Objetivo: Definir e interpretar el concepto de las ciencias biológicas y su importancia




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títuloObjetivo: Definir e interpretar el concepto de las ciencias biológicas y su importancia
fecha de publicación26.10.2015
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Tema 1:

Organización de la vida, sustancias químicas de la materia viva

Objetivo: Definir e interpretar el concepto de las ciencias biológicas y su importancia

Ciencias Biológicas: Las ciencias biológicas son aquellas que se dedican a estudiar la vida y sus procesos. Se trata de una rama de las ciencias naturales  que estudia el origen, la evolución y las propiedades de los seres vivos.

Existen múltiples disciplinas que pertenecen al ámbito de las ciencias biológicas, como la anatomía, la botánica, la ecología, la fisiología, la genética, la inmunología, la taxonomía y la zoología. Entre estas ciencias, hay dos que se destacan: la botánica (la ciencia que se dedica al estudio de las plantas) y la zoología (dedicada al estudio de los animales). Ambas constituyen las principales ramas de la biología, mientras que la medicina es la ciencia dedicada la vida, salud, enfermedad y muerte de los seres humanos y se la considera parte de las ciencias de la salud.

Las ciencias biológicas han demostrado que toda forma de vida está compuesta por células basadas en una bioquímica común. Los organismos utilizan el material genético para transmitir sus caracteres hereditarios, presente en el ADN. Estos principios se basan en la existencia de un antepasado común a todos los seres vivos que ha seguido un proceso de evolución (por eso los organismos biológicos comparten procesos similares).

Las principales ciencias biológicas son:

Objetivo 2: Conocer los principales aportes de las ciencias biológicas

Importancia de las ciencias biológicas en la ciencia, tecnología y sociedad

Una concepción moderna de la ciencia requiere reconocer las interrelaciones entre ciencia, tecnología y sociedad. Esta concepción implica que reconocer que la tecnología no tiene sólo un rol utilitario, sino que se encuentra estrechamente ligada a la producción del saber. La educación técnico-científica resalta el impacto de la ciencia y la tecnología en la sociedad, ya que puede hacer cuestionar las escalas de valores dominantes. Si queremos formar futuros ciudadanos que sean capaces de tomar decisiones informadas, debemos:

  • Remarcar las aplicaciones de la ciencia en la sociedad: el avance en el conocimiento de las estructuras moleculares así como la secuenciación de genomas ha tenido una enorme repercusión en el campo de la medicina. Un ejemplo es la capacidad de fabricar insulina en el laboratorio.

  • Enfatizar las implicaciones de la ciencia en la sociedad: dado que la ciencia es una actividad social con profundas implicancias en la vida diaria (ya sea porque puede contribuir al bienestar o porque tiene la capacidad de producir inventos potencialmente dañinos), nos concierne a todos. Esto implica que podemos ser partícipes en la toma de ciertas decisiones como la asignación del presupuesto.

  • Reflexionar sobre las dimensiones éticas de la ciencia: esto se puede abordar haciendo referencia a las posibles consecuencias de determinadas líneas de investigación como el uso de la tecnología de ADN recombinante o el uso de células progenitoras.

Las ciencias biológicas, que son nuestro modelo de análisis, han impulsado el desarrollo en todos los ámbitos del quehacer humano: nuevos fármacos, vacunas, cirugía especializada, diagnóstico y prevención de enfermedades en hombres, plantas y animales, nuevas cepas de organismos vivos de uso agrícola, ganadero y forestal, reparación del medio ambiente, etc., por solo nombrar algunos tópicos de actualidad.

En campos tan alejados de la actividad científica como son los temas judiciales, se ha hecho presente y hasta allí ha alcanzado su influencia. Hoy día a nadie le llama la atención que un juez solicite la aplicación de técnicas de PCR (Polychain enzyme reaction) para comparar el ADN de un supuesto agresor y dictar sentencia sobre un asesinato, o simplemente para determinar la paternidad responsable, identificar cadáveres calcinados por el fuego, semidestruidos por agentes químicos o destrozados en accidentes de tráfico.

