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Biología

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La biología se ocupa del estudio de la vida y los organismos .

La biología es la ciencia natural que estudia la vida y los organismos vivos , incluida su estructura física , procesos químicos , interacciones moleculares , mecanismos fisiológicos , desarrollo y evolución . [1] A pesar de la complejidad de la ciencia, ciertos conceptos unificadores la consolidan en un campo único y coherente. La biología reconoce a la célula como la unidad básica de la vida, a los genes como la unidad básica de la herencia y a la evolución como el motor que impulsa la vida.creación y extinción de especies . Los organismos vivos son sistemas abiertos que sobreviven transformando la energía y disminuyendo su entropía local [2] para mantener una condición vital estable definida como homeostasis . [3]

Las subdisciplinas de la biología se definen por los métodos de investigación empleados y el tipo de sistema estudiado: la biología teórica utiliza métodos matemáticos para formular modelos cuantitativos, mientras que la biología experimental realiza experimentos empíricos para probar la validez de las teorías propuestas y comprender los mecanismos subyacentes a la vida y cómo funciona. apareció y evolucionó a partir de materia no viva hace unos 4 mil millones de años a través de un aumento gradual en la complejidad del sistema. [4] [5] [6]

Etimología

"Biología" se deriva de las palabras griegas antiguas de βίος; bíos romanizados que significa "vida" y -λογία; logía romanizada (-logía) que significa "rama de estudio" o "hablar". [7] [8] Estos combinados forman la palabra griega βιολογία; biología romanizada que significa biología. A pesar de esto, el término βιολογία en su conjunto no existía en griego antiguo. El primero en tomarlo prestado fue el inglés y el francés ( biologie ). Históricamente hubo otro término para "biología" en inglés, de por vida ; raramente se usa hoy.

La forma en latín del término apareció por primera vez en 1736 cuando el científico sueco Carl Linnaeus (Carl von Linné) usó biologi en su Bibliotheca Botanica . Fue utilizado de nuevo en 1766 en una obra titulada Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, fitologian generalis , por Michael Christoph Hanov , un discípulo de Christian Wolff . El primer uso alemán, Biologie , fue en una traducción de 1771 del trabajo de Linnaeus. En 1797, Theodor Georg August Roose utilizó el término en el prefacio de un libro, Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft . Karl Friedrich Burdachusó el término en 1800 en un sentido más restringido del estudio de los seres humanos desde una perspectiva morfológica, fisiológica y psicológica ( Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst ). El término entró en su uso moderno con el tratado de seis volúmenes Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802–22) de Gottfried Reinhold Treviranus , quien anunció: [9]

Los objetos de nuestra investigación serán las diferentes formas y manifestaciones de la vida, las condiciones y leyes bajo las cuales ocurren estos fenómenos y las causas a través de las cuales han sido afectados. La ciencia que se ocupa de estos objetos la indicaremos con el nombre de biología [Biologie] o doctrina de la vida [Lebenslehre].

Historia

Un diagrama de una mosca del innovador Micrographia de Robert Hooke , 1665
El árbol de la vida de Ernst Haeckel (1879)

Aunque la biología moderna es un desarrollo relativamente reciente, las ciencias relacionadas e incluidas en ella se han estudiado desde la antigüedad. La filosofía natural se estudió desde las antiguas civilizaciones de Mesopotamia , Egipto , el subcontinente indio y China . Sin embargo, los orígenes de la biología moderna y su enfoque del estudio de la naturaleza se remontan con mayor frecuencia a la antigua Grecia . [10] [11] Si bien el estudio formal de la medicina se remonta al Egipto faraónico , fue Aristóteles(384–322 a. C.) que contribuyó más ampliamente al desarrollo de la biología. Especialmente importantes son su Historia de los animales y otras obras donde mostró inclinaciones naturalistas, y luego obras más empíricas que se enfocaron en la causalidad biológica y la diversidad de la vida. El sucesor de Aristóteles en el Liceo , Teofrasto , escribió una serie de libros sobre botánica que sobrevivieron como la contribución más importante de la antigüedad a las ciencias de las plantas, incluso hasta la Edad Media . [12]

Los eruditos del mundo islámico medieval que escribieron sobre biología incluyeron al-Jahiz (781–869), Al-Dīnawarī (828–896), que escribió sobre botánica, [13] y Rhazes (865–925) que escribió sobre anatomía y fisiología. . La medicina fue especialmente bien estudiada por los eruditos islámicos que trabajaban en las tradiciones de los filósofos griegos, mientras que la historia natural se basó en gran medida en el pensamiento aristotélico, especialmente en la defensa de una jerarquía de vida fija.

