Biología
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La biología (del griego "βιος" bios = vida y "λογος" logos = estudio) es una de las ciencias naturales que tiene como objeto de estudio a la vida, o más exactamente, a los fenómenos vitales (génesis, nutrición, desarrollo, reproducción, patogenia, etc.). La biología se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales, como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. En otras palabras, se preocupa de la estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de ésta.
La palabra biología en su sentido moderno parece haber sido introducida independientemente por Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) y por Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802). Se tiene de forma general que el término fue acuñado en 1800 por Karl Friedrich Burdach, aunque se menciona en el título del tercer volumen de Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia, por Michael Christoph Hanov publicado en 1766.
La biología abarca un amplio espectro de campos académicos que a menudo se ven como disciplinas independientes. Juntas, estudian la vida en un amplio rango de escalas. La vida se estudia a escala atómica y molecular en la biología molecular, en la bioquímica y en la genética molecular. A nivel celular, se estudia en la biología celular, y a escala multicelular, se examina en la fisiología, la anatomía y la histología. La biología del desarrollo estudia la vida a nivel del desarrollo o de la ontogenia de un organismo individual.
Subiendo la escala a más de un organismo, la genética trata el funcionamiento de la herencia de los padres a su descendencia. La etología trata el comportamiento grupal, esto es, de más de un individuo. La genética de poblaciones observa el nivel de una población entera y la sistemática trata los linajes entre especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se examinan en la ecología y la biología evolutiva. Un nuevo campo especulativo es la astrobiología (o xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de la Tierra.
Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas, se proponen, desde la tradicional división en dos reinos establecida por Linneo en el siglo XVII, ente animales y plantas, hasta las propuestas actuales de los sistemas cladísticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.
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Historia de la biología
Artículo principal: Historia de la biología
Principios de la biología
A diferencia de la física, la biología no suele describir sistemas biológicos en términos de objetos que obedecen leyes físicas inmutables descritas por las matemáticas. No obstante, la biología se caracteriza por seguir algunos principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen: la universalidad, la evolución, la diversidad, la continuidad, la homeóstasis y las interacciones.
Universalidad: bioquímica, células y el código genético
Artículo principal: Vida
Hay muchas unidades universales y procesos comunes que son fundamentales para conocer las formas de vida. Por ejemplo, todas las formas de vida están compuestas por células, que están basadas en una bioquímica común, que a su vez están basadas en el carbono. Todos los organismos perpetúan sus caracteres hereditarios mediante el material genético, que está basado en el ácido nucleico ADN, que emplea un código genético universal. En la biología del desarrollo, la característica de la universalidad también está presente: por ejemplo, el desarrollo temprano del embrión sigue unos pasos básicos que son muy similares en mucho organismos metazoos.
Evolución: el principio central de la biología
Artículo principal: Evolución
Uno de los conceptos centrales de la biología es que toda vida desciende de un origen común que ha seguido el proceso de la evolución. De hecho, esta es una de las razones por la que los organismos biológicos exhiben una semejanza tan llamativa en las unidades y procesos que se han discutido en la sección anterior. Charles Darwin estableció la credibilidad de la teoría de la evolución al articular el concepto de selección natural (a Alfred Russell Wallace se le suele reconocer como codescubridor de este concepto). Con la llamada síntesis moderna de la teoría evolutiva, la deriva genética fue aceptada como otro mecanismo fundamental implicado en el proceso.
Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y las relaciones genealógicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de ADN y de proteínas, facilitadas por el desarrollo técnico de la biología molecular y de la genómica, junto con el estudio comparativo de fósiles u otros restos paleontológicos, generan la información precisa para el análisis filogenético. El esfuerzo de los biólogos por abordar científicamente la comprensión y la clasificación de la diversidad de la vida, han dado lugar al desarrollo de diversas escuelas en competencia, como la fenética, que puede considerarse superada, o la cladística. No se discute que el desarrollo muy reciente de la capacidad de descifrar sobre bases sólidas la filogenia de las especies, está catalizando una nueva fase de gran productividad en el desarrollo de la biología.
