La biología en el contexto general de las ciencias






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LA BIOLOGÍA EN EL CONTEXTO GENERAL DE LAS CIENCIAS

La Biología es la rama de la Ciencia que estudia a los seres vivos y pretende llegar a conocer las leyes que rigen la vida en todas sus manifestaciones. Pero ¿qué es la Ciencia?. El concepto de Ciencia supone algo esencialmente dinámico que se modifica en el curso de la historia, pero aunque se conoce su finalidad: "... experimenta y descubre, observa y mide, crea teorías que explican el cómo y por qué de las cosas, propone y dispone...", no es fácil definirla.

Etimológicamente procede del latín scientia (de scire, saber o conocer), por lo que puede entenderse como un conjunto organizado y sistematizado de conocimientos, empleando el método científico. Sin embargo, no hay que olvidar que también es una actividad, ya que los hechos y teorías científicas no tienen un carácter estático y acabado, sino que se están desarrollando y acrecentando de forma constante a partir de saberes y conceptos previos.

La Ciencia es una conquista humana, un estilo de pensamiento que ha permitido el conocimiento del mundo racional y material. Ese pensamiento engloba tanto el punto de vista filosófico como el científico. El primero se preocupa del conocimiento total del ser por sus causas y principios, constituyendo en conjunto la filosofía, mientras que el segundo se ocupa del conocimiento racional de los aspectos parciales del ser por sus causas próximas, que al fundamentarse y sistematizarse, origina las denominadas ciencias.

Toda ciencia posee rasgos comunes, pero hay diferentes finalidades y contenidos que constituyen el objeto concreto de cada una de ellas y la base de su clasificación.

El objeto de conocimiento global, es el Universo que rodea al hombre. La división de la Ciencia en diferentes ramas, ha obedecido históricamente a la necesidad de especialización, aunque los límites entre las diversas disciplinas científicas no son nítidos, debido a las características propias de cada una y de la diferente metodología utilizada para su estudio.

Teniendo en cuenta sus objetivos, las ciencias pueden dividirse en básicas y aplicadas y por sus contenidos en formales (que acuden a la lógica) y prácticas (que se apoyan en la experimentación). Dentro de las ciencias experimentales podemos diferenciar:

- Las ciencias físico-químicas, que se centran en el estudio de la energía bajo sus diferentes formas y en la constitución de los diversos compuestos, sometidos a profundas y permanentes transformaciones.

- Las ciencias biológicas, que tratan de los seres vivos y de los fenómenos particulares de la vida orgánica.

Durante los últimos años la especialización de las ciencias ha dado lugar a especialidades científicas como la Genómica, Proteómica, etc.

OBJETO DE ESTUDIO: LOS SERES VIVOS

Atendiendo a su raíz etimológica (bios= vida, logos= tratado) la Biología es la "Ciencia de la vida", por lo tanto, se orienta hacia la obtención de nuevos conocimientos acerca de ella.

Los seres vivos presentan características específicas propias, tanto en lo que se refiere a sus funciones como a sus estructuras, que les confieren la capacidad de vivir.

Una de las cualidades más destacadas de la materia viva es la complejidad de su organización. La jerarquía, se establece desde los átomos y moléculas, pasando por las células y tejidos, organismos individuales, poblaciones, comunidades y ecosistemas, hasta la totalidad de la vida en la tierra. Tal diversidad se ha forjado sobre la universalidad estructural, bioquímica, fisiológica y genética.

Entre las características propias de los seres vivos podemos citar:

  • La capacidad de reproducirse y de transferir sus genes a los nuevos individuos.

  • La capacidad de adaptarse para lo que disponen de dos mecanismos básicos: la adaptación y la mutación. El primero se refiere a la posibilidad de acomodarse al medio a través de mecanismos fisiológicos flexibles y reversibles y el segundo a la capacidad de cambio del material hereditario.