Por ello mismo, es bueno manifestar que la propia sociedad debe crear los mecanismos para regular esta nueva afluencia de medios que proporcionan las nuevas tecnologías, con vista a que finalmente redunden en beneficio de la raza humana y se rijan por los estrictos cauces de la ética. Propugnar un avance en la investigación sin tener en cuenta estos aspectos fundamentales, creemos que cuando menos supondría una actitud irresponsable.

La biología, en el concepto globalizador más reciente, busca sus cauces en la interdisciplinariedad de sus tareas y en una estrecha relación con las otras ciencias básicas, matemáticas, física y química, fundamentalmente por la inabarcabilidad del conocimiento que se produce cada día en los laboratorios de los países que se van incorporando a las nuevas disciplinas. En este sentido, la biotecnología ofrece el modelo más integrador, donde concluye e interactúa un conjunto de disciplinas entre las que se da un fuerte componente de interdependencia con la ingeniería genética

Alcances de los aportes científicos en las ciencias biológicas

  1. Proyecto Genoma humano

El Proyecto Genoma Humano (PGH) fue un proyecto internacional de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional.

El proyecto, dotado con 3.000 millones de dólares, fue fundado en 1990 en el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, bajo la dirección de James D. Watson, con un plazo de realización de 15 años.

El genoma humano es la secuencia de ADN de un ser humano. Está dividido en 24 fragmentos, que conforman los 23 pares de cromosomas distintos de la especie humana (22 autosomas y 1 par de cromosomas sexuales). El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 25000 y 30000 genes distintos. Cada uno de estos genes contiene codificada la información necesaria para la síntesis de una o varias proteínas (o ARN funcionales, en el caso de los genes ARN). El "genoma" de cualquier persona (a excepción de los gemelos idénticos y los organismos clonados) es único.

Conocer la secuencia completa del genoma humano puede tener mucha relevancia en cuanto a los estudios de biomedicina y genética clínica, desarrollando el conocimiento de enfermedades poco estudiadas, nuevas medicinas y diagnósticos más fiables y rápidos. Sin embargo descubrir toda la secuencia génica de un organismo no nos permite conocer su fenotipo. Como consecuencia, la ciencia de la genómica no podría hacerse cargo en la actualidad de todos los problemas éticos y sociales que ya están empezando a ser debatidos. Por eso el PGH necesita una regulación legislativa relativa al uso del conocimiento de la secuencia genómica, pero no tendría por qué ser un impedimento en su desarrollo, ya que el saber en sí, es inofensivo.

Desde el principio de la investigación, se propuso desarrollar el PGH a través de dos vías independientes, pero relacionadas y ambas esenciales:

  • Secuenciación: se trataba de averiguar la posición de todos los nucleótidos del genoma (cada una de las cuatro posibles bases nitrogenadas típicas del ADN).

  • Cartografía o mapeo genético: consistía en localizar los genes en cada uno de los 23 pares de cromosomas del ser humano.

El trabajo sobre la interpretación de los datos del genoma se encuentra todavía en sus etapas iniciales. Se prevé que un conocimiento detallado del genoma humano ofrecerá nuevas vías para los avances de la medicina y la biotecnología. Por ejemplo, un número de empresas, como Myriad Genetics ha empezado a ofrecer formas sencillas de administrar las pruebas genéticas que pueden mostrar la predisposición a una variedad de enfermedades, incluyendo cáncer de mama, los trastornos de la hemostasia, la fibrosis quística, enfermedades hepáticas y muchas otras. Además, la etiología de los cánceres, la enfermedad de Alzheimer y otras áreas de interés clínico se consideran susceptibles de beneficiarse de la información sobre el genoma y, posiblemente, pueda a largo plazo conducir a avances significativos en su gestión.

Hay también muchos beneficios tangibles para los biólogos. Por ejemplo, un investigador de la investigación de un determinado tipo de cáncer puede haber reducido su búsqueda a un determinado gen. Al visitar la base de datos del genoma humano en la World Wide Web, este investigador puede examinar lo que otros científicos han escrito sobre este gen, incluyendo (potencialmente) la estructura tridimensional de su producto; su/s función/es; sus relaciones evolutivas con otros genes humanos, o genes de ratones, levaduras, moscas de la fruta; las posibles mutaciones perjudiciales; las interacciones con otros genes; los tejidos del cuerpo en el que este gen es activado; las enfermedades asociadas con este gen u otro tipo de datos. Además, la comprensión más profunda de los procesos de la enfermedad en el ámbito de la biología molecular puede determinar nuevos procedimientos terapéuticos. Dada la importancia del ADN en biología molecular y su papel central en la determinación de la operación fundamental de los procesos celulares, es probable que la ampliación de los conocimientos en este ámbito facilite los avances médicos en numerosas áreas de interés clínico que puede no haber sido posible por otros métodos.

