síntesis entre la obra de Darwin y la de Mendel. Escribió Genetics and the Origin of the Species

En un relato rescatado por Bioy Casares en su ensayo: De las cosas maravillosas (Temas, 1999) se cuenta en este dialogo acerca de la reflexión apócrifa o auténtica, de una vieja señora que se había enterado de la teoría de Darwin.

-¿Entonces descendemos del mono?

-Mi querida amiga, espero que no sea verdad, pero si es verdad que no se sepa.

 

No hay evidencia que no pueda ser corroída por una negación que decida, de antemano, ser lo bastante reiterativa e innegociable 

Jorge Wagensberg

Jueves 12 de Agosto de1999, Kansas, Estados Unidos

Eliminan la teoría de Darwin de los planes de estudios..

Enlaces a algunos artículos en Clarín cuando se busca "Darwin"
 

El filósofo griego Anaximandro (611-547 A.C.) y el romano Lucrecio (99-55 A.C.) acuñaron el concepto de que todas las cosas vivas se encuentran relacionadas y que ellas cambiaron en el transcurso del tiempo. La ciencia en su época se basaba principalmente en la observación y, sorprende la similitud con los conceptos actuales de la evolución.
El gran filósofo griego Aristóteles desarrolló su Scala Naturae o Escala de la naturaleza, para explicar su concepto del avance de las cosas vivientes desde lo inanimado a las plantas, luego a los animales y finalmente al hombre. Este concepto de "el hombre como la cumbre de la creación" todavía subsiste (como una "plaga") en muchos biólogos evolucionistas modernos.
Los "científicos" post-Aristotélicos fueron restringidos por los pensamientos prevalentes en la Edad Media que exigía la aceptación del mito judeocristiano, es decir lo que estaba escrito en el libro del Génesis perteneciente al Viejo Testamento, con su especial creación del mundo construido literalmente en seis días.
El Arzobispo James Ussher de Irlanda, a mediados del siglo 17, calculó la edad de la Tierra basado en la genealogía desde Adán y Eva de acuerdo al libro bíblico del Génesis yendo hacia atrás desde la crucifixión de Jesús de Nazaret. De acuerdo a sus cálculos, la Tierra se formó el 22 de Octubre, 4004 a.C. , por lo tanto la Tierra solo tendría unos 5000 años de antigüedad.
Los geólogos dudaron de la "verdad" de una tierra de 5.000 años de antigüedad.

Leonardo da Vinci (el pintor de La Última Cena, de la Mona Lisa, escultor e ingeniero) calculó, en base a los sedimentos del río italiano Po, que debió haber tomado unos 200.000 para formarse los depósitos.

Galileo Galilei, hereje convicto por haber sostenido que la Tierra no era el centro del universo, estudió los fósiles (evidencias de vida pasada) y concluyó que eran reales y no artefactos inanimados.

James Hutton, considerado el padre de la moderna Geología, desarrolló (en 1795) la teoría del uniformismo, la base de la geología y paleontología moderna. De acuerdo al trabajo de Hutton, ciertos procesos geológicos operaron en el pasado en la misma forma que lo hacen hoy en día. Por lo tanto muchas estructuras geológicas no pueden ser explicadas con una Tierra de solo 5.000 años.

El geólogo británico Charles Lyell refinó las ideas de Hutton durante el siglo 19, y concluyó que el efecto lento, constante y acumulativo de las fuerzas naturales había producido un cambió continuo en la Tierra, su libro Los Principios de la Geología tuvo un profundo efecto en Charles Darwin y Alfred Wallace.

Desarrollo de los conceptos modernos acerca de la Evolución | Contenidos

Erasmus Darwin (1731-1802; abuelo de Charles Darwin) médico y naturalista británico, propuso que la vida había cambiado, pero no presentó un mecanismo claro de como ocurrieron estos cambios, sus notas son interesantes por la posible influencia sobre su nieto.

Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon (1707-1788) entre mediados y bien entrado su siglo, propuso que las especies (pero solo las que no habían sido el producto de la creación divina...) pueden cambiar. Esto fue una gran contribución sobre el primitivo concepto que todas las especies se originan en un creador perfecto y por lo tanto no pueden cambiar debido a su origen.

William "Strata" Smith (1769-1839), empleado por la industria minera inglesa, desarrolló el primer mapa geológico preciso de Inglaterra. El también, de sus viajes desarrolló el Principio de la Sucesión Biológica. La idea sostiene que cada período de la historia de la Tierra tiene su particular registro fósil. En esencia Smith dio comienzo a la ciencia de la estratigrafía, la identificación de las capas de roca basada, entre otras cosas, en su contenido fósil.

Georges Cuvier (1769-1832, brillante paleontólogo, experto en anatomía y zoología, adversario de peso de las teorías de la evolución) propuso la teoría de las catástrofes para explicar la extinción de las especies. Pensaba que los eventos geológicos dieron como resultados grandes catástrofes (la más reciente, el diluvio universal...). Esta visión era bastante confortable para la época y fue ampliamente aceptada.

Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) desarrolló una de las primeras teorías acerca de como cambian las especies. Lamarck, en 1801, concluyó audazmente, que los organismos más complejos evolucionaron de organismos más simples preexistentes. Él propuso la herencia de los caracteres adquiridos para explicar, entre otras cosas, el largo del cuello de la jirafa.

La teoría Lamarckiana dice que el cuello de las jirafas actuales es largo en razón que sus antepasados progresivamente ganaron cuellos más largos por el esfuerzo de conseguir comida en niveles cada vez mas altos de los árboles. El trabajo de Lamarck dio vida a una teoría que señalaba la existencia de cambios en las especies en el tiempo debido al uso o desuso de sus órganos y postuló un mecanismo para ese cambio. Información adicional en este enlace.

Evolución por Selección Natural | Contenidos

En Inglaterra, Charles Darwin estudió medicina, sin concluirla, en la Universidad de Edimburgo y para clérigo en Cambridge, (¿demoró por ello la difusión de sus escritos?) también sin concluir, allí en cambio se manifestó su inclinación por las ciencias naturales. Obtuvo, a sus veintidós años, una plaza en el H.M.S. Beagle (His Majesty's Ships) al mando de Robert FitzRoy, de veintiséis. Reinaba por aquel entonces la reina Victoria.

Este viaje dio a Darwin una oportunidad única para estudiar la adaptación y obtener un sinnúmero de evidencias que fueron utilizadas en su teoría de la evolución. Darwin dedicó mucho tiempo a coleccionar especimenes de plantas, animales y fósiles y a realizar extensas observaciones geológicas.

En "Tres hombres a bordo del Beagle" se puede encontrar un singular relato (que toca aspectos de la Historia Argentina) de los viajes del Beagle describiendo las pautas culturales indígenas de Tierra del Fuego, las de la Inglaterra victoriana y, en ese marco, el desarrollo de las ideas de Darwin.

Al retornar a Inglaterra en 1836, comenzó (con la ayuda de numerosos especialistas) a catalogar su colección, como recordaba Darwin en su autobiografía, la iluminación decisiva llegó......

En octubre [realmente el 28 de septiembre] de 1838, es decir 15 meses después de que empezara yo mis estudios sistemáticos, casualmente leía por diversión a Malthus sobre Población, y estando bien preparado para apreciar la lucha por la existencia, que en todas partes acontece y que se ha observado prolongadamente de los hábitos de los animales y las plantas, de repente se me ocurrió que bajo estas circunstancias, las variaciones favorables tenderían a conservarse, y las no favorables a destruirse. El resultado de esto sería la formación de una nueva especie. Aquí entonces, había logrado finalmente una teoría que me permitía trabajar.

y comenzó a fijar varios puntos de su teoría:

