BIOLOGÍA BÁSICO CONOCER

De cierta forma es imposible comenzar el estudio de las tres grandes ciencias de la naturaleza sin dejar de remitirnos a los individuos fundacionales que contribuyeron de manera profunda a la conformación de una identidad. Y con esto no queremos decir que las tres ciencias de la naturaleza se organicen en torno a las enseñanzas originales de estos padres, todo lo contrario, en los tres casos casi todo lo que dijeron se ha vuelto hasta cierto punto obsoleto, pero aun así algo de la esencia de sus primeras ideas permanecen vivas. 

Estoy también consciente de que la construcción inicial y contemporánea de las ciencias de la naturaleza obedece a una comunidad de individuos, muchas veces anónimos, que hacen mucho del trabajo duro, sin embargo los padres de cada una de las ciencias son importantes en el sentido de dar una identidad. La física claramente está representada por Isaac Newton como muy bien se lo representa en un documental de Cosmos (Hanich et al., 2014), la química probablemente se organiza en torno a Lavoisier, sin embargo en la biología para ser justos debemos nombrar a dos personajes.

1.1 La biología se estudia en el campo, laboratorio, pizarrón y computadora.

Lo más interesante del hecho de que para poder entender la biología debamos remitirnos a dos personajes es el hecho de que la biología es una ciencia de la naturaleza en la cual hay que hacer mucha investigación de campo. Mientras que la física se puede defender bien con ejercicios de lápiz y papel de los cuales se deducen fenómenos que se comparan con el comportamiento en un laboratorio, y mientras que la química depende principalmente del trabajo experimental, la biología implica salir al campo y observar, además de hacer trabajo experimental y trabajo de lápiz y papel. 

A la biología la fundan dos tipos de individuos, los historiadores naturales y los botánicos. Los primeros se encargaban de realizar viajes al campo salvaje para recolectar muestras, realizar dibujos y describir el comportamiento de los seres vivos. Por muchos siglos este fue el principal rol de los historiadores naturales, sin embargo poco se dedicaron a crear modelos y teorías que explicaran lo que se observaba en la naturaleza. Eso hasta que un noven naturalista se embarcó en un viaje épico alrededor del mundo hace más de 180 años. El joven historiador natural se llamaba Charles Darwin, y su viaje que duraría cinco años le cambió la percepción del mundo natural, a tal punto que dedicaría su vida a madurar una idea, que los seres vivos cambian en respuesta a las presiones que impone el ambiente y que denominamos en su conjunto como la Selección Natural, dicha idea es en la actualidad una de las piedras fundamentales del conocimiento biológico. La tradición de los historiadores naturales fue heredada principalmente por los ecólogos, quienes muchas veces también deben arriesgar sus vidas para aventurarse en el territorio salvaje.

Sin embargo la biología también se organiza en torno a un segundo individuo que representa una tradición más mesurada, una de pensadores y experimentalistas, ese es Gregor Mendel. Este sacerdote austriaco fue contemporáneo de Darwin, y su trabajo involucraría el desarrollo de experimentos biológicos altamente controlados y un análisis matemático riguroso. Estas tres ideas: observación en el campo, trabajo experimental controlado y desarrollo teórico matemático son los ejes ante los cuales organizamos todos los capítulos de la biología, desde la ecología de los grandes paisajes hasta la más pequeña de las células. 

Esto es lo más apasionante a cerca de la biología, su confluencia histórica y la variedad de sus técnicas. La cantidad de información disponible a cerca del mundo natural ha aumentado exponencialmente en los últimos 42 años desde la construcción de la primera molécula de ADN recombinante. En la actualidad estamos en una posición de preguntar y responder preguntas que previamente solo habían sido sueños, o eran terreno del mito. El siglo XXI comenzó con la secuenciación del genoma humano, el proyecto individual más grande de la historia de la biología y que tomó 20 años para ser completado. Aun así, menos de 20 años después fue posible secuenciar genomas completos en cuestión de días. La enorme cantidad de información que puede ser compilada y que debe ser analizada está cambiando el modo en que se entiende la biología, y está haciendo aparecer una nueva técnica, la informática a las tres que mencionamos antes.