El análisis de las similitudes entre las secuencias de ADN de diferentes organismos es también la apertura de nuevas vías en el estudio de la evolución. En muchos casos, las cuestiones de evolución ahora se pueden enmarcar en términos de biología molecular y, de hecho, muchos de los grandes hitos evolutivos (la aparición de los ribosomas y orgánulos, el desarrollo de planes de embriones con el cuerpo, el sistema inmune de vertebrados) pueden estar relacionados a nivel molecular. Muchas de las preguntas acerca de las similitudes y diferencias entre los seres humanos y nuestros parientes más cercanos (los primates, y de hecho los otros mamíferos) se espera que sean iluminados por los datos de este proyecto.

El Proyecto Diversidad del Genoma Humano (PDGH), derivado de investigaciones dirigidas a la asignación del ADN humano - que varía entre los grupos étnicos - que se rumorea que ha sido detenido, realmente continúa y hasta la fecha ha arrojado nuevas conclusiones. En el futuro, el PGH podría exponer nuevos datos en la vigilancia de las enfermedades, el desarrollo humano y la antropología. El PGH podría desbloquear secretos y crear nuevas estrategias para combatir la vulnerabilidad de los grupos étnicos a ciertas enfermedades. También podría mostrar cómo las poblaciones humanas se han adaptado a estas vulnerabilidades.

Además, el PGH tiene una consecuencia muy importante, y es que se pueden conocer la base molecular de ciertas enfermedades hereditarias y que se puede realizar un diagnóstico de las mismas

2) La recombinación genética:

Es el proceso por el cual una hebra de material genético (usualmente ADN; pero también puede ser ARN) es rota y luego unida a una molécula de material genético diferente. La recombinación de eucariotas comúnmente se produce durante la meiosis como entrecruzamiento cromosómico entre los cromosomas apareados. Este proceso conduce a que la progenie tenga diferentes combinaciones de genes de sus padres y puede producir alelos quiméricos. En biología evolutiva se cree que esta mezcla de genes tiene varias ventajas, incluyendo que permite a los organismos que se reproducen sexualmente.

En biología molecular, "recombinación" también se refiere a la recombinación artificial y deliberada de piezas de ADN distintas, a menudo de diferentes organismos, creando lo que se llama ADN recombinante.

Existen varios tipos de recombinación genética, en las células eucariotas:

Recombinación homóloga

La recombinación homóloga (también llamada recombinación general) sucede durante la profase I de la meiosis y tiene lugar entre las largas regiones de ADN cuyas secuencias son homólogas, es decir altamente similares pero no idénticas..

Entrecruzamiento cromosómico

El entrecruzamiento cromosómico se refiere a la recombinación entre los cromosomas apareados heredado de uno de los padres, generalmente ocurre durante la meiosis. Durante la profase I, en la sub-fase de paquitene, las cuatro cromátides disponibles están estrechamente posicionadas una con respecto a la otra. Mientras en este formación, los sitios homólogos en las dos cromátides pueden coincidir entre sí, y pueden intercambiar información genética.

Como la recombinación puede producirse con baja probabilidad en cualquier lugar del cromosoma, la frecuencia de recombinación entre dos puntos depende de sus distancia. Por lo tanto, para genes sufcientemente distantes en el mismo cromosoma la cantidad de recombinación es lo suficientemente alta para destruir la correlación entre alelos.