  • La utilización de elementos de su entorno como alimento y/o energía.

  • La capacidad de movimiento autónomo, bien por locomoción (desplazamientos en el espacio) o motilidad (desplazamiento de partes de su cuerpo).

El conocimiento de estas características ha permitido la formulación de tres grandes generalizaciones, que constituyen la base de la Biología: la teoría celular, según la cuál todos los seres vivos, desde las bacterias más elementales hasta el hombre, están formados por una o varias células provistas de una membrana que regula el intercambio con el exterior. La unidad de los procesos bioquímicos y la evolución biológica son los otros dos grandes principios de la vida.

Los seres vivos constituyen sistemas materiales con un alto grado de organización, que se manifiesta en todos los niveles obedeciendo a un código genético. Este determina la estructura de las proteínas, que a su vez actúan como mensajeros de la información, con arreglo a un esquema común para todos los seres vivos.

Sin embargo, para entender el significado de la Biología, no es suficiente establecer su objeto de estudio: los seres vivos, también es necesario tener presente, que los conocimientos biológicos actuales, aparecen como consecuencia de un creciente conocimiento de hechos que interactúan, mutua y continuamente, con el desarrollo de las ideas.

La concepción evolucionista nos obliga a considerar, tanto a los seres vivos y los fenómenos de la naturaleza, como el resultado de un proceso evolutivo y a relacionarlos con sus antecedentes inmediatos que les dieron origen y con su entorno actual que los mantiene, modifica, destruye, etc.

Por lo tanto, para comprender a los seres vivos, debemos relacionarlos con los procesos de la biosfera con la que interactúan y conocer las relaciones de unos con otros, dentro del conjunto profundamente integrado que forman y que va cambiando progresivamente, en el marco de la evolución universal.

Teniendo en cuenta estas consideraciones, se comprenderá que la Biología es una ciencia muy amplia, formada por la integración de un conjunto de disciplinas que se concentran en el estudio de uno o varios niveles de organización jerárquica o en algún aspecto de los seres vivos, ya sea funcional, estructural, etc. A pesar de lo cual y desde el punto de vista de la enseñanza, debemos evitar su fragmentación en áreas o sectores inconexos no olvidando que el objetivo fundamental de la Biología es uno: el estudio de la vida.

Finalmente, para comprender el concepto de Biología actual, analizaremos a continuación su desarrollo histórico lo que permitirá conocer con más detalle los contenidos que engloba dicha materia.

EL DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA

El desarrollo de la Biología ha estado ligado, desde un principio a la relación del hombre con la naturaleza, pudiendo considerarse tres etapas:

- La etapa precientífica.

- La diferenciación de las Ciencias.

- El desarrollo de la Biología en el Siglo XX.

La etapa precientífica

Durante esta etapa dominaron los conocimientos dispersos, ya que la visión que el hombre tenía de la Naturaleza, estaba muy influenciada por elementos filosóficos y religiosos.

Los primeros conocimientos biológicos, nacen de la observación directa del medio y como consecuencia de las exigencias vitales y la necesidad de supervivencia. La vocación cazadora y recolectora de los primeros homínidos, les hizo ser unos grandes observadores del medio en que el se desenvolvían y del que debían alimentarse, adquiriendo con ello una serie de conocimientos prácticos sobre los hábitos de los animales y las propiedades de las plantas silvestres. El inicio de la agricultura, crea una relación totalmente nueva entre el hombre y el medio, ya que supone una mayor independencia de las condiciones externas.

La Biología comenzó por lo tanto de forma descriptiva, basándose en la observación. La utilización de plantas consideradas como beneficiosas frente a determinadas enfermedades, contribuyó al nacimiento de la Botánica, así mismo de la descripción de enfermedades, nacieron la Anatomía y la Fisiología, ciencias en las que ya destacaron los egipcios.