La biología comenzó a desarrollarse y crecer rápidamente con la espectacular mejora del microscopio de Anton van Leeuwenhoek . Fue entonces cuando los estudiosos descubrieron los espermatozoides , las bacterias , los infusorios y la diversidad de la vida microscópica. Las investigaciones de Jan Swammerdam dieron lugar a un nuevo interés en la entomología y ayudaron a desarrollar las técnicas básicas de disección microscópica y tinción . [14]

Los avances en microscopía también tuvieron un impacto profundo en el pensamiento biológico. A principios del siglo XIX, varios biólogos señalaron la importancia central de la célula . Luego, en 1838, Schleiden y Schwann comenzaron a promover las ideas ahora universales de que (1) la unidad básica de los organismos es la célula y (2) que las células individuales tienen todas las características de la vida , aunque se oponían a la idea de que (3) todos las células provienen de la división de otras células. Sin embargo, gracias al trabajo de Robert Remak y Rudolf Virchow , en la década de 1860 la mayoría de los biólogos aceptaban los tres principios de lo que llegó a conocerse como teoría celular . [15][dieciséis]

Mientras tanto, la taxonomía y la clasificación se convirtieron en el centro de atención de los historiadores naturales. Carl Linnaeus publicó una taxonomía básica para el mundo natural en 1735 (cuyas variaciones se han utilizado desde entonces), y en la década de 1750 introdujo nombres científicos para todas sus especies. [17] Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon , trató las especies como categorías artificiales y las formas vivas como maleables, sugiriendo incluso la posibilidad de una descendencia común . Aunque se opuso a la evolución, Buffon es una figura clave en la historia del pensamiento evolutivo ; su trabajo influyó en las teorías evolutivas de Lamarck y Darwin . [18]

El pensamiento evolutivo serio se originó con las obras de Jean-Baptiste Lamarck , quien fue el primero en presentar una teoría coherente de la evolución. [19] Postuló que la evolución era el resultado del estrés ambiental sobre las propiedades de los animales, lo que significa que cuanto más frecuente y rigurosamente se usaba un órgano, más complejo y eficiente se volvería, adaptando así al animal a su entorno. Lamarck creía que estos rasgos adquiridos podrían luego transmitirse a la descendencia del animal, quien los desarrollaría y perfeccionaría aún más. [20] Sin embargo, fue el naturalista británico Charles Darwin , que combinó el enfoque biogeográfico de Humboldt , la geología uniformista de Lyell ,Los escritos de Malthus sobre el crecimiento de la población, y su propia experiencia morfológica y extensas observaciones naturales, que forjaron una teoría evolutiva más exitosa basada en la selección natural ; Un razonamiento y una evidencia similares llevaron a Alfred Russel Wallace a llegar de forma independiente a las mismas conclusiones. [21] [22] Aunque fue objeto de controversia (que continúa hasta el día de hoy), la teoría de Darwin se extendió rápidamente a través de la comunidad científica y pronto se convirtió en un axioma central de la ciencia de la biología en rápido desarrollo.

El descubrimiento de la representación física de la herencia vino junto con los principios evolutivos y la genética de poblaciones . En la década de 1940 y principios de la de 1950, los experimentos señalaron que el ADN era el componente de los cromosomas que contenía las unidades portadoras de rasgos que se conocían como genes . Un enfoque en nuevos tipos de organismos modelo como virus y bacterias , junto con el descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN en 1953, marcó la transición a la era de la genética molecular . Desde la década de 1950 hasta la actualidad, la biología se ha extendido enormemente en el dominio molecular . El código genético fue descifrado porHar Gobind Khorana , Robert W. Holley y Marshall Warren Nirenberg después de que se entendiera que el ADN contenía codones . Finalmente, el Proyecto Genoma Humano se lanzó en 1990 con el objetivo de mapear el genoma humano general . Este proyecto se completó esencialmente en 2003, [23] y aún se están publicando análisis adicionales. El Proyecto Genoma Humano fue el primer paso en un esfuerzo globalizado para incorporar el conocimiento acumulado de la biología en una definición funcional y molecular del cuerpo humano y los cuerpos de otros organismos.

Fundamentos de la biología moderna

Teoría celular

Células HeLa con núcleos (específicamente el ADN) teñidas de azul. Las células centrales y más a la derecha están en interfase , por lo que todos los núcleos están marcados. La célula de la izquierda está atravesando una mitosis y su ADN se ha condensado.

