CONTENIDOS PRIMERA UNIDAD

BIOLOGÍA 2015

CONTENIDOS

PRIMERA UNIDAD

Competencia
 Aplica el conocimiento científico en la investigación y resolución de problemas del entorno.

Indicadores de Logro
Identifica el campo de acción de la Biología y la Biotecnología, sus avances, los aportes de otras ciencias, así como las aplicaciones que en este campo tiene el método científico y otros métodos

      heurísticos.  

Indicador Temático
1.    Conceptos Básicos de Biología y Método Científico
       Contenidos Procedimentales
       Descripción del campo de acción de la Biología, sus divisiones y los ámbitos de aplicación.

Concepto de Biología y sus Ciencias Auxiliares[1]

La Biología se define como “ciencia de la vida”, su campo de estudio son los seres vivos que habitan en nuestro planeta. El número de especies de organismos vivos que se conoce es muy amplio, por lo que la Biología se ha subdivido en áreas de estudio específicas para cada tipo de organismo, como la Zoología, Botánica y Microbiología, y otras áreas que estudian un fenómeno en particular sobre los organismos, como la Bioquímica, Fisiología, Ecología.

La Zoología es una de las áreas principales de la Biología, su campo de estudio son los animales y se subdivide en las siguientes especialidades:

Especialidades de la zoología	Campo de estudio	Ejemplo
Protozoología	Protozoarios	Paramecium, euglena
Entomología	Insectos	Hormigas, moscas
Ictiología	Peces	Lobina, sardina, atún
Herpetología	Anfibios y reptiles	Ranas, víboras
Mastozoología	Mamíferos	Ser humano, ballena, delfín
Ornitología	Aves	Canario, águila

La Botánica, otra área principal de la Biología, estudia los vegetales y se subdividen en otras especialidades.

Especialidades de la botánica	Campo de estudio	Ejemplo
Criptogámica	Planta sin semillas
· Ficología	·  Algas	Spirulina
· Briología	·  Musgos	Musgo del encino
· Pteridología	·  Helechos	Cola de zorra
Fanerogámica	Plantas con semillas	Frutales, césped

La Microbiología estudia los microorganismos, los cuales se distribuyen en los subgrupos de Bacteriología y Micología.

Especialidades de la microbiología	Campo de estudio	Ejemplo
Bacteriología	Bacterias	Pseudomonas
Micobiología	Hongos	Setas

Otras ciencias, relacionadas con la Biología, son específicas para estudiar fenómenos particulares y caracterizar a los organismos vivos.

[1] Hernández Palma, Mirna Nineth. Cuaderno Pedagógico de Biología. Universidad de San Carlos de Guatemala. Dirección General de Docencia. División de Desarrollo Académico. Programa de Educación a Distancia/Página 06 a la 07/

Ciencias especializadas	Campo de estudio
Taxonomía	Clasificación de los seres vivos
Bioquímica	Estructura y función de nivel molecular
Fisiología	Función a nivel orgánico
Morfología ·     Anatomía ·     Histología ·     Citología	Forma y estructura Estructura a nivel orgánico Estructura de los tejidos Estructura celular
Embriología	Formación y desarrollo embrionario
Genética	Variación y herencia
Evolución	Origen de las especies y sus cambios a través del tiempo
Ecología	Relación de los organismos con el medio ambiente
Parasitología	Organismos que viven a expensas de otros
Paleontología	Restos fósiles
Antropología	Características físicas, sociales y culturales del ser humano

·  Descripción de los avances en el campo de acción de la Biología y de la Biotecnología, con relación a los conocimientos y teorías científicas que las sustentan, entre ellas: la teoría celular, la clonación y el genoma humano.

Teoría Celular

La Teoría Celular y sus Postulados

Hoy día, sabemos que los seres vivos están formados de células; pero  el número y la variedad de cada una de ellas es diferente para cada especie. Existen seres formados de una sola a diferencia de los seres humanos que están formados de billones de ellas.

Las células son las unidades básicas que forman cada uno de los seres vivientes. Las actividades que ocurren dentro de cada una de ellas dan paso a las características que definen la vida. Los organismos formados por una sola célula reciben el nombre de unicelulares, y es ésta célula en donde se llevan a cabo todas las actividades que dan vida al organismo. Los organismos de mayor tamaño están formados de muchas células y les llamamos multicelulares; las actividades que dan vida al organismo se distribuyen dentro de sus múltiples células, especializándose cada una de ellas en algún tipo de trabajo.