  1. Adaptación: todos los organismos se adaptan a su medio ambiente
  2. Variación: todos los organismos presentan caracteres variables, ellos son una cuestión de azar, aparecen en cada población natural y se heredan entre los individuos. No las produce una fuerza creadora, ni el ambiente, ni el esfuerzo inconsciente del organismo, no tienen destino ni dirección, pero a menudo ofrecen valores adaptativos positivos o negativos.
  3. Sobre-reproducción: todos los organismos tienden a reproducirse mas allá de la capacidad de su medio ambiente para mantenerlos (esto se basó en las teorías de Thomas Malthus, señaló que las poblaciones tienden a crecer geométricamente hasta encontrar un límite al tamaño de su población dado por la restricción, entre otros, de la cantidad de alimentos).
  4. Dado que no todos los individuos están adaptados por igual a su medio ambiente, algunos sobrevivirán y se reproducirán mejor que otros, esto es conocido como selección natural. Algunas veces se hace referencia a este hecho como "la supervivencia del mas fuerte", en realidad tiene mas que ver con los logros reproductivos del organismo mas que con la fuerza del mismo.

En 1858, Darwin recibió una carta de Alfred Russel Wallace (1823-1913), en la cual detallaba sus conclusiones que eran iguales a la aún no publicada teoría de Darwin sobre la evolución y adaptación. Darwin y sus colegas leyeron el trabajo de Wallace el primero de Julio de 1858 en una reunión de la Sociedad Linneana, junto con la presentación del mismo Darwin sobre el mismo tema. (enlace a una excelente cobertura de los "papers" de Darwin y Wallace).
El trabajo de Wallace, publicado en 1858, fue el primero en definir el rol de la selección natural en la formación de las especies. En conocimiento del mismo Darwin se apresuró a publicar, en noviembre de 1859. su mayor tratado, El origen de las especies (On the origin of Species).

Este libro influyó profundamente en el pensamiento acerca de nosotros mismos y, conjuntamente con las teorías astronómicas de Copérnico y Galileo (siglos XVI y XVII), cambió la forma de pensar del mundo occidental.
Si bien con algunos cambios esta teoría elaborada en 1859, (los más notables debido a la incorporación de la genética y de los conocimientos del ADN) es aceptada por la mayoría de los científicos como una guía en la cual se basa la biología moderna.

La astronomía nos mostró que no somos el centro del Universo y la biología que, hasta donde la ciencia lo puede mostrar, no somos fundamentalmente diferentes de otros organismos en cuanto orígenes o lugar que ocupamos en la naturaleza.

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Enlaces | Contenidos

La evolución biológica, http://gonow.to/evolutionibus
Viaje de un naturalista alrededor del mundo (C. Darwin) http://www.argiropolis.com.ar/ameghino/marco.htm
La teoría de la Evolución de Darwin. http://www.geocities.com/caleto/Lateoria.htm 
Historia de la Genética. http://www.geocities.com/caleto/genes.htm 
La teoría sintética de la Evolución http://www.geocities.com/caleto/actual.htm 
Charles Darwin: La Evolución - Ofrece un breve contexto histórico del autor y su obra. http://www.lector.net/vernov98/darwin.htm 
Darwin, Charles Presenta su biografía y repasa su obra.  http://www.mexicodesconocido.com.mx/tortuga/8152.htm 
Darwin's Origin of Species Available to cure all insomniacs!;  http://www.literature.org/Works/Charles-Darwin/origin/ 
Enter Evolution UCMP Berkeley ; http://www.ucmp.berkeley.edu/history/evolution.html 

Glosario |Contenidos

Adaptación (del latín adaptare = acomodar): Tendencia de un organismo a "adecuarse" a su medio ambiente; uno de los principales puntos de la teoría de la evolución por la selección natural de Charles Darwin: los organismos se adaptan a su medio ambiente. Aquellos organismos mejor adaptados tendrán mayor probabilidad de sobrevivir y pasar sus genes a la siguiente generación.

