CONTENIDOS
PRIMERA UNIDAD
Competencia
Aplica el conocimiento científico en la investigación y resolución de problemas del entorno.
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
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.
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
|
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.
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 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.
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.
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.
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 |
Francis Collis |
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.
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