La mayoría de las células son invisibles a simple vista, pero con la invención del microscopio se pudieron observar y estudiar en detalle. Fue un científico inglés, de nombre Robert Hooke, quien mejoró un podo el diseño del microscopio compuesto y con su nuevo diseño realizo muchas observaciones, entre ellas cortes muy finos de corcho. Lo que él vio le recordó las celdas de un monasterio y en 1665, en su libro Micrographia utilizó por primera vez el término célula para realizar una descripción de las celdas que observó en el corto del corcho. Aunque Hooke no observó células vivas, se le reconoce como el primero que observó e identificó las células, porque lo que vio fue las paredes de células que habían estado vivas.

Luego de unos años de las observaciones de Hooke, un comerciante holandés de nombre Anton Van Leeuwenhoek, también observó las células, él construyó un microscopio que aumentaba 200 veces los objetos y eso le ayudó a realizar mejores observaciones, debemos indicar que el microscopio de Hooke únicamente tenía un aumento de 30 veces.

La Teoría Celular

En el siglo XIX, los microscopios han mejorado mucho y da como consecuencia mejores observaciones de las estructuras internas de la célula. Robert Brown, en 1883, logra observar en las células de las hojas de las orquídeas, que estas tienen una estructura central, a la que se le denomino núcleo. Luego de algunos años se le llamo protoplasma al material que forma la célula.

La teoría celular es el resultado de las investigaciones de muchos científicos que se dedicaron a la observación y experimentación, podemos mencionar entre ellos a los siguientes:

·  Matthew Schleiden: botánico alemán que en 1838, afirmó que las plantas están compuestas de células. Los estudios de él fueron básicamente en tejidos vegetales.

·  Theodor Schwann: un año después de la afirmación de Schleiden, amplio la afirmación del mismo indicando que también los animales están formados de células. Además indicó que los procesos de vida de los organismos se realizan en dentro de las células.

·  Rudolf Virchow: en 1858 presentó evidencia de que las células se reproducen para formar nuevas.

La teoría celular se reconoce como una de las principales de la Biología y ha servido de base para los biólogos que buscan nuevos conocimientos acerca de la célula y sus propiedades. La podemos resumir en las siguientes afirmaciones:

·  La célula es la unidad fundamental, tanto en función como de estructura, es el fragmento representativo más pequeño que manifiesta todas las características de las cosas vivas.

·  Todos los organismos están formados de una o más células, de acuerdo a su naturaleza.

·  Las células nuevas provienen, por medio de la reproducción, de células que ya existen.

Los Tipos de células

La mayor parte de las células tienen unas estructuras internas a las que llamamos organelos, cada uno de ellos realiza actividades que le son específicas e importantes para el desarrollo de la vida. Para su estudio las células se clasifican en dos grupos, dependiendo de si tienen o no estos organelos. Las células simples que no tienen organelos rodeados de membranas se llaman procarióticas, son la forma más antigua de vida.

Las células que tienen organelos rodeados de una membrana se llaman células eucarióticas, y los organismos que las contienen reciben el nombre de eucariotas. Las células eucarióticas son más grandes que las procarióticas.

Ambos tipos de células tienen ácido nucleico, con la diferencia de que en las eucarióticas se encuentra en el núcleo, que es una estructura rodeada de una membrana y que controla las actividades de la célula. Los ácidos nucleicos contienen la información para controlar las actividades de la célula. En las procarióticas el ácido nucleico no tiene una membrana que lo rodee.

El material gelatinoso que se encuentra dentro de las células procarióticas y eucarióticas recibe el nombre de citoplasma.

Podemos resumir que las células procarióticas son células primitivas que no poseen organelos, además de que sus ácidos nucleicos se encuentran flotando dentro del citoplasma; en cambio las células eucarióticas son más avanzadas y contienen organelos especializados para desarrollar diferentes funciones. También tienen sus ácidos nucleicos rodeados de una membrana formando el núcleo de la célula.

Las células procarióticas, casi siempre, se encuentran rodeadas de una pared celular y son más pequeñas, en tanto que únicamente algunas de las eucarióticas la poseen, siendo más grandes.

Las células de las plantas, hongos y los animales son eucarióticas.

La Clonación

Un clon es un miembro de una población de células genéticamente idénticas producidas a partir de una sola célula. Esta técnica usa una sola célula de un organismo adulto para obtener un individuo nuevo genéticamente idéntico al organismo que donó la célula.

