Importancia de la biologia

Todos los campos de la Biología implican una gran importancia para el bienestar de la especie humana y de las otras especies vivientes.

El conocimiento de la variedad de la vida, su explotación y conservación es de gran importancia en nuestro diario vivir. ¿Usted se ha enfermado? Bien, todos hemos enfermado alguna vez, y para que el médico pudiera obtener un diagnóstico correcto de nuestra enfermedad, él tuvo que conocer las funciones orgánicas normales, o sea, las funciones que consideramos dentro de los parámetros homeostáticos. Este estado normal y el estado anormal son analizados, precisamente, por la Biología.

El estudio del origen de las enfermedades es también responsabilidad de la Biología, por ejemplo la etiología del cáncer, las infecciones, los problemas funcionales, etc.

La biología también estudia el comportamiento de las plagas que afectan directa o indirectamente a los seres vivientes -especialmente a los seres vivientes de los cuales se sirven los seres humanos- para encontrar medios para combatirlas sin dañar a otras especies o al medio ambiente.

Los recursos alimenticios y su calidad, los factores que causan las enfermedades, las plagas, la explotación sostenible de los recursos naturales, el mejoramiento de las especies productivas, el descubrimiento y la producción de medicinas, el estudio de las funciones de los seres vivientes, la herencia, etc., son campos de investigación en Biología.

El estudio de los alimentos que consumimos, de los materiales producidos por los organismos vivientes, de los organismos y de los procesos implicados en la producción de las substancias nutritivas corren a cargo de la Biología. Además, por medio de la Biotecnología, los Biólogos buscamos métodos para hacer que los productores sean más eficientes en la elaboración de alimentos y de otros de nuestros suministros.

La Biología estudia también los factores de entorno que rodean a los seres vivientes; y por medio de la rama conservacionista/ambientalista busca maneras más efectivas para reducir los inconvenientes del ambiente preservando así la existencia de todos los seres vivientes que habitan el planeta.

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CIENCIAS FÁCTICAS

Las ciencias fácticas son aquellas cuyos estudios parten de la observación de los hechos naturales para elaborar un conjunto de conocimientos bien organizados y confiables.

Las Ciencias Fácticas son:

La Biología, que se define como el estudio de la vida y de los seres que la experimentan.

La Física, que es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía y sus relaciones con la materia.

La Química, que estudia las transformaciones de la materia.

La Biología se relaciona con la Física y la Química. Así mismo, la Física y la Química se relacionan con la Biología.

En todos los procesos biológicos existen transferencias, almacenamiento y movimientos no-espontáneos de la energía. Por esta razón, la Biología se relaciona estrechamente con la Física.

La transferencia de la energía, su almacenamiento y su manipulación en los seres vivientes depende de sustancias y reacciones químicas. Por ello, la Biología se relaciona estrechamente con la Química.

Por otra parte, la Astronomía, una rama de la Física, tiene una ineludible relación con los seres vivientes porque su origen fue determinado por la evolución estelar. Cada átomo que forma parte de los seres vivientes se originó en una estrella. El Hierro con el que se forma nuestra hemoglobina se generó en el momento en que los núcleos atómicos de una estrella se fusionaron para formar elementos más pesados, entre ellos, el Hierro. Las supernovas, una de las fases finales en la evolución de las estrellas, nos proveen de toda la gama de elementos que encontramos en la Tabla Periódica de los Elementos.

En una estrella, como nuestro sol, un protón de hidrógeno (masa 1) se fusiona con otro protón de hidrógeno que decae para en neutrón  y crea un núcleo del deuterio (masa 2). El deuterio posee un protón y un neutrón. El deuterio es uno de los núcleos más abundantes de una estrella. Cuando otro neutrón se funde a un núcleo de deuterio, el nuevo núcleo tendrá un protón y dos neutrones y se conocen como tritio (masa 3). De esta manera, la fusión nuclear en la estrella continúa para formar Helio, Calcio, Carbono, Oxígeno, Hierro, etc. Sin embargo, los elementos más pesados no se crean en las estrellas jóvenes, como nuestro sol, sino en las estrellas más viejas que estallan como supernovas.

