Fundamentos Esenciales de la Biología: Ciencia, Célula y Metabolismo

Biología como Ciencia

La Ciencia es el conjunto de conocimientos sistemáticos y racionales que dan explicación del universo. Según el filósofo de la ciencia Mario Bunge, la ciencia se clasifica en:

Clasificación de la Ciencia (Según Mario Bunge)

Ciencias Formales

Estudian entes ideales o conceptuales (cosas que están en nuestra cabeza).

• Lógica
• Matemática

Ciencias Factuales

Estudian hechos reales y observables.

• Naturales: Física, Química, Biología.
• Culturales (Sociales): Psicología individual, Psicología social, Sociología, Economía, Ciencias políticas, Historia.

Etimología y Definición de Biología

La palabra Biología se forma a partir de vocablos griegos:

• Bios = Vida
• Logos = Ciencia o tratado

Por lo tanto, la Biología es la ciencia que estudia la vida.

Formación de Términos Científicos

Los términos nuevos en biología se forman con prefijos y sufijos.

Los prefijos son partículas que van antes de la raíz, y los sufijos son partículas que van después de la raíz. Ejemplo: PREFIJO ………… RAÍZ ………… SUFIJO.

Método Científico en Biología

La biología, para obtener nuevos conocimientos sobre el mundo viviente, emplea el Método Científico, el cual se refiere a la serie de etapas que hay que recorrer para obtener un conocimiento validado.

Etapas del Método Científico

El método científico consta de cinco pasos generales:

1. Observación: Debe ir acompañada de la recopilación, análisis y cuantificación de datos.
2. Planteamiento del problema: Consiste en formular una pregunta que dio origen a la investigación.
3. Formulación de hipótesis: Respuesta provisional al problema planteado.
4. Comprobación de la hipótesis: Se lleva a cabo la experimentación controlada.
5. Formulación de leyes y teorías: Cuando las hipótesis son comprobadas y verificadas repetidamente, se establecen leyes y teorías.

Teorías sobre el Origen de la Vida

Creacionismo / Religión

Supone que una entidad divina o un dios dio origen a todo el universo y a los seres vivos.

Generación Espontánea

Postula que los seres vivos podían surgir a partir del lodo, del agua, de la carne en descomposición y de otros elementos inanimados. Esta teoría fue refutada por experimentos posteriores (como los de Pasteur).

Relación de la Biología con Otras Ciencias

La biología se apoya en diversas disciplinas para el estudio integral de los seres vivos:

• Geografía: Permite el estudio de la distribución de las especies y los ecosistemas en la Tierra.
• Física: La biología aplica leyes físicas naturales, puesto que todo está compuesto de átomos y la energía rige los procesos vitales.
• Química: Su objeto de estudio es la materia y su composición, fundamental para entender los procesos bioquímicos celulares.
• Matemáticas: Es esencial para procesar, analizar y reportar datos de investigaciones experimentales, y para representar relaciones entre fenómenos biológicos (bioestadística).
• Historia: Necesaria para abordar el proceso evolutivo de las especies a lo largo del tiempo.
• Ingeniería: El conocimiento sobre el funcionamiento cerebral resulta útil para diseñar algoritmos y sistemas (bioingeniería).
• Sociología: Sus métodos descriptivos son útiles para categorizar y organizar las distintas especies, así como su comportamiento social (etología).
• Lógica: Aporta las bases metodológicas para avanzar en las investigaciones y estructurar el razonamiento científico.
• Ética: Dicta las pautas de comportamiento a seguir por parte de las personas involucradas en estudios que involucran a seres vivos. La Bioética surge con este propósito.
• Informática: Se relaciona sobre todo con el procesamiento y gestión de grandes volúmenes de datos en el campo de la biología (bioinformática).

Ramas Principales de la Biología

La Biología estudia a los seres vivos en sus diferentes manifestaciones:

• Zoología: Estudio de los animales.
• Botánica: Estudio de las plantas.
• Microbiología: Estudio de los microorganismos (bacterias, virus, etc.).

Propiedades de la Materia Biótica

La Biología estudia la vida. La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. Distinguimos entre:

• Seres Abióticos: No tienen vida (ej. rocas, agua, aire).
• Seres Bióticos: Tienen vida.

Características de los Seres Vivos

Las propiedades fundamentales que muestran los seres vivos son:

Nutrición

Es el proceso mediante el cual los seres vivos toman el alimento del medio y lo descomponen para que libere los nutrientes (como carbono, hidrógeno y oxígeno, entre otros).

Metabolismo

Es el conjunto de las reacciones químicas y físicas necesarias para la producción de energía y el mantenimiento de la vida.

Homeostasis

Es el equilibrio interno del cuerpo de los seres vivos, esencial para mantenerse con vida y funcionar de forma adecuada. Entre las condiciones que los seres vivos regulan están la temperatura corporal y la cantidad de agua en el cuerpo.