La teoría celular establece que la célula es la unidad fundamental de la vida , que todos los seres vivos están compuestos por una o más células y que todas las células surgen de células preexistentes a través de la división celular . En los organismos multicelulares , cada célula del cuerpo del organismo deriva en última instancia de una sola célula en un óvulo fertilizado . La célula también se considera la unidad básica en muchos procesos patológicos. [24] Además, el fenómeno del flujo de energía ocurre en las células en procesos que forman parte de la función conocida como metabolismo . Finalmente, las células contienen información hereditaria ( ADN), que se transmite de una célula a otra durante la división celular. La investigación sobre el origen de la vida, la abiogénesis , equivale a un intento de descubrir el origen de las primeras células.

Evolución

Selección natural de una población por coloración oscura.

Un concepto organizador central en biología es que la vida cambia y se desarrolla a través de la evolución, y que todas las formas de vida conocidas tienen un origen común . La teoría de la evolución postula que todos los organismos de la Tierra , tanto vivos como extintos, descienden de un antepasado común o de un acervo genético ancestral . Se cree que este ancestro común universal de todos los organismos apareció hace unos 3.500 millones de años . [25] Los biólogos consideran la ubicuidad del código genético como evidencia definitiva a favor de la teoría de la descendencia común universal para todas las bacterias , arqueas yeucariotas (ver: origen de la vida ). [26]

El término "evolución" fue introducido en el léxico científico por Jean-Baptiste de Lamarck en 1809, [27] y cincuenta años más tarde Charles Darwin postuló un modelo científico de selección natural como fuerza motriz de la evolución. [28] [29] [30] ( Alfred Russel Wallace es reconocido como el co-descubridor de este concepto ya que ayudó a investigar y experimentar con el concepto de evolución). [31] La evolución ahora se usa para explicar las grandes variaciones de la vida. encontrado en la Tierra.

Darwin teorizó que las especies prosperan o mueren cuando se someten a los procesos de selección natural o reproducción selectiva . [32] La deriva genética se adoptó como un mecanismo adicional de desarrollo evolutivo en la síntesis moderna de la teoría. [33]

La historia evolutiva de la especie —que describe las características de las diversas especies de las que desciende— junto con su relación genealógica con todas las demás especies se conoce como su filogenia . Los enfoques muy variados de la biología generan información sobre la filogenia. Estos incluyen las comparaciones de secuencias de ADN , un producto de la biología molecular (más particularmente la genómica ) y las comparaciones de fósiles u otros registros de organismos antiguos, un producto de la paleontología . [34] Los biólogos organizan y analizan las relaciones evolutivas a través de varios métodos, incluida la filogenética ,fenética y cladística . (Para obtener un resumen de los principales eventos en la evolución de la vida tal como la entienden actualmente los biólogos, consulte la línea de tiempo evolutiva ).

La evolución es relevante para la comprensión de la historia natural de las formas de vida y para la comprensión de la organización de las formas de vida actuales. Pero, esas organizaciones solo pueden entenderse a la luz de cómo llegaron a ser a través del proceso de evolución. En consecuencia, la evolución es fundamental para todos los campos de la biología. [35]

Genética

Un cuadro de Punnett que representa un cruce entre dos plantas de guisantes heterocigotas para flores púrpuras (B) y blancas (b)

Los genes son las principales unidades de herencia en todos los organismos. Un gen es una unidad hereditaria y corresponde a una región del ADN que influye en la forma o función de un organismo de formas específicas. Todos los organismos, desde las bacterias hasta los animales, comparten la misma maquinaria básica que copia y traduce el ADN en proteínas . Las células transcriben un gen de ADN en una versión de ARN del gen, y un ribosoma luego traduce el ARN en una secuencia de aminoácidos conocida como proteína. El código de traducción del codón de ARN al aminoácido es el mismo para la mayoría de los organismos. Por ejemplo, una secuencia de ADN que codificaLa insulina en los seres humanos también codifica la insulina cuando se inserta en otros organismos, como las plantas. [36]

El ADN se encuentra como cromosomas lineales en eucariotas y cromosomas circulares en procariotas . Un cromosoma es una estructura organizada que consta de ADN e histonas . El conjunto de cromosomas en una célula y cualquier otra información hereditaria que se encuentre en las mitocondrias , cloroplastos u otras ubicaciones se conoce colectivamente como genoma de una célula . En eucariotas, el ADN genómico se localiza en el núcleo celular , o en pequeñas cantidades en mitocondrias y cloroplastos . En los procariotas, el ADN se mantiene dentro de un cuerpo de forma irregular en el citoplasma llamadonucleoide . [37] La información genética en un genoma se encuentra dentro de los genes, y el ensamblaje completo de esta información en un organismo se denomina genotipo . [38]