Biomembranas y pared celular

La célula posee un medio hídrico llamado citosol que contiene los factores necesarios para su supervivencia. Este medio interno celular debe mantenerse separado del entorno para evitar los cambios químicos que, de no existir esa barrera, ocurrirían espontáneamente, terminando en la desorganización del sistema completo.

El medio interno celular debe mantenerse cuasi-estable, pues la obtención y la biotransferencia de la energía son altamente específicas. Si el medio interno de la célula quedase desprotegido, por ejemplo, cuando la membrana o la pared celulares se rompen, la célula muere de inmediato porque los compuestos se disgregan en el medio externo, apartándose de otras biomoléculas con las cuales ellos interactúan. Además, muchas biomoléculas cambian o pierden sus propiedades bióticas y su organización al quedar expuestas a la acción del medio ambiente o a condiciones no estables.

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Todas las células tienen biomembranas que separan su ambiente interno del entorno. Las bacterias tienen una membrana simple y una pared celular periférica, hecha de peptidoglicano (proteínas + oligosacáridos), adyacente a la membrana celular. Ambas estructuras, la membrana y la pared, contienen al citosol. Algunas bacterias tienen una membrana externa simple, una pared celular intermedia y otra membrana simple externa. Todas las células eucariotas poseen una membrana fosfolipídica de dos capas externa. Las células vegetales poseen una membrana fosfolipídica de dos capas interna con respecto a una pared celular externa hecha de celulosa.

La membrana citoplasmática está constituida por una bi-capa fosfolipídica con proteínas incrustadas de afuera hacia dentro. Imagínese la membrana citoplasmática como un sándwich de aguacate, en el que las dos rebanadas de pan son las "cabezas" (hidrofílicas) de la bi-capa fosfolipídica, y el aguacate representa las "colas" de la bi-capa fosfolipídica (hidrofóbicas), una capa es fijada a la otra por las colas. Para completar nuestro sándwich, incrustamos aceitunas de un lado a otro, y algunos fragmentos de palillos de dientes incrustados en la rebanada superior y otros fragmentos en la rebanada más baja. Las aceitunas representan unas estructuras muy importantes de la membrana proteica identificadas como permeasas.

Las permeasas son enzimas que transportan sustancias a través de la membrana celular, sea hacia el interior o hacia el exterior de la célula, y son altamente específicas en su función. Además de este papel, la membrana celular opera como contenedor y como protección para el citoplasma. Los fragmentos de palillo de dientes representan los carbohidratos, glucoproteínas, y glucolípidos.

El ingrediente vivo de la célula es el citoplasma. El citoplasma es un complejo de sustancias orgánicas e inorgánicas, básicamente, proteínas, lípidos, carbohidratos, minerales y agua. Estas sustancias se organizan para constituir organelos, por ejemplo, el retículo endoplásmico, los ribosomas, los cloroplastos, las mitocondrias, el aparato de Golgi, el nucléolo, el núcleo, los lisosomas, las vacuolas, y los centrosomas.

La quimica de la Vida

Los organismos están constituidos por materia.

La materia es una forma de energía que posee substancia y masa, y ocupa espacio.

La materia está formada por minúsculos agregados de energía almacenada llamados partículas que se unen unas con otras para formar núcleos. Estos núcleos atraen y capturan a otras partículas, llamadas electrones, dentro de capas orbitales alrededor de ellos, para formar átomos.

Los átomos son la unidad estructural de toda forma de materia existente en el Universo conocido.

Un elemento es una substancia cuyos átomos constituyentes son de la misma clase; por ejemplo, carbono, hierro, zinc, calcio, hidrógeno, etc.

Cuando una substancia está formada por dos o más clases de átomos se denomina compuesto.

De los 92 elementos naturales conocidos, solamente 25 elementos forman parte de la materia viviente. De estos 25 elementos, el Carbono, el Oxígeno, el Hidrógeno y el Nitrógeno están presentes en el 96 % de las moléculas de la vida. Los elementos restantes llegan a formar parte del 4 % de la materia viva, siendo los más importantes el Fósforo, el Potasio, el Calcio y el Azufre.

Las moléculas que contienen Carbono se denominan Compuestos Orgánicos, por ejemplo, bióxido de carbono, el cual está formado por un átomo de Carbono y dos átomos de Oxígeno (CO2). Las moléculas que carecen de Carbono en su estructura, se denominan Compuestos Inorgánicos, por ejemplo, la molécula del agua, la cual está formada por un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno (H2O).