La recombinación genética es uno de los procesos biológicos más importantes que existen en la naturaleza puesto que permite mezclar los alelos de los cromosomas homólogos durante la meiosis, lo cual es fuente de variabilidad genética. Esta variabilidad puede dar lugar a la aparición de seres vivos mejor adaptados a su medio que serán seleccionados para dejar más descendientes. Además de esta importancia biológica, la recombinación tiene una gran importancia científica porque posibilita una técnica para mapear cromosomas, es decir, colocar de forma relativa los alelos a lo largo de una cromátida. En esta actividad puedes aprender cómo se realiza esta técnica.

3) Reconstrucciones Filogenéticas:

La reconstrucción filogenética se sustenta en el concepto darviniano de "descendencia con modificación", de forma que los caracteres que se observan en las distintas especies, heredados a partir de un ancestro común, son indicativos de una relación genealógica. El postulado del que se parte es que la semejanza puede ser interpretada de forma racional bajo la óptica de una ascendencia común.

La reconstrucción filogenética se realiza básicamente comparando: se comparan los caracteres y, dependiendo de su tipo, se usan unas técnicas u otras (para comparar genes o proteínas, es preciso «leer» sus secuencias y compararlas; otras técnicas requieren de la medida del observador y que éste haga una ordenación de sus observaciones (longitud del fémur, presencia o ausencia de un rasgo, por citar algún ejemplo) sobre la que opera la herramienta (un algoritmo).

4) Conservación Recursos Naturales:

Objetivo 3: Reconocer las características que identifican a los seres vivos

Para distinguir con mayor facilidad algo vivo de algo que no lo está, resulta útil saber que existen ciertas características que sólo poseen los seres vivos, y son las que se indican a continuación:

Nutrición: Los seres vivos se alimentan de sustancias nutritivas del medio ambiente. En su interior circulan líquidos que transportan los nutrientes y otros elementos indispensables para la vida. También tienen la capacidad de almacenar en algunas partes de sus cuerpos y de desechar lo que no necesitan.

Respiración: Posibilita que los nutrientes que hay en los alimentos se transformen en la energía que permite a los seres realizar todas sus funciones.

Desarrollo: Como consecuencia de la alimentación y de diversas reacciones que se efectúan en el interior de sus organismos, al asimilar los nutrientes, los seres vivos se transforman y se desarrollan durante toda su vida. Algunas de estas reacciones permiten que se conserven sus cuerpos y que se reparen cuando resulta necesario, por ejemplo, el ser humano, para desarrollarse, produce más sangre, más músculos y más piel; sus órganos internos cambian de tamaño y de funciones.

Reproducción: Los seres vivos se multiplican y producen otros seres vivos semejantes a ellos: los huevos de aves generan aves, las semillas de frijol producen plantas de frijol y las personas dan vida a otras personas. Mediante sus descendientes, dan continuidad a su existencia en la Tierra.

Irritabilidad: Los seres vivos reaccionan a estímulos del medio ambiente como el frío, el calor, la humedad, la luz, el sonido, el olor y la presencia de otros seres vivos. Cuando estos factores varían su intensidad, provocan diferentes respuestas en las plantas y animales.

Adaptación: Los seres vivos enfrentan las condiciones poco favorables que les plantea el ambiente en el que viven. Cuando se producen cambios en su entorno, como un incendio, una helada, una sequía u otro fenómeno que les amenaza, los seres vivos tienden a trasladarse a otros lugares o a adaptarse a la nueva situación.
Metabolismo: Los organismos necesitan materiales y energía para mantener su elevado grado de complejidad y organización, para crecer y reproducirse. Los átomos y moléculas que forman los organismos pueden obtenerse del aire, agua, del suelo o a partir de otros organismos.  La suma de todas las reacciones químicas de la célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación, recibe el nombre de metabolismo. 
El metabolismo es anabólico cuando estas reacciones químicas permiten transformar sustancias sencillas para formar otras complejas, lo que se traduce en almacenamiento de energía, producción de nuevos materiales celulares y crecimiento. Catabolismo, quiere decir desdoblamiento de sustancias complejas con liberación de energía. 

Reconocimiento señales químicas y eléctricas: El sistema nervioso a través de las neuronas se comunican entre si por medio de señales químicas que a su vez permiten que se den los impulsos eléctricos.

Movimiento: Los seres vivos se mueven; muchos de ellos son capaces de cambiar de lugar y cambiar la posición de sus cuerpos para buscar alimento, protegerse, defenderse y buscar bienestar.