Homeostasis

El hipotálamo segrega CRH , que dirige a la glándula pituitaria a segregar ACTH . A su vez, la ACTH dirige a la corteza suprarrenal para que secrete glucocorticoides , como el cortisol . Luego, los GC reducen la tasa de secreción por parte del hipotálamo y la glándula pituitaria una vez que se ha liberado una cantidad suficiente de GC. [39]

La homeostasis es la capacidad de un sistema abierto para regular su entorno interno para mantener condiciones estables mediante múltiples ajustes de equilibrio dinámico que son controlados por mecanismos de regulación interrelacionados. Todos los organismos vivos , ya sean unicelulares o multicelulares , exhiben homeostasis. [40]

Para mantener el equilibrio dinámico y llevar a cabo determinadas funciones de forma eficaz, un sistema debe detectar perturbaciones y responder a ellas. Después de la detección de una perturbación, un sistema biológico normalmente responde mediante retroalimentación negativa que estabiliza las condiciones al reducir o aumentar la actividad de un órgano o sistema. Un ejemplo es la liberación de glucagón cuando los niveles de azúcar son demasiado bajos.

Visión general básica de la energía y la vida humana .

Energía

La supervivencia de un organismo vivo depende del aporte continuo de energía . Las reacciones químicas que son responsables de su estructura y función están sintonizadas para extraer energía de sustancias que actúan como su alimento y transformarlas para ayudar a formar nuevas células y sustentarlas. En este proceso, las moléculas de sustancias químicas que constituyen los alimentos desempeñan dos funciones; primero, contienen energía que se puede transformar y reutilizar en las reacciones químicas biológicas de ese organismo ; en segundo lugar, los alimentos se pueden transformar en nuevas estructuras moleculares (biomoléculas) que son útiles para ese organismo.

Los organismos responsables de la introducción de energía en un ecosistema se conocen como productores o autótrofos . Casi todos estos organismos obtienen originalmente su energía del sol. [41] Las plantas y otros fotótrofos utilizan la energía solar a través de un proceso conocido como fotosíntesis para convertir las materias primas en moléculas orgánicas, como el ATP , cuyos enlaces se pueden romper para liberar energía. [42] Sin embargo, algunos ecosistemas dependen completamente de la energía extraída por quimiotrofos del metano , sulfuros u otras fuentes de energía no lumínicas . [43]

Parte de la energía así capturada produce biomasa y energía que está disponible para el crecimiento y desarrollo de otras formas de vida . La mayor parte del resto de esta biomasa y energía se pierde como moléculas de desecho y calor. Los procesos más importantes para convertir la energía atrapada en sustancias químicas en energía útil para mantener la vida son el metabolismo [44] y la respiración celular . [45]

Estudio e investigación

Estructural

Esquema de una célula animal típica que representa los diversos orgánulos y estructuras.

La biología molecular es el estudio de la biología a nivel molecular. [46] Este campo se superpone con otras áreas de la biología, en particular las de la genética y la bioquímica . La biología molecular es un estudio de las interacciones de los diversos sistemas dentro de una célula, incluidas las interrelaciones del ADN, el ARN y la síntesis de proteínas y cómo se regulan esas interacciones.

La siguiente escala más grande, la biología celular , estudia las propiedades estructurales y fisiológicas de las células , incluido su comportamiento interno , las interacciones con otras células y con su entorno . Esto se hace tanto a nivel microscópico como molecular , para organismos unicelulares como las bacterias , así como para las células especializadas de organismos multicelulares como los humanos . Comprender la estructura y función de las células es fundamental para todas las ciencias biológicas. Las similitudes y diferencias entre los tipos de células son particularmente relevantes para la biología molecular.

La anatomía es un tratamiento de las formas macroscópicas de tales estructuras, órganos y sistemas de órganos. [47]

La genética es la ciencia de los genes , la herencia y la variación de organismos . [48] [49] Los genes codifican la información que necesitan las células para la síntesis de proteínas, que a su vez desempeñan un papel central al influir en el fenotipo final del organismo. La genética proporciona herramientas de investigación que se utilizan en la investigación de la función de un gen en particular o en el análisis de interacciones genéticas . Dentro de los organismos, la información genética se representa físicamente como cromosomas , dentro de los cuales está representada por una secuencia particular de aminoácidos en moléculas de ADN particulares .