Los principales compuestos orgánicos son:

a) Carbohidratos

b) Lípidos

c) Proteínas

d) Ácidos Nucleicos

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CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos, o hidratos de carbono, son compuestos orgánicos  constituidos por átomos de Carbono, Oxígeno e Hidrógeno. También se les denomina Azúcares, Glucósidos o Sacáridos. La fórmula básica para los carbohidratos es CH2O.

Podemos distinguir tres clases de carbohidratos:

Monosacáridos (sacárido que no puede hidrolizarse para obtener sacáridos más pequeños), Disacáridos (dos moléculas de monosacáridos) y Polisacáridos (tres o más moléculas de monosacáridos).

Los Monosacáridos son glucósidos que no se pueden hidrolizar para obtener moléculas más pequeñas de glucósidos. (Presiona aquí para ver las fórmulas estructurales de la Glucosa y de otros Monosacáridos).

Los Disacáridos están formados por dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico, por ejemplo la Sacarosa (Glucosa+Fructosa), Maltosa (Glucosa+ Glucosa), la Lactosa (Glucosa+Galactosa), etc. (Presiona aquí para aquí ver fórmulas de Disacáridos).

Los Polisacáridos son polímeros de sacáridos, formados por tres o más monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos, como la Amilosa (almidón no ramificado), la cual está formada exclusivamente por moléculas alfa-Glucosa, la Amilopectina (almidón ramificado), el Glucógeno (polímero de almacenamiento en los animales), la Celulosa, etc. (Presiona aquí para ver ejemplos de polisacáridos).

Axioma de la Biologia

Abramos un paréntesis para ampliar nuestro conocimiento sobre la organización y la reproducción de los Biosistemas (un Biosistema es cualquier ser viviente). Éste es un tópico de gran importancia para la Biología que Usted no encontrará fácilmente en sus libros de texto.

En Biología, como en la Física y la Química, existen axiomas o principios que no pueden ser violados en el Universo Conocido. Estos principios obedecen sobre todo a las Leyes de la Termodinámica, a las cuales están sujetos todos los seres vivientes terrestres.

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1. AXIOMA DE LA BIOGÉNESIS: En el tiempo presente, la vida sólo procede de la vida, la vida no puede originarse de materia inerte. Éste es el axioma biológico llamado Biogénesis.

Sin embargo, este axioma no es coherente si se toma en cuenta la nueva definición de vida a la luz de los nuevos descubrimientos. El axioma de la abiogénesis actual es así:

Los seres vivos sólo proceden de seres vivos preexistentes. Los seres vivos no pueden originarse de materia inerte dado que las condiciones para generarse en el planeta Tierra no se presentan en la actualidad (Campo Biótico).

La continuidad de la vida depende de la transmisión de las características hereditarias, las cuales residen en las moléculas de los ácidos nucleicos.

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2. AXIOMA DE LA INTRANSFERENCIA DE LA VIDA: La vida no puede ser transferida, conferida o inducida a un sistema inerte, aún habiéndose tratado de un sistema anteriormente vivo, sino que solamente puede ser continuada a través de la secuencia reproductiva de un biosistema (Vea Campos Bióticos).

La vida solamente puede ser continuada a través de la generación de nuevos individuos a partir de individuos preexistentes. Ésto se logra a través de la reproducción, en la cual la perpetuación de la estructura molecular juega el rol más importante.

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3. AXIOMA DE LA IRREPARABILIDAD DE LA VIDA: Una vez perturbado el estado térmico peculiar de un biosistema es imposible restaurarlo, ya sea por mecanismos naturales o por medio de los mecanismos tecnológicos conocidos. Ésto obedece a la irreversibilidad de la flecha del tiempo, a la cual está ligado todo incremento en la entropía global del Universo.