Colonias clonadas de bacterias y otros microorganismos son fáciles de obtener, pero esto no siempre sucede con organismos multicelulares, en especial animales. El primer clon de animal fue en 1952 con renacuajos anfibios. En 1997, el científico escocés Ian Wilmut sombró a los biólogos al anunciar que había clonado una oveja, llamada Dolly.
Los pasos básicos por los que un animal puede ser clonado. Primero, se elimina el núcleo de un óvulo sin fecundar. Luego, el óvulo se fusiona con una célula donadora que contiene un núcleo, tomada de un adulto. El óvulo diploide resultante se desarrolla en un embrión, que se implanta después en la pared uterina de una madre adoptiva, donde se desarrolla hasta el nacimiento. Desde entonces se han producido vacas, cerdos, ratones e incluso gatos clonados usando técnicas similares.

Genoma Humano

A principios de 1990 se dio inicio al Proyecto Genoma Humano. Su meta era determinar la secuencia completa de nucleótidos de los genes del DNA humano e identificar y localizar esos genes en los cromosomas. Este proyecto comenzó con el mapeo de los diferentes genes a través de marcadores que permitieron su localización cromosómica y siguió con su secuenciación. Se estima que existen alrededor de 25.000 genes y se conoce la función de cerca de un tercio.

Craig Venter

El proyecto original involucraba un consorcio de unos veinte laboratorios de los Estados Unidos y otros centros de Francia, Alemania y Japón. Sin embargo, la empresa privada Celera, liberada por el estadounidense Craig Venter, decidió encarar el proyecto en forma paralela e independiente del consorcio oficial. La meta original era finalizar la secuencia en 2005, pero el veloz avance del proyecto adelantó la fecha al año 2003. El verdadero desafío para consorcio internacional era evitar que la base de datos fuera privada; si la empresa privada ganaba en esta carrera, tendría la posibilidad de patentar la secuencia y usufructuar económicamente el uso de esa información.

Francis Collis

Francis Collins, director del Proyecto Genoma Humano “oficial” propuso publicar una “secuencia borrador”; de este modo, aunque los datos no fueron del todo correctos, pasaban al dominio público. Así, se podrían mejorar pero no patentar. Para evitar pugnas mayores, luego de un acuerdo entre los gobiernos de los Estados Unidos e Inglaterra, se anunció la finalización de la secuenciación del genoma humano en junio de 2000. La rivalidad entre ambos grupos, sin embargo, ha provocado una gran serie de mezquindades: promesas incumplidas, alianzas y acusaciones que aún continúan.

Desde algunos sectores científicos se pensó que el análisis detallado de la información genética contenida en nuestros cromosomas podría dar respuesta a interrogantes profundos: ¿Qué caminos tomó la evolución desde que surgió la vida?, ¿Cómo se regula la expresión de los genes en los eucariontes?, ¿Cuáles son los fenómenos moleculares que subyacen a las enfermedades humanas? Sin embargo, la descripción de la información contenida en los genes por sí sola es incapaz de responderlos. Por otra parte, también hay una gran preocupación en cuanto a que el conocimiento detallado de nuestros genes y sus funciones no se maneje en un marco consensuado que contemple los aspectos sociales, legales y éticos involucrados.

Proyecto de Genoma Humano

Una de las últimas fases del Proyecto Genoma Humano (PGH) es la identificación de los polimorfismos –formas variantes de un gen particular presentes en una población- que hacen que la secuencia de ADN de cada persona sea diferente. Se ha intentado relacionar estos polimorfismos con la susceptibilidad a ciertas enfermedades y, en algunos casos, desarrollar medicamentos “a medida” en el marco de la llamada farmacogenómica. Por otra parte, la identificación de secuencias homólogas y su comparación  con las de organismos modelo ampliamente estudiados permite inferir las posibles funciones de un gen. Con este fin ya se han secuenciado los genomas completos de varios organismos diferentes.

Frente a estas nuevas posibilidades de la investigación genética, en las que se maneja información genética perteneciente a individuos particulares, distintos sectores de la sociedad han reaccionado con un llamado de alerta. La mayor preocupación es que los resultados de esta enorme empresa, lejos de utilizarse para mejorar las condiciones de vida humana, se emplean con fines que atenten contra la dignidad humana, como discriminación de las personas de acuerdo con sus características genéticas, imposición de políticas “eugenésicas” y, en general, refuerzo de la noción pseudocientífica de que las características humanas pueden reducirse al efecto de los genes (reduccionismo genético) o de que las características influidas por los genes son inmodificables (determinismo genético). Los enfoques que asumen criterios reduccionistas y deterministas genéticos inspiran, por ejemplo, la construcción de modelos explicativos acerca de aspectos complejos de comportamiento humano, como el altruismo, la infidelidad o la homosexualidad, a partir de la búsqueda de genes que serían responsables de determinarlos.