La biología del desarrollo estudia el proceso mediante el cual los organismos crecen y se desarrollan. La biología del desarrollo, originada a partir de la embriología , estudia el control genético del crecimiento celular , la diferenciación celular y la " morfogénesis celular ", que es el proceso que da lugar progresivamente a tejidos , órganos y anatomía . Los organismos modelo para la biología del desarrollo incluyen el gusano redondo Caenorhabditis elegans , [50] la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , [51] el pez cebra Danio rerio , [52]el ratón Mus musculus , [53] y la mala hierba Arabidopsis thaliana . [54] [55] (Un organismo modelo es una especie que se estudia extensamente para comprender fenómenos biológicos particulares , con la expectativa de que los descubrimientos realizados en ese organismo proporcionen información sobre el funcionamiento de otros organismos). [56]

Fisiológico

La fisiología es el estudio de los procesos mecánicos, físicos y bioquímicos de la función de los organismos vivos como un todo. El tema de "estructura para funcionar" es fundamental para la biología. Los estudios fisiológicos se han dividido tradicionalmente en fisiología vegetal y fisiología animal , pero algunos principios de fisiología son universales, sin importar qué organismo en particular se esté estudiando. Por ejemplo, lo que se aprende sobre la fisiología de las células de levadura también se puede aplicar a las células humanas. El campo de la fisiología animal extiende las herramientas y métodos de la fisiología humana a especies no humanas. La fisiología vegetal toma prestadas técnicas de ambos campos de investigación.

La fisiología es el estudio de la interacción de cómo, por ejemplo, los sistemas nervioso , inmunológico , endocrino , respiratorio y circulatorio funcionan e interactúan. El estudio de estos sistemas se comparte con disciplinas de orientación médica como la neurología y la inmunología .

Evolutivo

La investigación evolutiva se ocupa del origen y la descendencia de las especies y su cambio a lo largo del tiempo. Emplea científicos de muchas disciplinas de orientación taxonómica; por ejemplo, aquellos con entrenamiento especial en organismos particulares como mammalogía , ornitología , botánica o herpetología , pero son útiles para responder preguntas más generales sobre la evolución.

La biología evolutiva se basa en parte en la paleontología , que utiliza el registro fósil para responder preguntas sobre el modo y el ritmo de la evolución, [57] y en parte en los desarrollos en áreas como la genética de poblaciones . [58] En la década de 1980, la biología del desarrollo volvió a entrar en la biología evolutiva después de su exclusión inicial de la síntesis moderna a través del estudio de la biología del desarrollo evolutivo . [59] La filogenética , la sistemática y la taxonomía son campos relacionados que a menudo se consideran parte de la biología evolutiva.

Sistemático

BacteriaArchaeaEucaryotaAquifexThermotogaCytophagaBacteroidesBacteroides-CytophagaPlanctomycesCyanobacteriaProteobacteriaSpirochetesGram-positive bacteriaGreen filantous bacteriaPyrodicticumThermoproteusThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHalophilesEntamoebaeSlime moldAnimalFungusPlantCiliateFlagellateTrichomonadMicrosporidiaDiplomonad
Un árbol filogenético de todos los seres vivos, basado en datos de genes de ARNr , que muestra la separación de los tres dominios , bacterias , arqueas y eucariotas, como describió inicialmente Carl Woese . Los árboles construidos con otros genes son generalmente similares, aunque pueden ubicar algunos grupos de ramificación temprana de manera muy diferente, presumiblemente debido a la rápida evolución del ARNr. Las relaciones exactas entre los tres dominios aún se están debatiendo.
La jerarquía de los ocho rangos taxonómicos principales de la clasificación biológica . No se muestran las clasificaciones secundarias intermedias. Este diagrama utiliza un formato de 3 dominios / 6 reinos

Múltiples eventos de especiación crean un sistema estructurado de árbol de relaciones entre especies. El papel de la sistemática es estudiar estas relaciones y, por tanto, las diferencias y similitudes entre especies y grupos de especies. [60] Sin embargo, la sistemática fue un campo activo de investigación mucho antes de que el pensamiento evolutivo fuera común. [61]

Tradicionalmente, los seres vivos se han dividido en cinco reinos: Monera ; Protista ; Hongos ; Plantae ; Animalia . [62] Sin embargo, muchos científicos consideran ahora obsoleto este sistema de cinco reinos. Los sistemas de clasificación alternativos modernos generalmente comienzan con el sistema de tres dominios : Archaea (originalmente Archaebacteria); Bacterias (originalmente eubacterias) y eucariotas (incluidos protistas , hongos , plantas y animales ). [63]Estos dominios reflejan si las células tienen núcleos o no, así como las diferencias en la composición química de biomoléculas clave como los ribosomas . [63]

Además, cada reino se divide de forma recursiva hasta que cada especie se clasifica por separado. El orden es: Dominio ; Reino ; Phylum ; Clase ; Orden ; Familia ; Género ; Especies .

Fuera de estas categorías, hay parásitos intracelulares obligados que están "al borde de la vida" [64] en términos de actividad metabólica , lo que significa que muchos científicos en realidad no clasifican tales estructuras como vivas, debido a la falta de al menos una o más de las funciones o características fundamentales que definen la vida. Se clasifican en virus , viroides , priones o satélites .

El nombre científico de un organismo se genera a partir de su género y especie. Por ejemplo, los humanos figuran como Homo sapiens . Homo es el género y sapiens la especie. Al escribir el nombre científico de un organismo, conviene poner en mayúscula la primera letra del género y poner todas las especies en minúsculas. [65] Además, el término completo puede estar en cursiva o subrayado. [66]

El sistema de clasificación dominante se llama taxonomía de Linneo . Incluye rangos y nomenclatura binomial . El nombre de los organismos se rige por acuerdos internacionales como el Código internacional de nomenclatura para algas, hongos y plantas (ICN), el Código internacional de nomenclatura zoológica (ICZN) y el Código internacional de nomenclatura de bacterias (ICNB). La clasificación de virus , viroides , priones y todos los demás agentes subvirales que demuestren características biológicas la realiza el Comité Internacional de Taxonomía de Virus.(ICTV) y es conocido como el Código Internacional de Clasificación y Nomenclatura Viral (ICVCN). [67] [68] [69] [70] Sin embargo, existen varios otros sistemas de clasificación viral.

En 1997 se publicó un borrador de fusión, BioCode, en un intento de estandarizar la nomenclatura en estas tres áreas, pero aún no se ha adoptado formalmente. [71] El proyecto de BioCódigo ha recibido poca atención desde 1997; su fecha de implementación prevista originalmente el 1 de enero de 2000, ha pasado desapercibida. En 2011 se propuso un BioCódigo revisado que, en lugar de reemplazar los códigos existentes, proporcionaría un contexto unificado para ellos. [72] [73] [74] Sin embargo, el Congreso Botánico Internacional de 2011 se negó a considerar la propuesta de BioCódigo. El ICVCN permanece fuera del BioCode, que no incluye la clasificación viral.

Reinos

Ecológico y ambiental

Simbiosis mutua entre peces payaso del género Amphiprion que habitan entre los tentáculos de las anémonas de mar tropicales . El pez territorial protege a la anémona de los peces que se alimentan de anémona y, a su vez, los tentáculos de la anémona protegen al pez payaso de sus depredadores.

La ecología es el estudio de la distribución y abundancia de organismos vivos , la interacción entre ellos y su entorno . [75] Un organismo comparte un entorno que incluye otros organismos y factores bióticos, así como factores abióticos locales (no vivos) como el clima y la ecología . [76] Una razón por la que los sistemas biológicos pueden ser difíciles de estudiar es que son posibles tantas interacciones diferentes con otros organismos y el medio ambiente, incluso a pequeña escala. Una bacteria microscópicaresponder a un gradiente de azúcar local está respondiendo a su entorno tanto como un león en busca de alimento en la sabana africana . Para cualquier especie, los comportamientos pueden ser cooperativos , competitivos , parasitarios o simbióticos . Las cosas se vuelven más complejas cuando dos o más especies interactúan en un ecosistema .

Los sistemas ecológicos se estudian en varios niveles diferentes, desde la escala de la ecología de los organismos individuales, hasta la de las poblaciones , los ecosistemas y finalmente la biosfera . El término biología de poblaciones a menudo se usa indistintamente con ecología de poblaciones , aunque la biología de poblaciones se usa con más frecuencia en el caso de enfermedades , virus y microbios , mientras que el término ecología de poblaciones se aplica más comúnmente al estudio de plantas y animales. La ecología se basa en muchas subdisciplinas.

La etología es el estudio del comportamiento animal (particularmente el de animales sociales como primates y cánidos ) y, a veces, se considera una rama de la zoología. Los etólogos se han preocupado especialmente por la evolución del comportamiento y la comprensión del comportamiento en términos de la teoría de la selección natural . En cierto sentido, el primer etólogo moderno fue Charles Darwin , cuyo libro, La expresión de las emociones en el hombre y los animales , influyó en muchos etólogos futuros. [77]

La biogeografía estudia la distribución espacial de los organismos en la Tierra , centrándose en temas como la tectónica de placas , el cambio climático , la dispersión y migración y la cladística .

Problemas básicos no resueltos en biología

A pesar de los profundos avances logrados en las últimas décadas en nuestra comprensión de los procesos fundamentales de la vida, algunos problemas básicos siguen sin resolverse. Algunos ejemplos son

Origen de la vida . Si bien hay muy buena evidencia del origen abiótico de compuestos biológicos como aminoácidos , nucleótidos y lípidos , no está claro cómo estas moléculas se unieron para formar las primeras células . Relacionada está la cuestión de la vida extraterrestre . Si entendemos cómo se originó la vida en la Tierra, podremos predecir de manera más confiable qué condiciones se requieren para generar vida en otros planetas.

