Programa de estudio de biología básica. UNIDAD 1.- INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA. 1. 2. 3. 4. 5. ¿Porque estudiar biología? Características de los seres vivos. Organización de la vida. Diversidad de los seres vivos. El método científico. UNIDAD 1.- INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA. 1.- ¿Porque estudiar biología? La Biología es una ciencia clásica. El término Biología (del griego bio= vida; logos= estudio) introducido en Alemania en 1800 y popularizado por el naturalista francés Jean Baptiste de Lamarck, significa literalmente “estudio de la vida” y engloba un amplio campo que, partiendo desde la pequeña escala de los mecanismos químicos moleculares de nuestra maquinaria celular, llega hasta la gran escala de los conceptos de ecosistemas y cambios climáticos globales. La Biología estudia (entre otras cosas…..) los detalles íntimos del cerebro, la composición de los genes y el funcionamiento del sistema reproductivo. La Biología es una ciencia moderna. La Biología ha experimentado un desarrollo espectacular en las últimas décadas con importantísimos aplicaciones para nuestras vidas y para la vida del Planeta como son el uso de la terapia génica, la investigación con células madre, el uso del ADN como elemento de diagnosis e identificación, el desarrollo de nuevos medicamentos, desarrollo de nuevas fuentes alimentarias, investigación en programas de crecimiento y desarrollo sostenible y conservación, así como tantas otras, que hacen que la biología sea una base de conocimientos imprescindibles para futuros estudiantes de muy diversas licenciaturas. 2.- Características de los seres vivos. Para identificar fácilmente a un ser vivo, se han creado ciertas características que deben cumplir. Si no cumplen con estas características, no es posible definir al sujeto como un ser vivo Organización Un ser vivo es resultado de una organización muy precisa; en su interior se realizan varias actividades al mismo tiempo, estando relacionadas éstas actividades unas con otras, por lo que todos los seres vivos poseen una organización específica y compleja a la vez. Como grado más sencillo de organización en un organismo está la célula. Los procesos que se efectúan en todo el organismo son el resultado de las funciones coordinadas de todas las células que lo constituyen. En vegetales y animales superiores se observan grados de organización más compleja, como los tejidos-órganos y el más avanzado, sistemas. Además los virus no son considerados seres vivos porque los virus al entrar al organismo toman recién vida. Homeostasis Debido a la tendencia natural de la pérdida del orden, denominada entropía, los organismos están obligados a mantener un control sobre sus cuerpos, al que se denomina homeostasis, y de esta forma mantenerse sanos. Para lograr este cometido se utiliza mucha cantidad de energía. Algunos de los factores regulados son: Termorregulación: Es la regulación del calor y el frío. Osmorregulación: Regulación del agua e iones, en la que participa el sistema excretor principalmente. Irritabilidad La reacción a ciertos estímulos (sonidos, olores, etc.) del medio ambiente constituye la función de la irritabilidad. Por lo general los seres vivos no son estáticos, son irritables, responden a cambios físicos o químicos, tanto en el medio externo como en el interno. Los estímulos que pueden causar una respuesta en plantas y animales son: cambios en la intensidad de luz, ruidos, sonidos, aromas, cambios de temperatura, variación en la presión, etc. Metabolismo El fenómeno del metabolismo permite a los seres vivos procesar sus alimentos para obtener nutrientes, utilizando una cantidad de estos nutrientes y almacenando el resto para usarlo cuando efectúan sus funciones. En el metabolismo se efectúan dos procesos fundamentales: Anabolismo: Es cuando se transforman las sustancias sencillas de los nutrientes en sustancias complejas. Catabolismo: Cuando se desdoblan las sustancias complejas de los nutrientes con ayuda de enzimas en materiales simples liberando energía. Durante el metabolismo se realizan reacciones químicas y energéticas. Así como el crecimiento, la auto reparación y la liberación de energía dentro del cuerpo de un organismo. A estas reacciones las denominamos procesos metabólicos: El ciclo material, es decir, los cambios químicos de sustancia en los distintos períodos del ciclo vital, crecimiento, equilibrio e involución. El ciclo energético, o sea, la transformación de la energía química de los alimentos en calor cuando el animal está en reposo, o bien en calor y trabajo mecánico cuando realiza actividad muscular, así como la transformación de la energía luminosa en energía química en las plantas. En los organismos heterótrofos, la sustancia y la energía se obtienen de los alimentos. Éstos actúan formando la sustancia propia para crecer, mantenerse y reparar el desgaste, suministran energía y proporcionan las sustancias reguladoras del metabolismo. Desarrollo o crecimiento Una característica principal de los seres vivos es que éstos crecen. Los seres vivos (organismos) requieren de nutrientes (alimentos) para poder realizar sus procesos metabólicos que los mantienen vivos, al aumentar el volumen de materia viva, el organismo logra su crecimiento. El desarrollo es la adquisición de nuevas características. Reproducción Los seres vivos son capaces de multiplicarse (reproducirse). Mediante la reproducción se producen nuevos individuos semejantes a sus progenitores y se perpetúa la especie. En los seres vivos se observan dos tipos de reproducción: Asexual : En la reproducción asexual un solo organismo es capaz de originar otros individuos nuevos, que son copias exactas del progenitor desde el punto de vista genético. Un claro ejemplo de reproducción asexual es la división de las bacterias en dos células hijas, que son genéticamente idénticas. En general, es la formación de un nuevo individuo a partir de células maternas, sin que exista meiosis, formación de gametos o fecundación. No hay, por lo tanto, intercambio de material genético (ADN). El ser vivo progenitado respeta las características y cualidades de sus progenitores. Sexual : La reproducción sexual requiere la intervención de dos individuos, siendo de sexos diferentes. Los descendientes producidos como resultado de este proceso biológico, serán fruto de la combinación del ADN de ambos progenitores y, por tanto, serán genéticamente distintos a ellos. Esta forma de reproducción es la más frecuente en los organismos complejos. En este tipo de reproducción participan dos células haploides originadas por meiosis, los gametos, que se unirán durante la fecundación. Adaptación Las condiciones ambientales en que viven los organismos vivos cambian ya sea lenta o rápidamente y los seres vivos deben adaptarse a estos cambios para sobrevivir. El proceso por el que una especie se condiciona lenta o rápidamente para lograr sobrevivir ante los cambios ocurridos en su medio, se llama adaptación o evolución biológica. Mediante la evolución todos los seres vivos mejoran sus características de adaptación al medio en el que se encuentran, para maximizar sus probabilidades de supervivencia. 