Ante la variedad de fenómenos, se tendió a su clasificación y esta fase inicial de la sistemática, dio origen al establecimiento de las relaciones entre los diversos organismos o entidades. Esto trae consigo un cambio de actitud ante el hecho biológico: no basta la observación, es necesaria la interpretación de lo observado.

En este sentido, los griegos dieron un gran paso. La cultura griega plantea de una manera sistemática, la presencia del hombre y su relación con la naturaleza, sentando las bases para el desarrollo de la filosofía. El binomio observación-hipótesis empieza a tomar forma y comienza así de forma rudimentaria el desarrollo del método científico.

Almeon (S. VI a.C.) puede ser considerado el primer estudioso de la Anatomía, por sus descripciones, entre otras, de los nervios del ojo y a Hipócrates (377-460 a.C.) se le conoce como el precursor de la Biología científica, ya que fue el primero en elaborar una teoría general sobre la composición de la sustancia viva.

Pero entre todos los pensadores griegos destaca Aristóteles, por su gran capacidad de observación, investigación y crítica y por sus numerosas aportaciones a la Biología, recogidas en obras como "Historia de los animales", "Sobre la generación de los animales", etc.

La ciencia romana se caracterizó por su interés en el aspecto práctico y por ello en esta época, adquirieron una gran importancia la Botánica y la Zoología, por sus aplicaciones a la agricultura y a la ganadería. Destacan las descripciones de plantas realizadas por Catón (232-147 a.C.) en su libro "De Agricultura" y la recopilación de Plinio (23-79 d.C.) "Historia naturalis", que durante quince siglos fue la obra de referencia en Historia Natural.

La etapa pre-científica abarca también la Edad Media, durante la que los conocimientos científicos permanecieron casi como privilegio de las órdenes monásticas, quienes se dedicaron preferentemente a trabajos de recopilación. Dentro de este período hay que destacar a Alberto Magno (1193-1280) cuyas obras "De Animalibus" y "De Vegetalibus aut Plantis" constituyen excelentes tratados de Anatomía y Botánica.

La diferenciación de las Ciencias

Durante el Renacimiento, la recuperación que se produce en todas las ciencias incluye también a las Ciencias Naturales.

Andrea Vesalio (1514-1556) describió las partes del cuerpo humano y corrigió los errores que provenían de los autores clásicos, siendo el fundador de la Anatomía moderna. Por su parte, los trabajos de Servet (1511-1553) y Harvey (1578-1657) sobre el sistema circulatorio, determinando de forma experimental cómo tiene lugar el flujo de la sangre en los vasos sanguíneos, supusieron un gran avance para el desarrollo de la Fisiología humana.

La aplicación del método científico causó una revolución en el sistema de estudio de la naturaleza, originando poco a poco la diferenciación de las Ciencias, que van adquiriendo sus características propias y su metodología particular.

Durante esta etapa, fueron muchos los naturalistas e investigadores que marcaron verdaderos hitos en el desarrollo de la Biología. La invención del microscopio óptico a finales del S. XVI, por los hermanos Janssen, constituyó un valioso instrumento de observación que abrió nuevos horizontes a la investigación biológica, permitiendo el estudio de los niveles básicos de la organización de los seres vivos.

Hooke (1635-1703) descubrió la unidad celular e introdujo la palabra "célula". Junto a él, destacaron Grew (1641-1712), Malpighi (1628-1694) y Van Leeuwenhoek (1632-1723) que realizaron la descripción de diversos tejidos animales y vegetales.

Por su parte, Linneo (1708-1778), en su obra "Systema Naturae" realiza una clasificación binomial de los seres vivos. Este sistema de nomenclatura "Species Plantarum" (1753) está vigente en la actualidad, lo cual da testimonio de su gran valía.

El establecimiento de las grandes generalizaciones sobre los seres vivos y la aplicación de un enfoque multidisciplinar, son los dos factores principales que han permitido el desarrollo de la Biología en esta etapa, en la que se profundiza en la dinámica de la vida.