Así, se excluyen o se minimizan los factores históricos, sociales, culturales y psicológicos involucrados en las conductas asumidas por los humanos y se soslaya la libertad de conciencia, al mismo tiempo que se “naturalizan” comportamientos sociales que abonan la desigualdad, como la agresividad que se despliega en las guerras

Una de las controversias más interesantes surgidas en los últimos tiempos es la relacionada con el patentamiento de genes. Según las leyes de patentes, de alcance internacional, las formas de vida y sus componentes no se pueden patentar; sin embargo, los organismos genéticamente modificados y los componentes biológicos que permiten a los organismos funcionar se pueden patentar, siempre que el “inventor” pueda especificar un uso novedoso para ellos. Mientras que la mayor parte de la comunidad científica se opone vehementemente al patentamiento de genes, con el funcionamiento de que se trata de algo “natural”, algunos sectores que incluyen a las empresas biotecnológicas, argumentar a favor, ya que consideran que los genes, luego de ser aislados y modificados, dejan de ser genes “naturales”. Esta última visión también puede ser rebatida, y de hecho así ocurre, ya que muchos científicos sostienen que la modificación de los genes se realiza sobre una estructura que es el resultado de un proceso natural que ocurrió durante millones de años de evolución.

Es importante recordar también que conocer la descripción completa del genoma humano no es suficiente para curar las enfermedades, ni para comprender el “significado de la vida”. Sabemos que la secuencia de nucleótidos de los genes no alcanza para comprender el funcionamiento del genoma como un todo. En la actualidad, nuevas tecnologías y herramientas conceptuales están encauzadas hacia el estudio sistemático de la función de cada gen en una transición del estudio estructural del genoma a su estudio funcional. La respuesta a preguntas acerca de la regulación génica, el papel del ADN “sin sentido” y a muchas otras puede ser la clave para comprender y tratar las enfermedades multifactoriales y aplicar terapias de reemplazo de genes.

·  Descripción de los aportes de otras ciencias afines al campo de acción de la Biología (Química, Física, entre otras) y de otras disciplinas (Matemáticas, Estadística, Economía, entre otras). 

Química

Es la ciencia que estudia la estructura de la materia, sus cambios estructurales y de composición, las leyes que rigen las alteraciones de átomos, moléculas, mezclas y compuestos. La vida es un sistema químico donde interactúan todo tipo de moléculas, y para entender esa interacción la Química coopera con la Biología, incluso formando ciencias más complejas como la Bioquímica, que estudia los procesos químicos dentro de los organismos vivos.

Los seres vivos están constituidos por materia, por lo tanto de átomos y moléculas. Las reacciones químicas que suceden en nuestros cuerpos (metabolismo) es competencia de química. Ejemplo: la descomposición de los cuerpos (materia), la digestión de los alimentos. 

Física

Es la ciencia de la naturaleza o de los fenómenos naturales, estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones.

Matemática

La madre de las ciencias exactas, ninguna de las ciencias puras podría existir sin la Matemática. Es la ciencia que estudia lo propio de las regularidades, las cantidades y  las formas, sus relaciones, así como su evolución en el tiempo.

Estadística

Objetivos de la Estadística y la Bioestadística

El objetivo básico de la estadística es hacer inferencia acerca de una población con base a la información contenida en una muestra. "Inferencia acerca de una población", ¿qué significa esto? Inferir significa "inducir una cosa de otra, llevar consigo, conducir a un resultado". Es decir se pretende establecer inferencia acerca de una población, entendiendo a la población como un conjunto de individuos, organismos o entes inanimados de los cuales queremos conocer alguna o algunas características para que nos ayuden a tomar una decisión u obtener alguna conclusión de suma importancia, y nada sabemos sobre la distribución, existencia, ubicación, valor de esta o estas características que nos interesa saber. Piense usted por ejemplo, que estamos interesados si nuestra población juvenil consume o no droga. O, con mayor precisión, necesitamos saber en la actualidad qué fracción de nuestra población consume drogas, entendiendo que el consumo de drogas lo tenemos tipificado en alguna escala o nivel. De manera que nuestro objetivo es saber con toda la exactitud posible, que fracción de toda nuestra población juvenil consume droga. Por razones materiales, de recursos humanos, de imposibilidad física y en definitiva de costos, no podemos efectuar una encuesta a toda la población. Necesitamos entonces hacer una consulta a un gran número de jóvenes, donde este número será concomitante con la eliminación de las barreras que impiden consultar a toda la población juvenil. Definido este número de jóvenes a los cuales, mediante técnicas de consulta adecuadas, se entenderá como una muestra de la población en estudio. Sobre esta muestra haremos análisis estadístico para poder inferir qué fracción de jóvenes de la población juvenil consume drogas. Es decir, de un análisis adecuado sobre una muestra concluiremos con una inferencia que la extenderemos o aplicaremos a toda la población, y además daremos a conocer alguna "medida de equivocación" en esa inferencia. Con estos resultados nuestros gobernantes, las familias tomarán grandes políticas de decisión. Con este ejemplo queremos decir sobre la importancia de la estadística.