Muchos animales se mueven de diferentes manera: caminan, corren, nadan, se arrastran, vuelan, pero hay otros que no se mueven, tal es el caso de algunos organismos marinos como el coral, la anémona, las esponjas, entre otros. Las plantas, aunque no se trasladan a otros lugares, sí tiene cierto movimiento, por ejemplo: algunas giran sus hojas y sus flores hacia la luz o para atrapar insectos con los que se alimentan, sin embargo, este movimiento se debe realmente a una reacción de un estímulo del ambiente, es decir, a la irritabilidad.

Éstas son las principales características de los seres vivos. Sólo los organismos que pueden realizar todas estas funciones, tienen vida. La materia inorgánica, sin vida, no realiza esas funciones. Componentes de la naturaleza no vivos, como el agua, el aire, la tierra, una roca, el Sol, los planetas y las estrellas, no se alimentan, no se reproducen, no reaccionan al ambiente como lo hacen las plantas y los animales.

Objetivo 4. Distinguir las jerarquías de organización biológica en niveles individual, ecológico y taxonómico.
Distinción, comprensión e interrelación de los siguientes niveles de organización biológica:
Niveles de organización individual:
a) Nivel químico:
Átomos: El nivel atómico es el más simple. En términos generales, la palabra átomo significa “sin división”; un significado que, en la actualidad, no se cumple, ya que se considera que existen partículas subatómicas que forman la estructura del átomo.

Moléculas: Este nivel consiste en la unión de diversos átomos a través de uniones conocidas como enlaces.

Nivel biológico:
a) Célula: Es la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente. Cada célula tiene un soporte químico para la herencia (ADN), un sistema químico para adquirir energía etc.
b) Tejido: Un grupo de células que realizan una determinada función. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.
c) Órgano: Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función.
d) Sistema: Grupo de células, tejidos y órganos que están organizados para realizar una determinada función.
e) Organismo: Individuo que posee un metabolismo propio y cumple todas sus funciones biológicas.
Niveles de organización ecológica:
a) Población: Grupo de individuos de la misma especie que viven en un lugar determinado.
b) Comunidad: Consiste en la interacción de diferentes poblaciones en un mismo lugar.
c) Ecosistema: La relación entre un grupo de organismos entre sí y su medio ambiente.
d) Biosfera: La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente.
Niveles de jerarquía taxonómica:
a) Dominios: Es la categoría taxonómica atribuida a cada una de los tres principales grupos o taxones en que actualmente se considera subdividida la diversidad de los seres vivos: arqueas (Archaea), bacterias (Bacteria) y eucariontes (Eukarya).
b) Reino: Es cada una de las grandes subdivisiones en que se consideran distribuidos los seres vivos, por razón de sus caracteres comunes. En la actualidad, reino es el segundo nivel de clasificación por debajo del dominio.
c) Filum: Tronco o tipo de organización es una categoría taxonómica situada entre el Reino y la Clase, y usada en el reino animal, reino protistas y dominio bacterias.
d) Subfilum: Es la división del filum.
e) Clase: Es una categoría taxonómica situada entre el filo o división y el orden.
f) Orden: Es la categoría taxonómica entre la clase y la familia. En zoología, es una de las categorías taxonómicas de uso obligatorio, según el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica.
g) Familia: Es una unidad sistemática y una categoría taxonómica situada entre el orden y el género.
h) Género: Es una categoría taxonómica que se ubica entre la familia y la especie; así, un género es un grupo de organismos que a su vez puede dividirse en varias especies.
i) Especie: Una especie se define a menudo como grupo de organismos capaces de entrecruzar y de producir descendencia fértil.
Ejemplo:
REINO Animalia
GRADO Metazoa
PHYLUM Cordatha
SUBPHYLUM Vertebratha
SUPERCLASE Tetrápoda
CLASE Mamalia
SUBCLASE Theria
INFRACLASE Eutheria
ORDEN Primates
SUBORDEN Haplorhini
SUPERFAMILIA Hominoidea
FAMILIA Hominidae
GÉNERO Homo
ESPECIE Homo sapiens
SUBESPECIE Homo sapiens sapiens

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