La biología

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La biología es la ciencia que engloba todas las disciplinas científicas cuyo objeto de estudio son los seres vivos. Se ocupa, por tanto, de la estructura, funcionamiento, ciclo reproductivo y evolución de todas las formas de vida que habitan en la Tierra, así como de su diversidad y de su interacción entre sí y con el medio.

Las diferencias entre un mineral, una planta y un animal resultan en primera instancia tan evidentes que parece que la definición de ser vivo no plantea duda alguna. Sin embargo, cuando se observan al microscopio un microcristal y ciertos tipos de virus, se detectan tales analogías que la frontera entre lo inerte y lo vivo parece no resultar tan patente.

Los «singulares y admirables» seres vivos (Lamarck) son el objeto de estudio de la biología

Según la definición tradicional, son organismos vivos aquel tipo de seres que nacen, crecen, se reproducen y mueren. Ahora bien, el nacimiento y la muerte, como punto inicial y final, son conceptos inexplicables sin el término a definir (la vida), mientras que el crecimiento es una noción un tanto ambigua y no claramente aplicable a todos los organismos vivos. Con la reproducción, en cambio, pisamos un terreno mucho más firme: a diferencia de cualquier sustancia inerte, un ser vivo es capaz de duplicarse o reproducirse, y, más importante aún, de transmitir esa capacidad a sus descendientes.

A partir de esta definición puede afirmarse que los primeros seres vivos que habitaron nuestro planeta fueron formas primarias de bacterias procariotas y algas verdeazuladas, cuyos restos fósiles más antiguos datan de hace 3.500 millones de años. Ello significa, pues, que la Tierra ha estado habitada por seres vivos aproximadamente durante tres cuartas partes de su «edad», que se estima en 4.600 millones de años.

El origen de la vida

De acuerdo con una de las hipótesis más difundidas, la materia orgánica tiene su origen en la materia inorgánica, según un proceso que se desarrolló en los principios de la formación de la Tierra. La teoría sostiene que la energía eléctrica de las grandes tormentas y la de los rayos provocaron la reacción de los gases atmosféricos entonces existentes; en tales reacciones se formaron las primeras moléculas orgánicas. De hecho, en el laboratorio se han llevado a cabo experimentos consistentes en simular las condiciones descritas, y, a partir de una mezcla de los gases que se supone componían la atmósfera terrestre (hidrógeno, amoníaco, metano y vapor de agua), se han obtenido moléculas orgánicas tales como algunos aminoácidos (componentes esenciales de las proteínas).

El químico estadounidense Stanley Miller obtuvo aminoácidos recreando 
las condiciones ambientales existentes durante la formación de la Tierra

La principal dificultad a la hora de considerar como seres vivos a estas moléculas orgánicas estriba en que para ello es necesario que fueran capaces de autorreproducirse y proporcionar la información suficiente a sus sucesoras como para poder mantener una misma estructura en generaciones sucesivas. Los estudios bioquímicos han demostrado que existe una única molécula capaz de duplicarse, el Ácido desoxirribonucleico (ADN). Para que tenga lugar la duplicación, el ADN ha de estar en contacto con determinadas enzimas, que son proteínas especializadas. Sin embargo, las proteínas no pueden autorreproducirse por sí mismas; en los seres vivos, son sintetizadas a partir de la información contenida en el ADN. Así pues, se necesita ADN para la producción de proteínas y proteínas para el proceso de duplicación del ADN.

Métodos de estudio de la biología

Como la mayor parte de las disciplinas científicas experimentales, la biología se basa en la observación de la naturaleza. Los objetivos primordiales de los antiguos naturalistas fueron el conocimiento y la descripción de los seres vivos. La moderna ciencia biológica tiene como fundamento la obtención de datos empíricos a partir de cuya comparación se intenta establecer leyes que expliquen los diferentes procesos de carácter general. Se formulan asimismo hipótesis que, si es posible, se contrastan mediante la realización de experimentos que las apoyen o las refuten.

El conocimiento biológico moderno se ha visto complementado por la utilización de técnicas instrumentales fundamentadas en otras disciplinas científicas. Así, los avances de la óptica han favorecido el empleo de los microscopios (ópticos, electrónicos y de barrido) y el análisis por difracción de rayos X. La química, por su parte, ha proporcionado técnicas analíticas de creciente precisión.

Microscopio electrónico de barrido

Por medio de diversos procedimientos, la biología ha podido profundizar en el conocimiento de la naturaleza en dimensiones nunca imaginadas por los antiguos investigadores. Asimismo, ha resultado fundamental para su progreso la introducción de métodos de análisis matemático, en particular estadístico, esenciales para el proceso de los datos obtenidos mediante la observación y la experimentación.