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EVOLUCIÓN: Los seres vivientes actúan recíprocamente con su ambiente. Cuando las condiciones del entorno cambian, los organismos tienen que adaptarse a esos cambios. La evolución se refiere a los cambios que deben ocurrir en los organismos para que ellos se adapten a los cambios del ambiente. Para que esos cambios en el organismo sean considerados en el contexto de la adaptación evolutiva, ellos deben ocurrir en el ADN. De esta manera, el cambio será heredado a la progenie. (Para más detalles lea: Evolución)

Algunos autores incluyen más características de la vida, pero debido a que muchos biólogos consideran a los virus como seres vivos, sólo se describen los requisitos mínimos para la vida ya mencionados. (LEA ABAJO: CIERRE SOBRE LOS VIRUS)

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Diferencias entre sistemas termodinámicos inertes y sistemas termodinámicos vivientes:

• Los sistemas termodinámicos inertes capturan energía del ambiente, igual que lo hacen los sistemas termodinámicos vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes no demoran no-espontáneamente el aumento de los microestados hacia los cuales su energía interna puede dispersarse, mientras que los sistemas termodinámicos vivientes lo hacen no-espontáneamente.

• Algunos sistemas termodinámicos inertes pueden continuar su estado cuántico al autoreplicarse, tal y como lo hacen los sistemas termodinámicos vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes no pueden preservar un número estable de microestados hacia los cuales su energía interna se difunde entre una y otra generación.

• Algunas estructuras termodinámicas inertes pueden crecer, como lo hacen las estructuras termodinámicas vivas; pero los límites de su crecimiento no son tan precisos como los de los sistemas termodinámicos vivientes.

• Algunas estructuras moleculares termodinámicas inertes evolucionan, como lo hacen las estructuras moleculares termodinámicas vivientes; pero los sistemas termodinámicos inertes evolucionan sólo a través de un número limitado de trayectorias, mientras que las estructuras moleculares termodinámicas vivientes son capaces de evolucionar a través de múltiples trayectorias. Esta diferencia obedece a la tendencia espontánea de todos los sistemas termodinámicos hacia el equilibrio. Los sistemas termodinámicos vivientes tienen más formas de eludir temporalmente esta tendencia que los sistemas termodinámicos inertes.

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Esto último debe ser explicado mediante un ejemplo:

Considere a un sistema inerte que es puesto bajo una presión selectiva del ambiente, por ejemplo, una proteína expuesta a una temperatura de 50° C. Como un sistema inerte, la proteína cambiará su fase hacia otra fase conocida como desnaturalización, o a la fase de desintegración de su estructura molecular. Éstas serán las únicas trayectorias espontáneas de evolución disponibles para el sistema termodinámico inerte como una reacción ante la presión del ambiente. Esto será determinado por la tendencia espontánea universal hacia el equilibrio térmico.

Ahora considere un sistema termodinámico viviente, por ejemplo una bacteria. Cuando ella es expuesta a una temperatura de 50° C, ella responderá a través de muchos mecanismos espontáneos para defenderse de esa presión del ambiente. Uno de ellos es adoptando un estado denominada espora; otra manera consiste en la adaptación bioquímica a esa condición produciendo proteínas que toleren temperaturas más altas. Otra trayectoria consistirá en tratar de huir del área donde ocurre la presión, etc. Como hemos visto, sistemas termodinámicos vivientes también comparten la tendencia espontánea hacia el equilibrio térmico, sólo que ellos pueden bloquear esta tendencia espontánea durante períodos más largos que los sistemas termodinámicos inertes, porque los primeros tienen más formas disponibles para resolver el problema que los sistemas termodinámico inertes.

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NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN BIOLOGÍA

Podemos ver un orden Biológico en cada organismo existente, y podemos encontrar niveles de organización desde los átomos, hasta el mayor ser vivo. Los átomos se organizan para formar moléculas, las moléculas para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos para formar órganos, los órganos para formar aparatos y sistemas, y éstos forman un total llamado ser vivo o individuo. Un grupo de individuos que comparten las mismas características genéticas (una especie) forma una población, un grupo de poblaciones diferentes constituyen una comunidad, las comunidades actúan recíprocamente con su ambiente para constituir un Ecosistema, la suma de todos ecosistemas y comunidades en la Tierra es la Biosfera. La Biosfera es el nivel de organización más grande en la Biología.

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Nivel atómico: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de energía (dependiendo de la clase de elemento de que se trate), con electrones girando a su alrededor, constituye a un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras. Cada subpartícula (protones y neutrones) del núcleo cuenta con una masa atómica definida, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo.