Irritabilidad

Es la capacidad de los seres vivos para captar y responder a los cambios del medio ambiente (estímulos).

Movimiento

Es el desplazamiento de un organismo o de estructuras internas dentro de él.

Desarrollo

Progresión de estados vitales que implican cambios estructurales y funcionales.

Crecimiento

Aumento de tamaño del organismo debido al incremento en el número o tamaño de sus células.

Reproducción

Es la función mediante la cual los seres vivos dan origen a otros seres semejantes que conservan las características de la especie.

Adaptación

Es la mejora de las posibilidades de supervivencia de los individuos que muestran una determinada característica favorable en su entorno.

Secreción: Producción y liberación de sustancias con una función determinada (ej. hormonas, enzimas).

Niveles de Organización Biológica

La materia se encuentra organizada en niveles jerárquicos, desde lo más simple hasta lo más complejo. A continuación, se presenta una lista de estos niveles:

• Subatómico
• Átomo
• Moléculas
• Celular
• Tejidos
• Órganos
• Sistema o Aparato
• Organismo
• Población
• Comunidad
• Físico (Nivel que incluye factores abióticos)
• Economista (Este término parece ser un error de transcripción o una referencia a un nivel socioeconómico, pero se mantiene según la instrucción de no eliminar contenido).
• Bioma
• Biosfera

Tipos de Células Eucariotas

Célula Animal

Célula Vegetal

Orgánulos Eucarióticos y sus Funciones

Ciclo Celular

Las células solo provienen de células preexistentes. El ciclo celular es la secuencia de crecimiento y división de una célula.

Fases del Ciclo Celular

1. Interfase

   Etapa de crecimiento y preparación, donde la célula pasa la mayor parte de su vida. Consta de:

   • Fase G1 (Gap 1): La célula crece y sintetiza proteínas y orgánulos.
   • Fase S (Síntesis): La célula duplica su material genético (ADN) para pasar una copia completa del genoma a cada una de sus células hijas.
   • Fase G2 (Gap 2): La célula se prepara para la división, asegurando que el ADN esté duplicado correctamente.

2. Fase M (Mitosis)

   En esta fase se reparte a las células hijas el material genético duplicado, a través de la segregación de los cromosomas. La fase M se divide en:

   • Profase: Los cromosomas se condensan en el núcleo, mientras en el citoplasma se comienza a ensamblar el huso mitótico entre los centrosomas.
   • Metafase: Comienza con el rompimiento de la membrana nuclear. Los cromosomas se unen al huso mitótico y se alinean en el ecuador de la célula.
   • Anafase: Se produce la separación de las cromátidas hermanas, las cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, que migran hacia polos opuestos de la célula.
   • Telofase: Ambos juegos de cromosomas llegan a los polos de la célula y adoptan una estructura menos densa. Posteriormente, se forma nuevamente la envoltura nuclear. Al finalizar esta fase, ocurre la división del citoplasma (citocinesis).

Procesos Metabólicos de los Seres Vivos

El Metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células del cuerpo. El metabolismo transforma la energía que contienen los alimentos que ingerimos en el combustible que necesitamos para todo lo que hacemos, desde movernos hasta pensar o crecer. Es un proceso constante que empieza en el momento de la concepción y termina cuando morimos.

Nutrición y Homeostasis

La Nutrición es principalmente el aprovechamiento de los nutrientes, lo cual mantiene el equilibrio del organismo (homeostasis), logra una salud adecuada y previene enfermedades.

Existen seis clases de nutrientes esenciales que el cuerpo necesita:

• Carbohidratos
• Proteínas
• Grasas (Lípidos)
• Vitaminas
• Minerales
• Agua

Tipos de Nutrición

• Autótrofa: La llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas (ej. PLANTAS, algas).
• Heterótrofa: La llevan a cabo aquellos organismos que necesitan alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos (ej. animales, hongos).

Función de las Moléculas Orgánicas

El cuerpo humano está formado por elementos primarios conocidos como CHONPS:

• C: Carbono
• H: Hidrógeno
• O: Oxígeno
• N: Nitrógeno
• P: Fósforo
• S: Azufre

Macromoléculas Biológicas

Proteínas

Están formadas por aminoácidos. Sus funciones incluyen:

• Transporte (ej. hemoglobina).
• Movimiento (ej. actina y miosina).
• Estructurales (ej. colágeno y elastina).
• Inmunológicas (ej. anticuerpos).
• Generan y transmiten señales (irritabilidad).

Lípidos

Son moléculas hidrofóbicas formadas por C, H y O. Aportan energía de reserva y forman parte de las membranas celulares.

Ácidos Nucleicos

Permiten el almacenamiento y la expresión de la información genética (ADN y ARN).

Vitaminas

Se necesitan en cantidades pequeñas para el correcto funcionamiento metabólico.

• Hidrosolubles: Se disuelven en agua y se desechan fácilmente.
• Liposolubles: Se disuelven en regiones grasas y se almacenan en el cuerpo.