Bonnet (1702-1793) descubrió la partenogénesis y fue el primero en comparar la ontogenia (desarrollo individual de la especie) con la filogenia (historia de la especie). Paralelamente fue tomando forma, la idea de la evolución en el transcurso del tiempo, en buena medida promocionada por Erasmus Darwin (1731-1802) abuelo de Charles Darwin.

El término Biología aparece en 1802, empleado por primera vez por Treviranus y Lamarck y a partir de entonces, son formulados una serie de conceptos de gran importancia y trascendencia, entre los que podemos citar:

  • La Teoría celular, enunciada por el botánico Schleiden (1838) y el zoólogo Schwan (1839), según la que la célula es la unidad estructural básica de todos los seres pluricelulares.

  • El término Ecología, propuesto por Haeckel (1869) toma su verdadero significado años después cuando Warming (1895) publica su obra sobre Geografía vegetal ecológica. Desde entonces, fue reconocida por muchos investigadores la necesidad de estudiar el medio ambiente en su conjunto. El desarrollo de las técnicas informáticas que permiten el manejo de una amplia variedad de datos facilita, en gran medida, el entendimiento de las complicadas relaciones entre los seres vivos y el medio en que viven.

  • La Teoría de la evolución defendida primero por Lamarck (1801) basándose en la herencia de los caracteres adquiridos y posteriormente por Darwin (1859) en su obra "El origen de las especies mediante la selección natural", con gran cantidad de datos que apoyaban que los factores selectivos del medio, favorecerán la supervivencia de los organismos con determinados caracteres hereditarios. Esta teoría sigue siendo válida, aunque posteriormente se han reconocido otros factores como la mutación, recombinación, aislamiento geográfico, hibridación, etc., de donde ha resultado la "Teoría sintética de la evolución" actualmente admitida.

  • La Teoría de la herencia expuesta por Mendel (1865), cuya importancia no fue reconocida en ese momento, pero que dio origen a la Genética clásica o mendeliana. Su objetivo es estudiar la herencia de los caracteres.

Del mismo modo durante esta época destacaron diversos trabajos en el campo de la Microbiología, como los de Pasteur (1822-1895) y Koch (1834-1910) que demostraron la acción patógena de determinados microorganismos.

El desarrollo de la Biología desde principios del siglo XX

Esta tercera etapa, se caracteriza tanto por la aparición de nuevos instrumentos de trabajo, como por el avance de las técnicas analíticas. De este modo, la puesta a punto del análisis cristalográfico basado en la difracción de Rayos X que fue desarrollado por Von Lare y colaboradores (1912), ha contribuido decisivamente al estudio de la estructura de macromoléculas, especialmente proteínas y ácidos nucleicos.

En el campo de la microscopía, hay que destacar la construcción del primer microscopio electrónico por Ruska (1930) que permitió el aislamiento y caracterización de diferentes orgánulos celulares, destacando en este campo Palade y De Duve, entre otros.

Así mismo, hay que mencionar las técnicas de cultivo de células iniciadas por Harrison (1907) y las de fraccionamiento celular y separación molecular, desarrolladas a partir de la construcción de la primera ultracentrífuga por Svedberg (1926).

El estudio de la célula también recibió un enfoque funcional y en 1932, Krebs, describió una importante secuencia de reacciones del metabolismo oxidativo. La investigación sobre las diferentes rutas metabólicas continuó con diferentes experiencias, destacando las del grupo de Calvin que permitieron dilucidar las reacciones implicadas en la fotosíntesis, comprobándose posteriormente la existencia de los mensajeros químicos, que en principio se englobaron en el término hormonas.

Dentro de los conceptos clave, desarrollados en el Siglo XX, se pueden realizar dos grandes grupos:

    1. Aquellos relacionados con el estudio de la materia viva a nivel estructural y su organización molecular.

    2. Los estudios de la naturaleza en su conjunto, que se ocupan de los niveles superiores de organización de los seres vivos.