Diversidad: variedad de organismos vivos
A pesar de la unidad subyacente, la vida exhibe una asombrosa diversidad en morfología, comportamiento y ciclos vitales. Para afrontar esta diversidad, los biólogos intentan clasificar todas las formas de vida. Esta clasificación científica refleja los árboles evolutivos (árboles filogenéticos) de los diferentes organismos. Dichas clasificaciones son competencia de las disciplinas de la sistemática y la taxonomía. La taxonomía sitúa a los organismos en grupos llamados taxa, mientras que la sistemática trata de encontrar sus relaciones.
Tradicionalmente, los seres vivos se han venido dividiendo en cinco reinos:
Sin embargo, este sistema de cinco reinos se encuentra desfasado en la actualidad. Las alternativas más modernas comienzan generalmente con el sistema de tres dominios:
Estos dominios reflejan si las células poseen núcleo o no, así como las diferencias en el exterior de las células. Hay también una serie de "parásitos" intracelulares que, en términos de actividad metabólica son cada vez menos vivos:
Continuidad: el antepasado común de la vida
Artículo principal: Antepasado común
Se dice que un grupo de organismos tiene un antepasado común si tiene un ancestro común. Todos los organismos existentes en la Tierra descienden de un ancestro común o, en su caso, de recursos genéticos ancestrales. Este último ancestro común universal, esto es, el ancestro común más reciente de todos los organismos, se cree que apareció hace alrededor de 3.500 millones de años (véase origen de la vida).
La noción de que "toda vida proviene de un huevo" (del latín "Omne vivum ex ovo") es un concepto fundacional de la biología moderna, y viene a decir que siempre ha existido una continuidad de la vida desde su origen inicial hasta la actualidad. En el siglo XIX se pensaba que las formas de vida podían aparecer de forma espontánea bajo ciertas condiciones (véase abiogénesis). Los biólogos consideran que la universalidad del código genético es una prueba definitiva a favor de la teoría del descendiente común universal (DCU) de todas las bacterias, archaea, y eucariotas (véase sistema de tres dominios).
Homeostasis: adaptación al cambio
Artículo principal: Homeostasis
La homeostasis es la propiedad de un sistema abierto para regular su entorno interno con el fin de mantener una condición estable, mediante múltiples ajustes de equilibrio dinámico controlados por mecanismos de regulación interrelacionados. Todos los organismos vivos, sean unicelulars o pluricelulares exhiben homeostasis. Por poner unos ejemplos, la homeostasis se manifesta a nivel celular cuando se mantiene una acidez interna estable (pH); a nivel de organismo, cuando los animales de sangre caliente mantienen una temperatura corporal interna constante; y a nivel de ecosistema, al consumir dióxido de carbono las plantas regulan la concentración de esta molécula en la atmósfera. Los tejidos y los órganos también pueden mantener homeostasis.
Interacciones: grupos y entornos
Todos los seres vivos interactúan con otros organismos y con su entorno. Una de las razones por las que los sistemas biológicos pueden ser difíciles de estudiar es que hay demasiadas interacciones posibles. La respuesta al entorno de una bacteria microscópica a un gradiente local de azúcar es tan compleja como la de un león buscando comida en la sabana africana. El comportamiento de una especie en particular puede ser cooperativo o agresivo; parasitario o simbiótico. Los estudios se vuelven mucho más complejos cuando dos o más especies diferentes interactúan en un mismo ecosistema; esto es competencia de la ecología.
Alcance de la biología
Para una lista completa de las disciplinas de la biología, véase el cuadro Disciplinas generales de la Biología al final del artículo.
La biología se ha convertido en una iniciativa investigadora tan vasta que generalmente no se estudia como una única disciplina, sino como un conjunto de subdisciplinas. Aquí se considerarán cuatro amplios grupos. El primero de ellos consta de disciplinas que estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.; el segundo grupo considera la operación de estas estructuras a nivel de tejidos, órganos y cuerpos; una tercera agrupación tiene en cuenta los organismos y sus historias; la última constelación de disciplinas está enfocada a las interacciones. Es importante notar, sin embargo, que estos límites, agrupaciones y descripciones son una descripción simpificada de la investigación biológica. En realidad los límites entre disciplinas son muy fluidos y muchas disciplinas se prestan técnicas las unas a las otras frecuentemente. Por ejemplo, la biología de la evolución se apoya en gran medida de técnicas de la biología molecular para determinar las secuencias de ADN que ayudan a comprender la variación genética de una población; y la fisiología toma extensos préstamos de la biología celular para describir la función de sistemas orgánicos.