ADN (ácido desoxirribonucleico)    Un ácido nucleico compuesto de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central formando una doble hélice, capaz de autorreplicarse y codificar la síntesis de ARN. 
    Lugar donde esta "depositada" la información genética.
   Ácido nucleico que funciona como soporte físico de la herencia en el 99% de las especies. La molécula, bicatenaria, está formada por dos cadenas antiparalelas y complementarias entre sí. 
   Su unidad básica, el nucleótido, consiste en una molécula del azúcar desoxirribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina
. Fórmula

Atmósfera: envoltura de gases que rodea la Tierra; consiste esencialmente en un 21% de oxígeno, 78% de Nitrógeno y un 0,3 % de anhídrido carbónico el resto corresponde a "gases raros". 

Atomo (del griego atomos = indivisible): La menor partícula indivisible de la materia que posee una existencia independiente y mantener las propiedades del elemento, consiste en una zona central: el núcleo, compuesto de neutrones y protones, y en electrones que se mueven alrededor de mismo. 

ATP: (adenosín trifosfato): El principal producto químico utilizado por los sistemas vivientes para almacenar energía, consiste en un una base (adenina) unida a un azúcar (ribosa) y a tres fosfatos. Fórmula.   

Bioquímica: Ciencia que estudia los procesos químicos asociados con los seres vivos 

Catastrofismo: creencia que sostiene que en la Tierra ocurrieron eventos fulminantes (regidos por principios religiosos y no científicos) diferentes a los procesos geológicos que se observan actualmente.

Evolución (del latín e- = fuera; volvere = girar): Cambio de los organismos por adaptación, variación, sobrerreproducción y reproducción / sobrevivencia diferencial, proceso al que Charles Darwin y Alfred Wallace se refirieron como selección natural

Fósiles (del latín fossilis = "que se saca cavando la tierra", enterrado): Los vestigios o restos de vida prehistórica preservadas en las rocas de la corteza Terrestre. Cualquier evidencia de vida pasada.

Hidrosfera (del griego hydros = agua): la parte de entorno físico que consiste en toda el agua líquida y sólida que se encuentra en la superficie terrestre o cercana a ella.

Litosfera (del griego lithos = piedra): La corteza externa de la Tierra; incluye a las superficies que se encuentran debajo de los océanos y otros cuerpos lacustres.

Metabolismo (del griego metabole = cambio): El conjunto de reacciones químicas que se producen en las células vivas. La totalidad de las reacciones químicas (intercambio de energía) en un organismo 

Mitocondria (del griego mitos = hilo, hebra; chondros = grano, terrón, cartílago): La usina celular. Organelas autorreplicantes, que se encuentran en el citoplasma de la célula eucariota rodeadas por membrana, completan el proceso de consumo de la glucosa generando (por quimiósmosis) la mayor parte del ATP que necesita la célula para sus funciones.

Organelas u Orgánulos (del griego organon = herramienta): Estructuras subcelulares que realizan determinadas funciones (generalmente están rodeadas por membranas y se las encuentra en las células eucariotas) p.ej.: mitocondrias, cloroplastos, núcleo

Protón: Partícula subatómica cargada positivamente (+), que se encuentra en el núcleo del átomo, tiene una masa ligeramente inferior al neutrón. Los elementos difieren por el número de protones en sus átomos. 

Quimiósmosis: El proceso por el cual se forma el ATP en la membrana interna de la mitocondria. El sistema transportador de electrones transfiere protones del compartimiento interno al externo; a medida que los protones fluyen nuevamente hacia el compartimiento interno la energía del movimiento es usado para agregar fosfato al ADP para formar ATP. Tema ampliado  

Uniformismo: movimiento que sostiene que los procesos geológicos que observamos en la actualidad (la erosión del viento y la lluvia, vulcanismo etc.) son los responsables de todos los cambios geológicos acontecidos en la historia de la Tierra, Charles Lyell decía "no estamos autorizados a recurrir a agentes extraordinarios" para explicar los cambios que ocurrieron en la Tierra, "el presente es la clave del pasado".

  FACILITADO POR HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA