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Bloque 1 de Biología
El término biología comienza a utilizarse en el S.XIX. Aparece en “Biología o Filosofía de la naturaleza viva” de Treviranus, donde establece que la Biología estudiará las distintas formas de vida. Por otra parte, Lamarck indica que es necesario observar la naturaleza, estudiar las relaciones e intentar comprender su funcionamiento.
La Biología se encarga del estudio científico de los seres vivos y de sus interacciones con el entorno.
Tema 1: definición de la vida
Todas las sociedades hasta las primitivas tienen unas nociones acerca de la vida, de su cuerpo, de los animales, etc.
*Etnobiología: nuestra relación con los seres vivos.
Ya en la antigua Grecia, donde se elaboraron las bases racionales de las ciencias, Aristóteles (padre de la Biología) desarrolló un método de investigación basado en la observación para conocer lo que le rodeaba y estableció el primer sistema de clasificación del mundo orgánico. En el caso de la Biología su estudio se basaba en acumular y ordenar datos. Para Aristóteles los seres vivos tenían ánima. Se interesaba mucho por la “causas”, el motivo de que algo existiera.
Teofrasto (padre de la botánica) fue el primero en plantear la clasificación de las plantas.
La Biología se podía dividir en:
- Filosofía natural (Aristóteles y Teofrasto)
- Anatomía (Hipócrates y Galeno)
En la Edad Media el sistema feudal no fue favorable para el desarrollo científico. Prevalecía el pensamiento científico helenista, aunque adaptado a la religión cristiana. Los herbarios y bestiarios eran muy populares.
En el S.VI, Al-Mansur crea en Bagdad, la casa de la sabiduría como centro de investigación y allí se traducen al árabe todas las obras de Aristóteles, Ptolomeo, Arquímedes, Hipócrates, Galeno… Gracias a eso han llegado hasta nuestros días las obras de los pensadores griegos.
En el S.XIII destacan Roger Bacon que introduce el método científico y San Alberto Magno que ayudó a la difusión de la ciencia. Ambos marcan el inicio de una nueva época de la Biología.
En el Renacimiento se tradujeron, comentaron y difundieron, gracias a la imprenta, los textos biológicos de Aristóteles y otras obras destacadas de los filósofos de la Antigüedad.
El descubrimiento del Nuevo Mundo en el S.XV es el acontecimiento de mayor importancia de esta época para la Biología, aportando una grandísima diversidad de todo tipo de seres vivos.
S.XVI Vesalio cuestiona a Galeno y funda la anatomía moderna basada en el método de la observación. Asentando la medicina moderna.
El médico español Miguel Servet describió la circulación pulmonar, trabajos que influyeron en las aportaciones de Harvey (descubridor de los mecanismos de la circulación sanguínea).
En botánica destacan:
- Cisalpino: sugirió nuevas formas de agrupar las plantas con flor.
- Bauhin: habla de los géneros.
- Ray: establece la noción de especie.
Invención del microscopio en el S.XVI. El microscopista más destacado fue el médico italiano Malpighii , quien completó la obra de Harvey al describir la circulación capilar.
Leeuwenhoek construyó los mejores microscopios y es el padre de la protozoología.
Hooke descubrió la estructura celular.
Linneo (Karl Linné) fue quien precisó el concepto de especie , introdujo la nomenclatura binomial ( Homo sapiens ) y la descripción de las formas vivas con diagnosis breves. Se consolidaron en el S.XIX y se siguen utilizando en la actualidad. Estableció esta forma de clasificación en su obra Systema Nature ; su 10º edición se utiliza actualmente.
Estructura Género especie. Nombre en latín, descripción y designación de un orden. La descripción se basa en el holotipo (especie de referencia conservada en un museo). Como curiosidad el holotipo para Homo sapiens es el cadáver del propio Linneo.
S.XIX: la Biología se desarrolla y perfecciona de manera extraordinaria, lo que lleva a convertirla en ciencia básica del saber humano. Se desarrollan nuevas ramas y se establecen importantes teorías biológicas. En el año 1802 aparece por primera vez el término “biología”, utilizado ese mismo año por Treviranus y Lamarck.
Treviranus, al igual que Aristóteles se centra en las “causas”.
Lamarck propuso que las especies podían transformarse en otras (herencia de caracteres adquiridos), oponiéndose a la idea de inmutabilidad. Desarrolló una teoría evolutiva per sus ideas no fueron aceptadas por la comunidad científica.
Cuvier , creador de la paleontología, aplica los métodos de la anatomía a las formas fósiles descubiertas. Reconstruyó animales enteros a partir de partes de esqueletos, con una exactitud asombrosa. “Establece” la interdependencia de las especies y de sus patrones de similitudes.
En la segundad mitad del S.XIX se alcanzaron logros importantes en el conocimiento de los organismos. La citología se desarrolló a partir del establecimiento de la teoría celular. Se postuló que cada célula se forma por división de otra célula. Gracias a la microscopía se observa que todos los organismos están compuestos de células.
Darwin con su teoría evolutiva reflejada en “El origen de las especies” propone un mecanismo autónomo para la diversidad, sin la necesidad de “Dios”.
El problema de la herencia biológica adquiría un relevante lugar en las discusiones en torno a la evolución. Las experiencias de hibridación de Mendel ayudaron a establecer las leyes fundamentales de la herencia, creando la genética.
Haeckel es considerado el padre de la ecología , que la define como el conjunto de conocimientos referentes a la economía de la naturaleza , las relaciones del animal tanto en su medio inorgánico como orgánico, incluyendo sobre todo su relación con aquellos animales y plantas con los que se relacione directa o indirectamente. Haeckel propone la palabra, pero hasta el final del S.XX no se desarrolla la ecología.
La biología es el estudio científico de la vida, ¿pero ¿qué es la vida?
“La vida en la Tierra no es una jerarquía creada, sino una holarquía emergente surgida de la sinergia autoinducida de combinación, acoplamiento y recombinación”-Lynn Margulis.
Para Critsoph Adami la vida es “una propiedad de un conjunto de unidades que comparten información codificada en un sustrato físico”.
Organización jerárquica:
- Átomos
- Moléculas
- Macromoléculas
- Orgánulos
- Células
- Tejidos
- Órganos
- Sistemas de órganos
- Organismos
- (^) Poblaciones
- Especies
- Comunidades
- Ecosistemas
- Biosfera
La teoría celular.
Robert Remak y Rudolf Virchow mostraron que las células se forman a través de escisión celular preexistente.
El patólogo y también estadista Rudolf Virchow en su trabajo “Patología celular”, consideró a la célula como la unidad básica metabólica y estructural. En ese mismo trabajo subrayó la continuidad de los organismos: “todas las células provienen de otras células (preexistentes)” ( omnis cellula ex cellula ), aun cuando los mecanismos de división nuclear no eran entendidos en el momento. Esta teoría celular estimuló un acercamiento a los problemas biológicos y regresó al paradigma estructural más general en la biología. Además de ser considerada como la unidad fundamental de la vida, la célula también se vio como el elemento básico de procesos patológicos. Las enfermedades llegaron a ser consideradas -independientes del agente causativo- como una alteración de células en el organismo.
Creacionismo. “Omne vivum ex vivo”.
Pasteur demostró con sus experimentos que los microorganismos no provenían de generación espontánea, sino de otros microorganismos.
A partir de entonces se aceptó de forma general el principio de “todo ser vivo procede de otro ser vivo”. Biogénesis.
La vida conlleva evolución; “Nada en biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución”- Dobzhansky, genetista ruso.
Así, preguntarnos por el origen de la vida resulta, por tanto, equivalente a plantearnos cuál fue el origen de la evolución biológica.
Pirámide de la vida.
Del total de especies estimadas de la Tierra se desconoce el 87%.
Los biólogos todavía saben muy poco acerca de la verdadera biodiversidad completa y de la importancia ecológica de los grupos más comunes.
Si observamos una línea temporal con la aparición especies se puede observar grandes periodos sin cambios y sin apariciones de nuevas especies y, en periodos muy breves aparece una gran variedad de especies. ¿Por qué?
Retos para el futuro de la biología.
Comida abundante y saludable para todos, medio ambiente resiliente y que rejuvenece periódicamente, energía limpia y renovable y buena salud para todas las personas a cualquier edad.
Para ello se necesita una mayor integración de las ciencias; matemáticas, biología, física y química, informática, etc.
- Medicina: tratamiento eficaz del cáncer, desarrollo de nuevos antibióticos,
terapia génica…
- Industria: mejora de los procesos de fermentación, alcaloides de plantas,
combustibles limpios…
- Agricultura y ganadería: control de plagas, polinizadores, selección
artificial…
- Medio ambiente: estudios de impacto ambiental, ecología del paisaje,
restauración y recuperación de espacios degradados…
Biología sintética : El objetivo principal de la biología sintética es el diseño e ingeniería de circuitos biológicos, equivalentes a los circuitos electrónicos de ordenadores y dispositivos parecidos, para lograr formas lógicas de control celular. Busca la síntesis de biomoléculas con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. A diferencia de la biología, no se basa en el estudio de los seres vivos, sino que posee como objetivo el diseño de sistemas biológicos que no existen en la naturaleza.
Impacto de la biología sintética: potencial creador de nuevos biomateriales, biofuel, eficiencia energética, reducción de contaminación, etc.
Donde más investigación hay actualmente es en industria médica y farmacéutica y en industria biotecnológica y bioenergética.
- Teoría de la evolución química
Las condiciones de la Tierra primitiva llevaron a la formación espontánea de biomoléculas simples, a través de procesos químicos y fisicoquímicos, lo que dio lugar a las primeras formas de vida.
Oparin fue quien propuso esta teoría para explicar el origen de la vida. La idea de Oparin se basaba en que la atmósfera primitiva era muy diferente de la actual; entre otras cosas, la energía abundaba en el joven planeta. Propuso entonces que la aparición de la vida fue precedida por un largo período de "evolución química". Oparin experimentó sus hipótesis utilizando un modelo al que llamó "coacervados". Los coacervados son sistemas coloidales constituidos por macromoléculas diversas que se habrían formado en ciertas condiciones en medio acuoso y habrían ido evolucionando hasta dar lugar a células con verdaderas membranas y otras características de los organismos vivos. Según Oparin, los seres vivos habrían modificado la atmósfera primitiva y esto es lo que habría impedido, a su vez, la posterior formación de nueva vida a partir de sustancias inorgánicas.
Se cree que la atmósfera primitiva estaba formada por CH 4 , CO 2 , NH (^) 3, vapor de H 2 O y SH.
Junto con la radiación solar, y actividad geotérmica como fuente de energía se forman moléculas simples, que a su vez forman moléculas complejas (coacervados).
Los experimentos de Miller y Urey demostraron que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas, en condiciones ambientales adecuadas.
Los experimentos de Sidney W. Fox en la década de 1960, demostraron que a temperaturas cercanas a 1000ºC, a partir de una mezcla de gases similares a la atmósfera primitiva, se sintetizan aminoácidos que se unían formando protenoides, origen de las protocélulas.
El bioquímico español Joan Oró , añadió cianuro de hidrógeno al caldo primigenio y obtuvo algunas purinas.
El medio acuoso es el más idóneo para la obtención de compuestos prebióticos. Es casi seguro que la vida brotó en “el mar primordial”.
- Origen de las moléculas orgánicas.
Comparación de los genomas y metabolismos de los organismos actuales (todos somos muy parecidos).
L ast U niveral C omon A ncestor ( LUCA ). Todos provenimos del mismo individuo.
Los problemas de las teorías de la evolución química son que no conocemos bien la composición de la atmósfera primitiva; unas condiciones inestables para permitir la concentración de biomoléculas.
¿Cómo se pasa de una molécula a un ser vivo?
Formación de moléculas complejas: se necesitan cuatro macromoléculas para la vida proteínas, hidratos de carbono, lípidos y ácidos nucleicos.
Todas se pueden sintetizar por compuestos químicos, pero se necesita un metabolismo, que tal como lo conocemos, depende de enzimas.
¿Qué debió ocurrir?
- Unión de moléculas simples para formar otras más complejas.
- Formación de agregados de estas moléculas con un medio interno diferente del
medio ambiente exterior.
- Capacidad de crear copias.
Lípidosvesículas
NucleótidosRNA Protocélula.
Amino ácidospéptidos
El mundo del ARN
1986 Walter Gilbert propone que la evolución basada en la replicación del ARN precedió a loa aparición de la síntesis proteica. En algún momento de la evolución de la vida la continuidad genética fue asegurada por la replicación del ARN.
En la década de 1980 se descubrió que ciertas moléculas de ARN ( ribozimas ) actúan como enzimas que catalizan reacciones celulares (síntesis de más moléculas de ARN) y además almacenan los códigos genéticos.
A partir del ARN surge el ADN, más estable, para almacenar la información genética y transmitirla.