Estructura de la vida
Artículos principales: Biología molecular, Biología celular, Genética, Biología del desarrollo
La biología molecular es el estudio de la biología a nivel molécular. El campo se solapa con otras áreas de la biología, en particular con la genética y la bioquímica. La biología molecular trata principalmente de comprender las interacciones entre varios sistemas de una célula, incluyendo la interrelación de la síntesis de proteínas de ADN y ARN y del aprendizaje de cómo se regulan estas interacciones.
La biología celular estudia las propiedades fisiológicas de las células, así como sus comportamientos, interacciones y entorno; esto se hace tanto a nivel microscópico como molecular. La biología celular investiga los organismos unicelulares como bacterias y células especializadas de organismos pluricelulares como los humanos.
La comprensión de la composición de las células y de cómo éstas funcionan es fundamental para todas las ciencias biológicas. La apreciación de las semejanzas y diferencias entre tipos de células es particularmente importante para los campos de la biología molecular y celular. Estas semejanzas y diferencias fundamentales permiten la unificación de los principios aprendidos del estudio de un tipo de célula, que se puede extrapolar y generalizar a otros tipos de células.
La genética es la ciencia de los genes, herencia y la variación de los organismos. En la investigación moderna, la genética proporciona importantes herramientas de investigación de la función de un gen particular, esto es, el análisis de interacciones genéticas. Dentro de los organismos, la información genética generalmente se encuentra en los cromosomas, que está representada en la estructura química de moléculas de ADN particulares.
Los genes codifican la información necesaria para sintetizar proteínas, que a su vez, juegan un gran papel influyendo (aunque, en muchos casos, no lo determinan completamente) el fenotipo final del organismo.
La biología del desarrollo estudia el proceso por el que los organismos crecen y se desarrollan. Con origen en la embriología, la biología del desarrollo actual estudia el control genético del crecimiento celular, la diferenciación celular y la "morfogénesis", que es el proceso por el que se llega a los tejidos, órganos y anatomía.
Los organismos modelo de la biología del desarrollo incluyen el gusano redondo Caenorhabditis elegans, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el pez cebra Brachydanio rerio, el ratón Mus musculus, y la hierba Arabidopsis thaliana.
Fisiología de los organismos
Artículos principales: Fisiología, Anatomía
La fisiología estudia los procesos mecánicos, físicos y bioquímicos de los organismos vivos, e intenta comprender cómo todas las estructuras funcionan como un entero. El tema del funcionamiento de las estructuras es central en biología.
Tradicionalmente se han dividido los estudios fisiológicos en fisiología vegetal y fisiología animal aunque los principios de la fisiología son universales, no importa que organismo particular se está estudiando. Por ejemplo, lo que se aprende de la fisiología de una célula de levadura puede aplicarse también a células humanas.
El campo de la fisiología animal extiende las herramientas y los métodos de la fisiología humana a las especies animales no humanas. La fisiología vegetal también toma prestadas técnicas de los dos campos.
La anatomía es una parte importante de la fisiología y considera cómo los sistemas orgánicos de los animales como el sistema nervioso, el sistema inmunológico, el sistema endocrino, el sistema respiratorio y el sistema circulatorio funcionan e interactúan. El estudio de estos sistemas se comparte con disciplinas orientadas a la medicina, como la neurología, la inmunología y otras semejantes.
Diversidad y evolución de los organismos
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Artículos principales: Biología de la evolución, Botánica, Zoología
La biología de la evolución trata el origen y la descendencia de las especies, así como su cambio a lo largo del tiempo, esto es, su evolución.