El redescubrimiento de las experiencias de Mendel, dio paso al nacimiento de la Genética como ciencia. Sutton y Boveri (1902) enunciaron la Teoría cromosómica de la herencia, según la cual, los cromosomas son los portadores de los genes y Bridges (1916) puso de manifiesto los mecanismos de la disyunción de cromosomas durante la meiosis.

Posteriormente, la investigación se orientó hacia el estudio de los genes en su aspecto estructural. En este sentido los experimentos de Avery, McLeod y McCarthy en 1944 con Pneumococcus y los de Hershey y Chase en 1951 con bacteriófagos T2, permitieron demostrar que el ADN es el material genético de las células, dando lugar al nacimiento de la Genética Molecular. Así como la primera mitad del siglo XX fue definitiva para el avance en la física atómica, la segunda mitad del siglo se caracteriza por el desarrollo de la Biología molecular.

La investigación de la estructura del gen, alcanzó su punto culminante en 1953, cuando Watson y Crick propusieron el Modelo de la doble hélice de ADN y su teoría sobre la replicación de dicha molécula, que explica por qué constituye el soporte de la herencia y la base de la reproducción. Sin duda este descubrimiento ha sido uno de los acontecimientos más importante del Siglo XX.

Conocida en líneas generales la estructura del material genético, la investigación se dirigió hacia el estudio de cómo actuaban los genes en la determinación del carácter fenotípico. Destacamos la Teoría de un gen-un enzima de Beadle y Tatum (premios Nobel de Biología en 1958), según la que, los genes controlan la producción de proteínas celulares. Esta teoría sería modificada posteriormente por Benzer (1961) pasando a enunciarse un cistrón-un polipéptido.

El estudio de los mecanismos por los cuales el ADN especifica la secuencia de aminoácidos de una proteína, tuvo su punto clave en el establecimiento del código genético, cuyas características fueron descritas por Crick y colaboradores en 1961, mientras que su desciframiento se llevó a cabo gracias a los grupos de investigadores dirigidos por Niremberg, Ochoa y Khorana (1961-1965).

En 1961, Jacob y Monod como resultado de sus trabajos con E. coli, formularon el modelo del operón, que permite explicar el mecanismo de control de la expresión génica.

También es de destacar el descubrimiento de las endonucleasas de restricción que protegen a las bacterias de ADNs invasores, que junto con el desarrollo de las técnicas de secuenciación y amplificación del ADN y la enzimología de los ácidos nucleicos, se pueden considerar el punto de partida de la Ingeniería Genética.

Igualmente en este siglo ha sido clave el desarrollo de la Inmunología, y entre los descubrimientos más importantes, podemos citar el de Milstein y Köhler (1975), en la obtención de anticuerpos monoclonales, que están siendo utilizados en la localización y caracterización de un gran número de proteínas.

Otra de las cuestiones fundamentales que despertó el interés de los investigadores desde la antigüedad ha sido el origen de la vida. La primera formulación rigurosa sobre el tema, se debe a Oparin (1924), quien propuso una evolución gradual de la materia inanimada, teoría que fue corroborada experimentalmente por Urey y Miller en 1953 demostrando la formación de compuestos orgánicos a partir de precursores inorgánicos.

Los trabajos de Genética molecular y bacteriana afectaron a la teoría sintética de la Evolución enunciada por Dobhansky en 1937, pero sin alterar sus conceptos fundamentales. Por su parte, las investigaciones de Luria, Delbrück y Lederberg entre 1945-1952, proporcionaron pruebas experimentales del carácter espontáneo de las mutaciones.

El otro aspecto clave en las investigaciones biológicas desarrolladas en el Siglo XX, se refiere al estudio de los ecosistemas, basado en el concepto propuesto por Tansley (1935) que integra a los organismos como partes de un todo.

Durante los últimos años el desarrollo de la biotecnología ha permitido obtener nuevos productos. Así en el sector farmacéutico se han conseguido productos más baratos y sanitariamente más seguros: insulina, interferones, hormonas de crecimiento, etc.. En el sector medioambiental se han obtenido nuevas bacterias capaces de biodegradar compuestos que eran considerados no degradables. Por otro lado, los avances en el campo de la genética molecular han permitido que mediante ingeniería genética, se pueda crear plantas transgénicas resistentes a plagas (insectos, virus, etc), bacterias útiles para la humanidad o incluso animales.

Sin duda el mayor avance científico de los últimos años en el campo de la Biología ha sido el Proyecto Genoma Humano que surgió de dos ideas clave a principio de los años 80.

1) La posibilidad de conocer la secuencia de genomas permitiría una mejora sustancial en las investigaciones médicas.

2) El Proyecto Genoma Humano precisaría de un esfuerzo de toda la comunidad científica.

A finales de los años 90 se estableció un consorcio entre distintos grupos de investigación de diferentes países con el objetivo de determinar la secuencia del Genoma Humano. En el año 2001 se ha publicado el primer borrador de la secuencia del Genoma Humano, pero sin embargo el proyecto no estará finalizado hasta que se conozca no solamente la secuencia de nucleótidos de nuestro DNA sino también la manera en que esta secuencia de nucleótidos se descifra.

En los últimos 25 años hemos conocido el genoma completo de 600 virus y viroides, 205 plásmidos, 31 eubacterias y 7 archaebacterias, 2 hongos, 2 animales y 2 plantas. La investigación en este terreno sigue y el estudio del genoma de otros organismos se completará en breve.

Los experimentos de clonación realizados en los últimos años abren las puertas de un futuro muy interesante por sus aplicaciones terapéuticas. Estos experimentos al igual que los que implican manipulación genética de los organismos no están exentos de problemas éticos a debatir.

Desde la aparición de la oveja “Dolly” en 1996 por clonación a partir de una célula adulta hasta su muerte en el año 2002 solamente han pasado 6 años. Sin embargo, ya se han clonado por el mismo procedimiento dos terneras en Japón y en los últimos meses ha sido anunciada la noticia de que se había clonado un caballo en Italia.

Thomson y colaboradores publicaron en 1998 el primer trabajo sobre la obtención de células madre a partir de embriones humanos fertilizados “in vitro” para fines terapéuticos. Sin duda el aspecto más controvertido de la clonación es el que se refiere a la clonación de embriones humanos con fines terapéuticos o a la selección de estos embriones para obviar problemas originados por enfermedades genéticas.

La revolución científica se ha acelerado de tal forma, que el número y la diversidad de investigaciones biológicas, excede en gran medida el total de las que se han emprendido desde el principio de la civilización. No sólo en los campos citados, sino también en otras ramas de la Biología como la Fisiología, en sus vertientes vegetal y animal, que confluye en gran número de ocasiones con los terrenos puramente bioquímicos.

El desarrollo de las Ciencias de la Naturaleza ha sido constante durante el último siglo. No solamente se debe destacar el descubrimiento del origen de los procesos y la descripción de nuevas especies, sino también el interés hacia el conocimiento de las leyes que rigen la distribución de la Biodiversidad y los aspectos globales que a ella se refieren. Así nacen ciencias como la Fitosociología emanada de la Geobotánica o la Zoogeografía y la Etología que se salen del contexto puramente descriptivo.

Así pues, desde principios del siglo XX, se han desarrollado dos aspectos fundamentales de la Biología: las bases moleculares y el estudio integrado organismo-medio ambiente. Estos aspectos están íntimamente relacionados desde el punto de vista científico, baste recordar la importante contribución de las técnicas de comparación de macromoléculas al estudio de las relaciones filogenéticas.



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