Definir "los objetivos de la bioestadística", conforme la entiendo en su sentido clásico, sería dar exactamente la misma definición de estadística, tal vez con un pequeño matiz. Cuando planteamos que el objetivo básico de la estadística es hacer inferencia acerca de una población con base a la información contenida en una muestra, deberíamos agregar que, en una especie de convenio, la palabra población se refiere a una "población con un alto interés para la biología y las ciencias de la salud". Ahora, el problema de definir rigurosamente, o dar los límites estrictos de "esta población con un alto interés para la biología y las ciencias de la salud" es una causa perdida. A mi modo de ver. Cuando damos un ejemplo sobre probar si una determinada droga sirve o no para eliminar una determinada enfermedad, creo que estamos definiendo, implícitamente pero en forma clara, a una población que es de alto interés para las ciencias de la salud, en este caso la población constituida por los susceptibles y los enfermos de esa determinada enfermedad. Pero ahora si citamos el ejemplo que nos ha permitido introducirnos en esta sección, el de la drogadicción, creemos que la población en estudio va más allá del campo de las ciencias de la salud, más bien tiene que ver con la existencia misma del Estado, como nación jurídicamente organizada.

Por otro lado, otro objetivo que tiene la Estadística, en cuanto a ciencia que debe acompañar a una población que por las mismas leyes de la evolución es dinámica, es crear y entregar los soportes científicos para su propio desarrollo. Es decir, en el objetivo básico primario de "inferir sobre una población con base a la información a lo contenido de una muestra", significa que la Estadística, en su área de investigación, debe entregar nuevas y mejores herramientas para la inferencia estadística, debe entregar nuevas y mejores técnicas para el análisis de datos o de información, debe desarrollar y entregar nuevas y mejores técnicas de muestreo, y a la vez, en cada una de estas áreas de la estadística: Inferencia, Análisis Estadístico y Muestreo, como una ramificación fractal, la Estadística debe seguir evolucionando en su desarrollo. ¿Y cómo se consigue esto?

A mi modo de ver, hay dos fuentes para la investigación estadística. El primero, por el puro interés científico del o los estadísticos que hacen de esta ciencia su profesión y en que desarrollan un determinado tema de alto interés teórico, que se extiende hasta confundirlo con el propio arte de la creación de una obra. En la esperanza de que esa obra, esa teoría de un segmento particular que está en la frontera del conocimiento, servirá y tendrá su aplicación muy pronto, o alguna vez, o sus derivados de su teoría, sus resultados "colaterales", serán aplicables. Con frecuencia, este desarrollo tiene su prehistoria en un problema concreto, pero la densidad del desarrollo de esta teoría lo ha dejado al olvido, de modo que al resultado que se ha llegado ya no es aplicable al problema que históricamente le dio el acta de nacimiento, se deben esperar nuevos problemas para que esta teoría se utilice y se creen las técnicas en su aplicación. Mientras estos problemas para esta teoría se aplique no lleguen, se puede decir que es una teoría latente. Cuando en un horizonte de tiempo prudente, estos problemas no llegan, diremos que es una teoría a las puertas del fracaso. La otra fuente, la segunda, está originada por el problema irresoluto, un nuevo problema que no tiene antecedentes, que aparece en una determinada época. Y es en esta fuente donde las ciencias, en particular la Biología y las ciencias de la salud, juegan el papel de catalizadores para la creación en Estadística, como fuente creadora de problemas para la Estadística. Como es fácil de deducir, esta segunda fuente, a la larga, se transformará en la primera fuente para que el desarrollo de la Estadística, como segundo objetivo fundamental, continúe como continua la evolución misma de la vida.