La biología de la evolución es un campo global porque incluye científicos demuchos disciplinas tradicionales orientadas a la taxonomía. Por ejemplo, generalmente incluye científicos que tienen una formación especializada en organismos particulares, como la teriología, la ornitología o la herpetología, aunque usan estos organismos como sistemas para responder preguntas generales de la evolución. Esto también incluye a los paleontólogos que a partir de los fósiles responden preguntas acerca del modo y el tempo de la evolución, así como teóricos de áreas tales como la genética poblacional y la teoría de la evolución. En los años 90 la biología del desarrollo hizo una reentrada en la biología de la evolución desde su exclusión inicial de la síntesis moderna a través del estudiode la biología del desarrollo de la evolución. Algunos campos relacionados que a menudo se han considerado parte de la biología de la evolución son la filogenia, la sistemática y la taxonomía.
La dos disciplinas tradicionales orientadas a la taxonomía más importantes son la botánica y la zoología. La botánica es el estudio científico de las plantas. La botánica cubre un amplio rango de disciplinas científicas que estudian el crecimiento, la reproducción, el metabolismo, el desarrollo, las enfermedades y la evolución de la vida de la planta.
La zoología es la disciplina que trata el estudio de los animales, incluyendo la fisiología, la anatomía y la embriología. La genética común y los mecanismos de desarrollo de los animales y las plantas se estudia en la biología molecular, la genética molecular y la biología del desarrollo. La ecología de los animales está cubierta con la ecología del comportamiento y otros campos.
Clasificación de la vida
El sistema de clasificación dominante se llama taxonomía de Linneo, e incluye rangos y nomenclatura binomial. El modo en que los organismos reciben su nombre está gobernado por acuerdos internacionales, como el Código Internacional de Nomenclatura Botánica (CINB o ICBN en inglés), el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica (CINZ o ICZN en inglés) y el Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana (CINB o ICNB en inglés). En 1997 se publicó un cuarto borrador del biocódigo (BioCode) en un intento de estandarizar la nomenclatura en las tres áreas, pero no parece haber sido adoptado formalmente. El Código Internacional de Clasificación y Nomenclatura de Virus (CICNV o ICVCN en inglés) permanece fuera del BioCode.
Interacciones de organismos
Artículos principales: Ecología, Etología, Comportamiento
La ecología estudia la distribución y la abundancia de organismos vivos y las interacciones de estos organismos con su entorno. El entorno de un organismo incluye tanto su hábitat, que se puede describir como la suma de factores abióticos locales como el clima y la geología, así como los otros organismos que comparten su hábitat.
Los sistemas ecológicos se estudian a diferentes niveles, desde individuales y poblacionales hasta a nivel de ecosistemas y biosfera. La ecología es una ciencia multidisciplinar y hace uso de muchas otras ramas de la ciencia.
La etología estudia el comportamiento animal (en particular de animales sociales como los primates y los cánidos), y a veces se considera una rama de la zoología. Los etologistas se han preocupado de la evolución del comportamiento y la comprensión del comportamiento en términos de la teoría de la selección natural. En cierto sentido, el primer etologista moderno fue Charles Darwin, cuyo libro La expresión de las emociones en los animales y hombres influyó a muchos etologistas.
Referencias
- Margulis, L. y K. N. Schwartz: Cinco reinos. Guía ilustrada de los phyla de la vida sobre la Tierra. Barcelona, Labor.1985.
- Tudge, Colin: La variedad de la Vida, Historia de todas las criaturas de la tierra. Un extenso y prolijo manual que recoge la clasificación de todos los grupos importantes que existen, o han existido, sobre la tierra.
- Campbell, N.: Biology: Concepts and Connections, 3rd ed., Benjamin/Cummings 2000. A college-level textbook (inglés).
- Maddison, David R.: The Tree of Life, http://phylogeny.arizona.edu/. Proyecto distribuido y multi-autor con información sobre filogenia y biodiversidad.
- Kimball, J. W.: Kimball's Biology Pages, http://www.ultranet.com/~jkimball/BiologyPages/. Libro de texto on-line (ingles).
Enlaces externos
- The Public Library of Science: Biology: Nuevo y ambicioso proyecto de revista de investigación sobre Biología.
Véase también