Los descubrimientos de la biología son invariablemente descubrimientos sobre nuestros propios cuerpos, por lo que cada nueva investigación posee un impacto médico ya sea en el diagnóstico, tratamiento, cura o prevención de enfermedades que antes se creían incurables o castigos divinos. A lo largo de estos cursos de biología intentaré dar una imagen de la biología contemporánea, así como de su historia y técnicas experimentales. En este capítulo introductorio trabajaremos la naturaleza de la biología y sus temas de estudio clásicos.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Reece et al., 2014; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013)

1.2 ¿Qué es la biología?

La biología es el estudio científico de los seres vivos. Los biólogos definen a los seres vivos, como todos los seres descendientes de un solo ancestro celular que vivió, hace unos 4,5 mil millones de años. Debido a su ancestro común, los seres vivos comparten muchas características que no son encontradas en el mundo no viviente.

•    Están formados por una o más células

•    Poseen información genética

•    Usan la información genética para producirse a sí mismos

•    Están genéticamente relacionados y pueden cambiar con el paso de las generaciones.

•    Pueden transformar compuestos químicos inorgánicos en parte de la materia viviente.

•    Pueden extraer energía del ambiente y realizar trabajo biológico

•    Pueden regular su ambiente interno.

Esta simple lista resume una inmensa diversidad y complejidad de conceptos, todos relacionados a los seres vivientes. Sin embargo, algunas estructuras vivientes pueden no manifestar todas esas características al mismo tiempo. Por ejemplo, las semillas pueden permanecer en letargo durante años antes de empezar extraer energía de su ambiente como lo hacen las plantas adultas.

Sin embargo, un tema central y repetitivo en las ciencias biológicas es que las definiciones básicas por lo general siempre se encuentran con seres que, hacen que no se apliquen del todo, excepciones extrañas que retan nuestra capacidad para ordenar, y para nombrar. En la definición de ser vivo una de esas cosas son los virus, los virus son seres que cuando están fuera de una célula se cristalizan “imagen siguiente”, y parecen estructuras inorgánicas, sin embargo cuando entran en contacto con una célula apropiada se activan, y utilizan su material genético para hacer más copias de sí mismos sin tener nunca un mecanismo propio para extraer energía del ambiente.

Actualmente las hipótesis más aceptadas es que los virus evolucionaron a partir de las células en un pasado muy remoto. Sin embargo nos sirven de ejemplo de una estructura que yace en el limbo entre lo vivo y lo no vivo. A lo largo del estudio de las ciencias biológicas emerge un tema común, y es el cambio. Los seres vivos cambian a medida que pasa el tiempo, pero más importante, cambian a medida que se reproducen. A ese cambio lo denominamos el hecho de la evolución, y las diversas hipótesis empleadas para explicarla, predecirla y manipularla es lo que denominamos teoría de la evolución.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

1.3 La célula como entidad básica

Las células son capaces de representar los procesos clásicos de la vida. Durante los cursos básicos de biología en primaria y a veces en el bachillerato se nos enseña que los seres vivos son capaces de reproducirse, crecer, alimentarse y morir. Las células de manera individual pueden hacer esto, así como lo pueden hacer en grupos más o menos organizados. A las células que pueden llevar a cabo sus procesos de manera individual los denominamos seres vivos unicelulares; mientras que a las células que requieren vivir en grupos para llevar a cabo todos sus procesos los llamamos seres vivos multicelulares. Los virus son seres acelulares que dependen de seres vivos celulares para su existencia. A su vez, existen dos tipos de grupos de seres multicelulares, aquellos que cuyo grupo no se encuentra especializado, y aquellos cuyo grupo contiene diferentes subpoblaciones de células con tareas específicas.

Por lo anterior se nos dice que la célula es la unidad estructural de la vida y la unidad funcional de la vida, ideas que se denominan “Teoría Celular”. La célula es la primer cosa que puede ser considerada como poseedora de la propiedad que llamamos vida. Sin embargo existen otras “cosas” que se encuentran en el limbo transicional de lo vivo y lo no vivo, los virus. Aunque los virus no se los considera como seres vivos, estos poseen propiedades de los seres vivos, y la más importante es la variabilidad basada en los ácidos nucleicos. Esto implica que la biología tiene un marco de acción más extenso que lo que meramente referenciamos como un ser vivo, y debe extenderse a todas las entidades variables, que evolucionan y que de momento se basan en el almacenamiento de la información genética en los ácidos nucleicos ADN y ARN.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

1.4 Los límites de la biología

La biología es el punto de conexión entre dos mundos, por un lado la química y por otro lado las ciencias del comportamiento dentro de las cuales cabrían las ciencias humanas. La única forma de reconciliar esta conexión que es bastante evidente, pero al mismo tiempo mantener la identidad de cada uno de los campos de estudio es mediante el concepto de las propiedades emergentes (Edwards & Wilcox, 2011). Las propiedades emergentes son fenómenos únicos de un nivel de complejidad generados por interacciones de unidades al momento en que analizamos un sistema más complejo (Brigandt, 2015; Du & Elemento, 2015; Yates, 2012). En la biología aplican todas las leyes de la química, pero además tiene sus leyes propias, y lo mismo podemos hablar de las ciencias humanas. El problema es referenciar el momento en que la química se vuelve biología, y el momento en que la biología del comportamiento se convierte en una ciencia humana. Y la verdad como en todo fenómeno gradual, la respuesta es un debate en llamas, los temas que involucran las interacciones de las fronteras de los campos también son temas de frontera en la ciencia.

Por ejemplo en la interacción química-biología tenemos el problema del origen de la vida (Oparin, 2003) y el del origen de los virus (Domingo & Perales, 2014). En la interacción de la biología del comportamiento y las ciencias humanas estaría el dilema del momento en que surge por primera vez el lenguaje (Koerner & Asher, 2014) o el pensamiento místico-religioso (Turner & Abrutyn, 2016). No hace falta decir que en ambos también existe una enorme controversia al exterior de las comunidades científicas, pues se trata de temas que tradicionalmente habían sido competencia de las religiones abrahamánicas (Richards & Ruse, 2016). Lo anterior nos lleva a otra de las tradiciones de la biología, se trata de una ciencia que rutinariamente choca con las preconcepciones culturales y religiosas de las personas, así que si a usted no le gusta el debate y la fricción con ideas preconcebidas, esta tal vez no sea su ciencia.

En medio de estos límites, la biología tiene una estructura organizativa relativamente clara, pero que es entremezclada de manera bastante alegre en los cursos de biología del nivel de bachiller. Existen cuatro categorías que lidian más o menos con los niveles de complejidad de los seres vivos: (1) La biología celular, genética y molecular, que estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.; (2) La biología tisular “histología”, embriología, anatomía, fisiología, medicina entre otras que estudian las estructuras y funcionamiento a nivel de tejidos, órganos y cuerpos; (3) La paleontología, anatomía comparada, genética comparada, taxonomía y evolución que tiene en cuenta la historia evolutiva de los seres vivos y la razón de las adaptaciones; (4) La ecología y sus ramas que estudian las interacciones de los seres vivos consigo mismos y con el ambiente.

Sin embargo, es importante señalar que estos límites, agrupaciones y descripciones son una descripción simplificada de la investigación biológica. En realidad los límites entre disciplinas son muy inseguros y, frecuentemente, muchas disciplinas se prestan técnicas las unas a las otras. 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 préstamos abundantes de la biología celular para describir la función de sistemas orgánicos.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

1.5 Los temas básicos de la biología

La biología, sin importar la rama que estudias lidia con al menos uno de los siguientes tres temas generales.

1- Evolución. Las poblaciones de seres vivos cambian a lo largo del tiempo por mecanismos naturales. Este es el paradigma básico de la evolución y a lo que nos referimos como hecho evolutivo. Los científicos han acumulado una gran cantidad de información que prueba este concepto básico y que además expresan diversos mecanismos que permiten que este hecho se dé.

2- La transferencia de la información. La información por medio de la cual se generan las estructuras por medio de las cuales los seres vivos pueden existir es otro de los temas fundamentales de la biología. Su estudio se relaciona con la genética y las proteínas.

3- La transferencia de la energía. Para existir, los seres vivos deben ser capaces de capturar energía externa y mantenerla en sus cuerpos. Virtualmente la mayor parte de los temas de anatomía lidian con este tema de mayor o menor medida.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)