Envejecimiento . En la actualidad, no existe un consenso sobre la causa subyacente del envejecimiento. Varias teorías en competencia se describen en Teorías del envejecimiento .

Formación de patrones . Tenemos una buena comprensión de la formación de patrones en algunos sistemas, como el embrión de insecto temprano , pero la generación de muchos patrones en la naturaleza no se puede explicar fácilmente, por ejemplo, las rayas en las cebras o muchas serpientes , como las serpientes coralinas . Si bien sabemos que los patrones se generan por activación selectiva o represión de genes , muchos de estos genes y sus mecanismos reguladores siguen siendo desconocidos.

Ramas y opciones de carrera

La biología es un área de la ciencia con numerosas subdisciplinas que se ocupan de todos los aspectos de la vida, de hecho, todos los aspectos de la vida humana moderna. Dicho esto, existen innumerables opciones profesionales, que van desde la ciencia básica hasta aplicaciones industriales o agrícolas. Estas son las principales ramas de la biología: [78] [79] [a]

  • Aerobiología : el estudio de partículas orgánicas en el aire.
  • Anatomía : el estudio de las estructuras de los organismos.
    • Anatomía comparada : el estudio de la evolución de las especies a través de similitudes y diferencias en su anatomía.
    • Histología : el estudio de los tejidos, una rama microscópica de la anatomía.
  • Astrobiología (también conocida como exobiología, exopaleontología y bioastronomía): el estudio de la evolución, la distribución y el futuro de la vida en el universo.
  • Bioquímica : el estudio de las reacciones químicas necesarias para que la vida exista y funcione, generalmente un enfoque en el nivel celular.
  • Ingeniería biológica : el intento de crear productos inspirados en sistemas biológicos o de modificar e interactuar con los sistemas biológicos.
  • Biogeografía : el estudio de la distribución de especies espacial y temporalmente.
  • Bioinformática : el uso de tecnología de la información para el estudio, recopilación y almacenamiento de datos genómicos y otros datos biológicos.
    • Biología computacional : el desarrollo y la aplicación de métodos teóricos y analíticos de datos, modelos matemáticos y técnicas de simulación computacional al estudio de la biología.
  • Biolingüística : el estudio de la biología y la evolución del lenguaje.
  • Biomecánica : el estudio de la mecánica de los seres vivos.
  • Investigación biomédica : el estudio de la salud y la enfermedad.
  • Biofísica : el estudio de los procesos biológicos mediante la aplicación de las teorías y métodos empleados tradicionalmente en las ciencias físicas.
  • Biotecnología : el estudio de la manipulación de la materia viva, incluida la modificación genética y la biología sintética.
    • Biología sintética : investigación que integra biología e ingeniería; construcción de funciones biológicas que no se encuentran en la naturaleza
  • Botánica : el estudio de las plantas
    • Palinología : el estudio del polen
    • Ficología : el estudio científico de las algas
    • Fitopatología : el estudio de las enfermedades de las plantas (también llamada fitopatología )
    • Fisiología vegetal : se ocupa del funcionamiento o fisiología de las plantas.
    • Astrobotánica : el estudio de las plantas en el espacio
  • Biología celular : el estudio de la célula como una unidad completa y las interacciones moleculares y químicas que ocurren dentro de una célula viva.
  • Cronobiología : el estudio de eventos periódicos en sistemas vivos.
  • Biología cognitiva : el estudio de la cognición
  • Biología de la conservación : el estudio de la preservación, protección o restauración del medio ambiente natural, los ecosistemas naturales, la vegetación y la vida silvestre.
  • Criobiología : el estudio de los efectos de temperaturas inferiores a las preferidas normalmente en los seres vivos.
  • Biología del desarrollo : el estudio de los procesos a través de los cuales se forma un organismo, desde el cigoto hasta la estructura completa.
    • Embriología : el estudio del desarrollo del embrión (desde la fecundación hasta el nacimiento).
    • Biología evolutiva del desarrollo : el estudio de las relaciones ancestrales entre los procesos de desarrollo y cómo evolucionaron.
    • Gerontología : el estudio de los procesos de envejecimiento.
    • Teratología : el estudio de las anomalías del desarrollo fisiológico.
  • Ecología : el estudio de las interacciones de los organismos vivos entre sí y con los elementos no vivos de su entorno.
  • Biología evolutiva : el estudio del origen y la descendencia de las especies a lo largo del tiempo.
  • Genética : el estudio de los genes y la herencia.
    • Genómica : el estudio de los genomas
    • Epigenética : el estudio de los cambios hereditarios en la expresión génica o el fenotipo celular causados ​​por mecanismos distintos a los cambios en la secuencia de ADN subyacente.
    • Genética molecular : el estudio de cómo las diferencias en las estructuras o la expresión del ADN se manifiestan como variaciones entre organismos.
  • Inmunología : el estudio del sistema inmunológico.
  • Biología marina (u oceanografía biológica): el estudio de los ecosistemas oceánicos, las plantas, los animales y otros seres vivos.
  • Microbiología : el estudio de organismos microscópicos (microorganismos) y sus interacciones con otros seres vivos.
    • Bacteriología : el estudio de las bacterias
    • Parasitología : el estudio de los parásitos y el parasitismo.
    • Virología : el estudio de virus y algunos otros agentes similares a los virus.
  • Biología molecular : el estudio de la biología y las funciones biológicas a nivel molecular, algunos cruzan con la bioquímica.
  • Micología : el estudio de los hongos
  • Nanobiología : la aplicación de la nanotecnología en la investigación biológica y el estudio de organismos vivos y partes en el nivel de organización a nanoescala.
  • Neurociencia : el estudio del sistema nervioso.
  • Paleontología : el estudio de fósiles y, a veces, evidencia geográfica de la vida prehistórica.
  • Patobiología o patología : el estudio de enfermedades y las causas, procesos, naturaleza y desarrollo de la enfermedad.
  • Farmacología : el estudio de las interacciones entre fármacos y organismos.
  • Ficología : el estudio de las algas y otras algas.
  • Fisiología : el estudio de las funciones y mecanismos que ocurren en los organismos vivos.
  • Psicobiología : la aplicación de métodos tradicionalmente utilizados en biología para estudiar el comportamiento de los animales humanos y no humanos.
  • Biología cuántica : el estudio del papel de los fenómenos cuánticos en los procesos biológicos.
  • Sociobiología : el estudio del comportamiento social en términos de evolución.
  • Biología de sistemas : el estudio de interacciones complejas dentro de sistemas biológicos a través de un enfoque holístico.
  • Biología estructural : una rama de la biología molecular , la bioquímica y la biofísica que se ocupa de la estructura molecular de las macromoléculas biológicas.
  • Biología teórica : la rama de la biología que emplea abstracciones y modelos matemáticos para explicar los fenómenos biológicos.
  • Zoología : el estudio de los animales, incluida la clasificación, fisiología, desarrollo, evolución y comportamiento, que incluye:
    • Carcinología : el estudio de los crustáceos.
    • Etología : el estudio del comportamiento animal.
    • Entomología : el estudio de insectos y otros artrópodos.
    • Herpetología : el estudio de reptiles y anfibios.
    • Ictiología : el estudio de los peces
    • Malacología : el estudio de los moluscos
    • Mammalogy : el estudio de los mamíferos
    • Ornitología : el estudio de las aves

Ver también

  • Biología en la ficción
  • Glosario de biología
  • Lista de sitios web biológicos
  • Lista de biólogos
  • Lista de revistas de biología
  • Lista de temas de biología
  • Lista de ciencias de la vida
  • Lista de temas ómicos en biología
  • Asociación Nacional de Profesores de Biología
  • Esquema de biología
  • Tabla periódica de las ciencias de la vida en las cuatro preguntas de Tinbergen
  • Reproducción
  • Turismo científico
  • Terminología de la biología

Notas

  1. ^ Para obtener una lista más detallada, consulte Esquema de biología .

Referencias

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enlaces externos

  • Biología en Curlie
  • Phylocode de OSU
  • Biología en línea - Diccionario Wiki
  • Serie de video conferencias del MIT sobre biología
  • El árbol de la vida : un proyecto de Internet distribuido de varios autores que contiene información sobre filogenia y biodiversidad.

Enlaces de revistas

  • PLos Biology Una revista de acceso abierto revisada por pares publicada por la Biblioteca Pública de Ciencias
  • Current Biology : Revista general que publica investigaciones originales de todas las áreas de la biología.
  • Biology Letters : unarevista de alto impacto de la Royal Society que publicaartículos de biología revisados ​​por pares de interés general
  • Science :Revista científica de la AAAS de renombre internacional; consulte las secciones de ciencias de la vida.
  • Revista internacional de ciencias biológicas : una revista biológica que publica importantes artículos científicos revisados ​​por pares.
  • Perspectivas en biología y medicina : unarevista académica interdisciplinaria que publica ensayos de amplia relevancia