3.- Organización de la vida La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad. 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. En orden decreciente mencionaremos los principales niveles de organización: 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). Dividimos a la Tierra en atmósfera (aire), litosfera (tierra firme), hidrosfera (agua), y biosfera (vida). 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. 4.- Diversidad de los seres vivos. TIPOS DE ORGANISMOS VIVOS. ORGANISMOS UNICELULARES. (Procariotas). Están compuestos por una célula que realiza todas las funciones del organismo. Necesitan vivir en medios acuosos, son mas frecuentes entre ellos las formas planas o con prolongaciones que las formas esféricas. Varias células pueden reunirse para constituir una colonia. Cada una lleva una vida independiente del resto. Los organismos unicelulares pertenecen a los reinos Moneras, Protoctistas y Hongos unicelulares. ORGANISMOS PLURICELULARES. (Eucariotas). Formados por un gran numero de células, siempre son eucariotas. Propiedades: Todas las células derivan de una inicial (célula huevo o cigoto). Aunque procedan de una sola, las células no son todas iguales. Los diferentes grupos de células se especializan para realizar unas funciones y no otras. Las células se reparten el trabajo fisiológico del organismo. La especialización conlleva la diferenciación de la estructura celular: por esta razón presentan una morfología muy variada en consonancia con la función especifica de cada una. Las células con características semejantes desempeñan funciones muy parecidas, se agrupan en tejidos, los cuales se reúnen en órganos y estos integran aparatos y sistemas cuyo conjunto constituye el ser completo. Aunque cada célula mantiene sus funciones metabólicas, la vida de un organismo pluricelular es la integración coordinada de las pequeñas células. La coordinación entre las distintas células es llevada a cabo por dos sistemas de interrelación, el nervioso y el hormonal. Los organismos pluricelulares se encuentran en todos los reinos menos en los Moneras. 3. REINO MONERAS. (Bacterias). Se caracterizan por poseer células de tipo procariota, presentan el ADN desnudo, carecen de núcleo definido y de orgánulos celulares y tienen una pared compleja. Las bacterias ocupan todo tipo de bacterias: algunas especies viven en el agua y otras en el suelo o en el aire, e incluso, en el interior de los seres vivos. 4. REINO PROTOCTISTAS. Los organismos que se incluyen en el reino Protoctistas están constituidos por células eucariotas, tienen mayor tamaño que las bacterias, poseen un núcleo, material genético y presentan orgánulos citoplasmáticos. En algunos casos, se agrupan para formar colonias o dan lugar a organismos pluricelulares. Viven ligados a ambientes acuáticos o a líquidos internos, como los parásitos, y pueden ser autótrofos o heterótrofos. En ocasiones, desarrollan formas de resistencia ante condiciones ambientales desfavorables. Pertenecen a este reino los protozoos, las algas y los hongos mucosos. 5. REINO HONGOS. Los hongos se incluyeron en el reino Plantas debido a su aspecto y a su falta de movilidad. Hoy se consideran un grupo independiente, no son organismos autótrofos (carecen de clorofila) y poseen unas características bioquímicas, como la presencia de quitina es sus paredes celulares. Existen hongos unicelulares (levaduras), la mayoría presentan micelio, una estructura compuesta por un conjunto de hileras de células o hifas. Los hongos no poseen verdaderos tejidos ni órganos, las hifas se agrupan formando estructuras. Tal es el caso, de las setas, las estructuras reproductoras de algunos hongos, que están constituidas por hifas muy compactas donde se producen las esporas, las células encargadas de la reproducción. 6. REINO PLANTAS O VEGETAL. Pertenecen a este reino los organismos eucariotas pluricelulares fotosintéticos. Poseen un ciclo biológico diplohaplonte en el que las fases diploide y haploide tienen un desarrollo diferente según los grupos taxonómicos. Se distinguen dos divisiones: briofitas y traqueófitas. 5.- El método científico El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales. El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos. El segundo pilar es la falsabilidad. Es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada (falsacionismo). es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Presenta diversas definiciones debido a la complejidad de una exactitud en su conceptualización: "Conjunto de pasos fijados de antemano por una disciplina con el fin de alcanzar conocimientos válidos mediante instrumentos confiables", "secuencia estándar para formular y responder a una pregunta","pauta que permite a los investigadores ir desde el punto A hasta el punto Z con la confianza de obtener un conocimiento válido". 1. Observación: Observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente. 2. Inducción: La acción y efecto de extraer, a partir de determinadas observaciones o experiencias particulares, el principio particular de cada una de ellas. 3. Hipótesis: Planteamiento mediante la observación siguiendo las normas establecidas por el método científico. 4. Probar la hipótesis por experimentación. 5. Demostración o refutación (antítesis) de la hipótesis. 6. Tesis o teoría científica (conclusiones).