Por otra parte, los electrones poseen una carga eléctrica negativa. Ésto mantiene la estabilidad en los niveles diferentes de energía (determinado por medio de la ecuación de Schrödinger) donde los electrones "giran" de un nivel de la energía a otro.

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Nivel molecular: Átomos de la misma clase (elemento) o de diferentes clases (compuesto) forman una molécula. Hay algunas moléculas elementales en la naturaleza formadas por sólo un átomo (moléculas monoatómicas), como el argón, el helio, el xenón, etc.

No obstante, la mayoría de las moléculas elementales están formadas por dos o más átomos, como el oxígeno, el hidrógeno, etc.

Cuando se combinan átomos diferentes para formar moléculas, las substancias resultantes son llamadas compuestos. Un ejemplo típico de compuesto es el agua. El agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H2O).

Hay dos clases de compuestos: los compuestos Orgánicos y los compuestos inorgánicos. Los orgánicos tienen átomos de carbono en su estructura (por ejemplo, el bióxido de carbono), en tanto que los compuestos inorgánicos no poseen átomos de carbono.

Las estructuras de los seres vivientes se construyen con compuestos orgánicos; es decir, por moléculas basadas en el elemento Carbono. Las moléculas orgánicas principales que se arman para construir la vida son los ácidos nucleicos, los carbohidratos, los lípidos y las proteínas. Estos cuatro tipos de compuestos se organizan para formar las estructuras de una célula.

Caracteristicasde los seres vivos

ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL: Los seres vivientes presentan una organización estructural y funcional. Ambas, la estructura y la función, se encuentran estrechamente interrelacionadas.

Más que un orden superior o una complejidad excepcional, lo que distingue a los seres vivientes de los seres inertes es la organización de sus estructuras y el encadenamiento de sus funciones. Las moléculas se organizan para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos órganos, los órganos aparatos y sistemas, y al conjunto de todos los sistemas forman un individuo. Existen individuos que están formados por una sola célula, por ejemplo las bacterias, los protistas y algunos hongos; sin embargo, aunque en cantidad y/o volumen un organismo multicelular posea más materia, no serán más complejos que un individuo unicelular.

Es posible encontrar seres inertes bien organizados, por lo que necesitamos incluir otras características contextuales a la vida. La observación del conjunto entero de características nos permite distinguir entre seres vivos y seres inertes. Las otras características que nos ayudarán son la Reproducción y la Evolución, aunque aún podamos encontrar seres inertes bien organizados que se reproducen y evolucionan, hay otra característica que un ser inerte no puede cubrir, la manipulación no-espontánea de la energía para continuar obteniéndola del ambiente (vea abajo).

REPRODUCCIÓN: La reproducción es la característica vital que permite al individuo hacer copias de sí mismo. Aunque algunas moléculas orgánicas sean capaces de hacer duplicados de ellas mismas, ellas carecen de las otras características de los seres vivientes

 

¿ Que es labiologia ?

Biología es la ciencia de la vida.

La Biología es una ciencia porque se basa en la observación de la naturaleza y la experimentación para explicar los fenómenos relacionados con la vida:

Biología es el estudio de la transferencia no-espontánea de la energía contenida en las partículas y de los sistemas cuasi-estables que la experimentan.

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En general, los biólogos sabemos que la vida es un fenómeno relacionado con acontecimientos fisicoquímicos generados por el estado de la energía del universo. Muchos científicos trabajan con el fenómeno físico de la Resonancia Electrodinámica.

La vida es una fluctuación energética, y que la vida es un estado transitorio concerniente a la posición y el movimiento de la energía ocasionada por una convergencia de ondas y partículas. No existe una definición directa de la vida, sino que a partir de observaciones directas e indirectas del estado térmico de las estructuras vivas, podemos decir lo siguiente:

La vida es la dilación en la difusión o dispersión espontánea de la energía interna de las biomoléculas hacia más microestados potenciales.

Esto es lo que estudia la Biología, además de estudiar a los sistemas cuasi-estables que experimentan tales modificaciones de estado de la energía.

Para ser considerados como vivientes, los seres requieren poseer ciertas características básicas: