Hitos en la Historia de la Biología: De la Antigüedad a la Era Molecular

La Biología en la Antigüedad

• Tales de Mileto y Anaximandro: Establecieron algunos aspectos de la adaptación biológica.
• Hipócrates (Padre de la medicina): Desarrolló la teoría de los humores del cuerpo (bilis negra, bilis amarilla, sangre y flema). Creó una serie de tratados médicos y la teoría de la composición de la sustancia viva.
• Aristóteles: Escribió tratados biológicos (embriogénesis, anatomía y botánica). Creó una escuela de clasificación biológica. Defensor de la teoría de la generación espontánea.
• Galeno: Realizó investigaciones en animales vivos y muertos, incluyendo las primeras disecciones en animales. Desarrolló teorías sobre el funcionamiento del cuerpo humano.

El Renacimiento y la Revolución Científica

• Leonardo Da Vinci: Estudió la anatomía humana y la comparó con la de otros animales. Analizó el vuelo de las aves.
• Andrés Vesalio: Publicó «De la estructura del cuerpo humano», considerado un gran tratado de anatomía humana.

El Nacimiento de la Taxonomía y la Teoría de la Evolución

• Carl Linneo: Inventó el sistema natural o binomial para la nomenclatura de animales, plantas y minerales, tanto conocidos como por conocer. Estableció la nomenclatura binomial (nombre científico).
• Jean-Baptiste Lamarck: Planteó la primera teoría evolutiva: «Un cambio permanente en el ambiente produciría en los organismos un cambio en sus necesidades».
• Charles Darwin: Propuso la segunda teoría evolutiva. Publicó «El origen de las especies», donde explica su teoría evolutiva por selección natural. El origen aleatorio de una variación, su mantenimiento y eliminación dependen del mecanismo de selección natural.

Avances en Química y el Desarrollo de la Teoría Celular

• Friedrich Wöhler: Realizó la síntesis de la urea (logró sintetizar urea en su laboratorio a partir de materiales inorgánicos). Demostró la posibilidad de sintetizar materiales que hasta entonces habían sido considerados como productos exclusivos de los organismos vivos.
• August Kekulé: Completó la constitución de moléculas orgánicas formadas por carbono, explicando las combinaciones entre el carbono, el hidrógeno y el oxhidrilo.
• Matthias Schleiden (botánico): Propuso que todas las plantas están formadas por células (Teoría celular).
• Theodor Schwann (zoólogo): Propuso que todos los animales están formados por células (Teoría celular).
• Rudolf Virchow (médico patólogo alemán): Estableció que las células se forman a partir de otras preexistentes (Teoría celular).

El Surgimiento de la Microbiología y la Fisiología

• Louis Pasteur (Padre de la microbiología moderna): Refutó la teoría de la generación espontánea, demostrando que los microorganismos no se formaban espontáneamente y que los organismos sólo pueden formarse de otros organismos. Se le atribuye el término «microorganismo». Aportó la técnica de la pasteurización. Estudió la fermentación alcohólica y láctica. Elaboró la vacuna contra la rabia. Retomó los trabajos de Redi y Spallanzani, utilizando matraces de cuello de cisne con caldo nutritivo.
• Claude Bernard: Realizó varias aportaciones a la fisiología. Desarrolló la teoría de la homeostasis: «Tendencia que tienen los organismos de mantener un medio interno constante, independiente a los cambios que puedan ocurrir en su entorno».

El Desarrollo de la Genética y la Biología Molecular

• Gregor Mendel (Padre de la herencia biológica): Aportó las leyes de la herencia. Introdujo los conceptos de fenotipo y genotipo. Definió la unidad heredable como partícula. Sus trabajos fueron el origen del desarrollo de la biología molecular. Realizó experimentos con plantas (chícharos lisos-rugosos, flores rojas-blancas; dependiendo del color, hay codominancia = fenotipo y genotipo).
  • Fenotipo: Características o rasgos observables de un individuo que son consecuencia de la expresión de sus genes.
  • Genotipo: Es la combinación genética que, según la herencia de los padres, da esa característica observable.
• Wilhelm Kühne: Estudió la actividad enzimática. Las enzimas son moléculas que actúan como catalizadores orgánicos y son fundamentales en todas las células.
• Anton van Leeuwenhoek (Padre de la microscopía): Desarrolló las primeras lentes de aumento. Es considerado el padre de la microbiología; observó por primera vez bacterias, protozoos, glóbulos rojos, la estructura de insectos, espermatozoides («animálculos») y la circulación sanguínea. Escribió un libro de micrografía.
• Robert Hooke (Padre de la citología): Utilizó lentes de aumento (primer microscopio con una lente). Observó un trozo de corcho (corte muy fino). Identificó estructuras organizadas en forma de panal, a las que llamó «células».
• Friedrich Miescher: Descubrió la nucleína.
• Richard Altmann: Llamó ácido nucleico a la nucleína.
• William Bateson: Acuñó el término «genética».
• Wilhelm Johannsen: Llamó «gen» a la unidad de herencia.
• Thomas Hunt Morgan, Alfred Sturtevant, Hermann Joseph Muller, Calvin Bridges: Establecieron que los genes se encuentran en los cromosomas. Identificaron las mutaciones como cambios físicos en los genes.
• Thomas Hunt Morgan: Estableció la teoría cromosómica: identificó los cromosomas sexuales (XX en moscas con ojos rojos = hembras, XY en moscas con ojos blancos). Determinó que hay 46 cromosomas, en 23 pares.
• Phoebus Levene: Identificó las bases púricas (Adenina-Guanina) y pirimídicas (Citosina-Timina), Uracilo. Determinó que las proteínas constituyen:
  • Nucleótido = ADN.
  • Tripletes y/o codones = ARN.
• James Watson y Francis Crick: Propusieron el modelo de la doble hélice alfa del ADN.
• Erwin Chargaff: Estableció las equivalencias de bases nitrogenadas: A-T, C-G.

Características y Clasificación de los Organismos Vivos

Un organismo vivo es cualquier entidad que tenga vida y esté formada por células como su unidad básica de organización.

Se dividen en 5 reinos:

• Animal: Es de los más extensos y se divide en vertebrados e invertebrados.
• Vegetal: Se conforma por las plantas (todas las formas de vida vegetal terrestre).
• Monera o Bacterias: Se conforma por microorganismos procariontes.
• Fungi: Son los hongos, la levadura, el moho y todas las especies de setas.
• Protista: Son los microorganismos eucariontes.

Características de los seres vivos:

• Adaptación: Capacidad de los organismos para modificar su estructura, fisiología y/o conducta para responder a las condiciones de su entorno con el fin de sobrevivir y reproducirse.
• Irritabilidad: Capacidad de responder a estímulos del medio (interno o externo), tanto físicos como químicos (pH, temperatura, humedad).
• Homeostasis: Capacidad de un organismo para autorregularse, independientemente de los cambios en el medio.
• Movimiento: Se presenta en todos los seres vivos y se refiere al desplazamiento (migración, inmigración, emigración).
• Metabolismo: Es la suma de las actividades químicas de la célula. Se divide en:
  • Anabolismo: Fase constructiva, de moléculas simples a moléculas más complejas; requiere energía.
  • Catabolismo: Fase de degradación, de moléculas complejas a moléculas simples; libera energía.

El metabolismo permite el crecimiento, la conservación y la reparación celular.

Desarrollo: Proceso de evolución, transformación o cambio de un organismo; estos cambios no siempre son visibles.
Crecimiento: Aumento de tamaño o cantidad de células en un organismo.
Reproducción: Capacidad de los organismos para generar descendencia.

• Reproducción asexual:
  • Bipartición: Se produce en organismos unicelulares; se duplica el ADN y se divide el citoplasma, dando lugar a dos células hijas idénticas.
  • Fragmentación: El organismo se fragmenta en dos o más pedazos, cada uno de los cuales se desarrolla en un nuevo organismo.
  • Esporulación: Reproducción a partir de la liberación de esporas y endosporas.
  • Gemación: Se separa del organismo una pequeña porción (yema), que se desarrolla hasta formar un individuo semejante al progenitor.
  • Reproducción Vegetativa: Producción de una planta a partir de una célula, un tejido, un órgano o parte de una planta madre.
• Variaciones reproductoras:
  • Metagénesis: Alternancia de reproducción sexual y asexual.
  • Partenogénesis: Desarrollo a partir de hembras vírgenes (abejas, hormigas; solo la reina se reproduce).
  • Hermafroditismo: El organismo tiene ambos aparatos reproductores, masculino y femenino.

Ramas de la Biología

• Biología Molecular: Rama de la biología que estudia los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista molecular.
• Biología Celular: Rama de la biología que estudia la estructura, la función y el comportamiento de las células.

Niveles de Organización Biológica

Es una jerarquía estructural en la que se organizan los seres vivos, desde lo más simple a lo más complejo. Estos niveles incluyen:

• Átomo: Partícula indivisible por métodos químicos, formada por un núcleo rodeado de electrones. Forman los bioelementos (C, H, O, N, S, P, Fe, Co, Ca, Na, Cl, Mn, Mg, Zn, K, Cu).
• Molécula: Unión de dos o más átomos. Se dividen en:
  • Orgánicas: Constituyen el 25% del peso de la célula. Incluyen lípidos (C, H, O en baja proporción), carbohidratos (C, H, O), proteínas (C, H, O, N, S, P), vitaminas (hidrosolubles: vitaminas C y complejo B; liposolubles: vitaminas A, D, E, K) y ácidos nucleicos (ADN – ácido desoxirribonucleico y ARN – ácido ribonucleico).
  • Inorgánicas: Constituyen el 75% del peso de la célula. Incluyen O₂ (vital para la respiración y la fotosíntesis en la producción de glucosa), CO₂ (vital para la fotosíntesis), sales minerales (proporcionan nutrientes a las plantas), agua (con funciones vitales para reacciones metabólicas en organismos, vital en el desarrollo de los átomos, participa en diferentes reacciones químicas) y energía solar (básica para cualquier proceso de fotosíntesis).
• Organelos: Componentes de la célula: membrana celular y/o plasmática, retículo endoplásmico rugoso (R.E.R.), retículo endoplásmico liso (R.E.L.), mitocondria, cloroplastos, vacuolas, vesículas pinocíticas, citoesqueleto (formado por microtúbulos, macrotúbulos y filamentos intermedios), citoplasma, núcleo (formado por nucleolo, proteínas, histonas y cromosomas [metacéntricos, acrocéntricos, telocéntricos y submetacéntricos], cromatina [eucromatina, heterocromatina]), membrana nuclear (proteína interna y externa).
• Células: Unidad básica de estructura y función, capaz de actuar de manera autónoma. Se dividen en dos tipos:
  • Eucariontes: Célula animal y vegetal. Su ADN se encuentra en el núcleo. Son pluricelulares.
  • Procariontes: Célula bacteriana. Su ADN se encuentra en el citoplasma. Son unicelulares. Presentan tamaños y formas variables.
• Tejidos: Grupo de células especializadas en realizar una función específica (sangre, tejido nervioso, tejido muscular, tejido conjuntivo, tejido óseo).
• Órganos: Grupo de tejidos (cerebro, riñón, pulmones, piel).
• Sistemas: Asociación de varios órganos (sistema endocrino, sistema de conducción en los vegetales, aparato digestivo en los animales, aparato reproductor).
• Organismos: Se clasifican en protistas, moneras, hongos, plantas y animales. Pueden ser:
  • Fotosintéticos o quimiosintéticos: Se conocen como productores autótrofos (bacterias y algunas algas).
  • Heterótrofos: Requieren de otros organismos para adquirir alimento.
• Población: Ocupa un área determinada con ciertas características, representada por el conjunto de individuos que la integran (animales de la misma especie, como las manadas).
• Comunidad: Grupo de organismos con una función en común.
• Ecosistema: Lugar donde vive un organismo según sus características fisiológicas.
• Biosfera (Esfera de la vida): Una de las capas de la Tierra donde existe la vida.

Origen de la Vida

• Filósofos materialistas: Postulaban que los seres vivos surgían por la interacción de materia inerte con fuerzas vitales. Concibieron la vida como el resultado de una organización más o menos compleja. Creían que la vida se creaba por generación espontánea.
• Aristóteles: Pensaba que los seres vivos se originaban de otros seres vivos semejantes, o bien, a partir de materia inerte. Fue defensor de la teoría de la generación espontánea.
• Corrientes creacionistas: Criterios mitológicos y religiosos; teorías del origen de la vida; teoría de la generación espontánea.

Autores y Experimentos Clave sobre el Origen de la Vida

• Francesco Redi: Suponía que cualquier ser vivo sólo podía originarse a partir de otra forma de vida preexistente. En el caso de la materia orgánica en descomposición, ésta solo servía de alimento a los seres vivos que allí se albergaban, pero no los originaba.
• Lazzaro Spallanzani: Retomó el experimento de Redi, utilizando caldo nutritivo y calor.
• Alfonso L. Herrera: Hizo experimentos con aceite, gasolina y resinas para obtener sulfobios, microestructuras que presentaban una estructura interna pero no eran capaces de dividirse.
• Louis Pasteur: Retomó los trabajos de Redi y Spallanzani, pero utilizó matraces de cuello de cisne con caldo nutritivo.
• Alexander Oparin: Estableció las condiciones iniciales existentes en la Tierra primitiva. Explicó la existencia de los seres vivos a partir de la síntesis prebiológica. Propuso una atmósfera reductora compuesta por vapor de agua, hidrógeno, metano y amoniaco, con ausencia de capa de ozono (la radiación era más intensa y generaba descargas eléctricas fuertes). Según Oparin, estas condiciones dieron lugar a la formación de un «caldo nutritivo» con aminoácidos, glúcidos y ácidos grasos (bajo esas condiciones se sintetizaron abióticamente las primeras moléculas orgánicas).
• John Haldane: Explicó las condiciones prevalentes de la Tierra primitiva. Propuso una atmósfera reductora con gran cantidad de dióxido de carbono, amoniaco y agua; estos compuestos interactuaron con la luz ultravioleta proveniente del sol. Esto dio paso a la síntesis abiótica (sin vida) de los primeros compuestos orgánicos (carbohidratos y aminoácidos). A partir de los carbohidratos y aminoácidos se formaron las proteínas. Esto condujo a la formación de los primeros organismos, los coacervados (células bacterianas y/o procariontes).
• Stanley Miller y Harold Urey: Realizaron experimentos demostrando la síntesis abiótica. Simularon en un matraz de vidrio las condiciones de la Tierra primitiva y bombardearon la mezcla de gases con descargas eléctricas (simulando la intensa radiación solar de aquella época).
• Sidney W. Fox: Postuló que las estructuras que anteceden a los organismos no se originaron en el océano, sino en tierra firme, en pequeños cuerpos de agua. Propuso con anterioridad sistemas abióticos de aminoácidos.