Ramas de la biología

La biología es una ciencia que comprende múltiples disciplinas. Ello se debe en parte a que el estudio de los seres vivos se puede realizar en los diferentes niveles de su organización estructural. Dado que los diferentes niveles están estrechamente interrelacionados, las ciencias biológicas tienen campos de estudio que se solapan entre sí, cuando no se produce la creación de una nueva por la hibridación de dos de ellas. Así, el estudio de la célula dio lugar al nacimiento de la citología. Al registrarse los primeros conocimientos sobre los mecanismos de la herencia nació la citogenética, que los estudia en el nivel celular, y cuando se introdujeron métodos de análisis químico se creó la citoquímica.

Los estudios biológicos sobre organismos en su integridad fueron los que primero se iniciaron. Se hizo una amplia división: la botánica estudiaba los vegetales y la zoología los animales. Posteriormente se produjeron especializaciones, como la ictiología (estudio de los peces), la entomología (estudio de los insectos), la micología (estudio de los hongos), etc. En ocasiones se registra un acercamiento entre la biología y diferentes áreas de la ciencia o de la técnica para aunar esfuerzos a la hora de resolver problemas de estudio concretos. Así, la paleontología fue un puente entre la biología y la geología, y la bioquímica enlazó biología y química.

Laboratorio de biotecnología

Las décadas de transición del siglo XX al siglo XXI fueron el escenario en el que se implantaron nuevas ramas de las ciencias biológicas, la mayor parte de ellas articuladas en torno a la biotecnología o bioingeniería, ciencia que aplica la metodología de las ciencias exactas y de las técnicas informáticas al estudio de los seres vivos. En este ámbito se han desarrollado múltiples disciplinas subordinadas como la bioinstrumentación, la biomecánica, la biocibernética o la bioinformática, que relacionan las diferentes ramas de la tecnología con el conocimiento biológico.

Un modo de intentar ordenar la multitud de especialidades y subespecialidades es partir del individuo para efectuar un descenso que recorra las disciplinas correspondientes a cada uno de los estratos organizativos hasta el nivel molecular, y luego ascender por las que estudian fenómenos supraindividuales. En todos los niveles es posible orientar el estudio no tanto a la descripción como al funcionamiento o a las interacciones, de donde surgen las ramas más o menos englobables bajo el término genérico de fisiología.

Del ser vivo a las moléculas

Todos los seres vivos que podemos observar directamente se caracterizan por tener propiedades visibles y mesurables: forma, talla, peso, proporciones, color, etc. La descripción de tales propiedades corporales de los organismos corresponde a lamorfología. Si se penetra en el interior del propio organismo se observan integraciones características de subconjuntos, los órganos, relacionados entre sí por disposiciones específicas (sistema circulatorio, aparato digestivo); el estudio de este nivel de organización corresponde a la anatomía. Por su parte, todos los órganos están constituidos por estructuras más pequeñas, los tejidos, de cuyo nivel de organización se ocupa la histología.

A su vez, todos los tejidos son conjuntos o agrupaciones de unidades vivas elementales, las células y sus productos (matrices extracelulares), directamente observables gracias a la microscopía y, en particular, a la microscopía electrónica, que revela incluso los detalles arquitectónicos de las estructuras (orgánulos) constitutivas de las células; este nivel de organización es el que interesa a lacitología o estudio de la célula. Por último, los constituyentes de las células son, con frecuencia, macromoléculas orgánicas bastante complejas (ácidos nucleicos, proteínas, aminoácidos), de cuya composición química y de cuya configuración se ocupa la biología molecular o bioquímica. Por debajo de ellas se accede ya al dominio de las moléculas simples, de los radicales y de los átomos, objeto de estudio de la química propiamente dicha.

De los seres vivos a las poblaciones

Todo ser vivo, en tanto que individuo, forma parte de una población cuya estructura es descrita por la demografía. Sin embargo, las poblaciones no son sino subconjuntos de entidades más amplias, las especies, que se caracterizan por la interfecundidad de los individuos que las componen. El reconocimiento y la clasificación de las especies, a partir de los caracteres que distinguen unas de otras, constituyen el objeto de estudio de la sistemática, que se ocupa asimismo de la diversidad del mundo viviente. La estructura espacial de la repartición geográfica de las poblaciones y de las especies es estudiada por la biogeografía, mientras que, desde una perspectiva temporal que abarca más de tres mil millones de años, lateoría de la evolución da cuenta de la formación de la actual multiplicidad de especies a partir de ancestros comunes.