La biología es el estudio científico de la vida . [1] [2] [3] Es una ciencia natural con un alcance amplio, pero tiene varios temas unificadores que la unen como un campo único y coherente. [1] [2] [3] Por ejemplo, todos los organismos vivos están formados por células que procesan información hereditaria codificada en genes , que puede transmitirse a las generaciones futuras. Otro tema importante es la evolución , que explica la unidad y diversidad de la vida. [1] [2] [3] Finalmente, todos los organismos vivosrequieren energía para moverse, crecer y reproducirse, así como para regular su propio entorno interno. [1] [2] [3] [4] [5]
Los biólogos pueden estudiar la vida en múltiples niveles de organización . [1] Desde la biología molecular de una célula hasta la anatomía y fisiología de plantas y animales , y la evolución de poblaciones . [1] [6] Por lo tanto, existen múltiples subdisciplinas dentro de la biología, cada una definida por la naturaleza de sus preguntas de investigación y las herramientas que utilizaron. [7] [8] [9] Como otros científicos , los biólogos usan el método científico para hacer observaciones , plantear preguntas, generar hipótesis y realizar experimentos para satisfacer su curiosidad sobre el mundo que los rodea. [1]
La vida en la Tierra , que surgió antes de hace 3.700 millones de años, [10] es inmensamente diversa. Los biólogos han buscado estudiar y clasificar las diversas formas de vida, desde organismos procariotas como arqueas y bacterias hasta organismos eucariotas como protistas , hongos , plantas y animales . Estos diversos organismos vivos contribuyen a la biodiversidad de un ecosistema , donde desempeñan funciones especializadas en el intercambio de energía y nutrientes .
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". [11] [12] 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 Burdach utilizó 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: [13]
- 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
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 . [14] [15] Si bien el estudio formal de la medicina se remonta al Egipto faraónico , fue Aristóteles (384–322 a. C.) quien 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 . [dieciséis]
Los eruditos del mundo islámico medieval que escribieron sobre biología incluyeron al-Jahiz (781–869), Al-Dīnawarī (828–896), que escribió sobre botánica, [17] 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 . [18]
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 . [19] [20]
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. [21] 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 . [22]
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. [24] 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. [25] 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, quien forjó una teoría evolutiva más exitosa basada en sobre selección natural ; Un razonamiento y pruebas similares llevaron a Alfred Russel Wallace a llegar de forma independiente a las mismas conclusiones. [26] [27] 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.
La base de la genética moderna comenzó con el trabajo de Gregor Mendel , quien presentó su trabajo, " Versuche über Pflanzenhybriden " (" Experimentos sobre hibridación de plantas "), en 1865, [28] que esbozó los principios de la herencia biológica, sirviendo como base para la genética moderna. [29] Sin embargo, la importancia de su trabajo no se comprendió hasta principios del siglo XX cuando la evolución se convirtió en una teoría unificada cuando la síntesis moderna reconcilió la evolución darwiniana con la genética clásica . [30] En la década de 1940 y principios de la de 1950, una serie de experimentos de Alfred Hershey y Martha Chase señalaron al ADN como 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 por James Watson y Francis Crick 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 por Har 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, [31] 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.
Biología moderna
Base química
Átomos y moléculas
Todos los organismos vivos están formados por materia y toda la materia está formada por elementos . [32] El oxígeno , el carbono , el hidrógeno y el nitrógeno son los cuatro elementos que representan el 96% de todos los organismos vivos, y el calcio , fósforo , azufre , sodio , cloro y magnesio representan el 3,7% restante. [32] Se pueden combinar diferentes elementos para formar compuestos como el agua, que es fundamental para la vida. [32] La vida en la Tierra comenzó a partir del agua y permaneció allí durante aproximadamente tres mil millones de años antes de migrar a la tierra. [33] La materia puede existir en diferentes estados como sólido , líquido o gas .
La unidad más pequeña de un elemento es un átomo , que está compuesto por un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El núcleo está formado por uno o más protones y varios neutrones . Los átomos individuales pueden mantenerse unidos mediante enlaces químicos para formar moléculas y compuestos iónicos. [32] Los tipos comunes de enlaces químicos incluyen enlaces iónicos , enlaces covalentes y enlaces de hidrógeno . El enlace iónico implica la atracción electrostática entre iones con carga opuesta , o entre dos átomos con electronegatividades marcadamente diferentes , [34] y es la interacción principal que ocurre en los compuestos iónicos . Los iones son átomos (o grupos de átomos) con carga electrostática. Los átomos que obtienen electrones producen iones con carga negativa (llamados aniones ), mientras que los que pierden electrones producen iones con carga positiva (llamados cationes ).
A diferencia de los enlaces iónicos, un enlace covalente implica el intercambio de pares de electrones entre átomos . Estos pares de electrones y el equilibrio estable de fuerzas atractivas y repulsivas entre átomos, cuando comparten electrones , se conocen como enlaces covalentes. [35]
Un enlace de hidrógeno es principalmente una fuerza de atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo o grupo más electronegativo , como el oxígeno. Un ejemplo omnipresente de un enlace de hidrógeno se encuentra entre las moléculas de agua . En una molécula de agua discreta, hay dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Dos moléculas de agua pueden formar un enlace de hidrógeno entre ellas. Cuando hay más moléculas presentes, como es el caso del agua líquida, son posibles más enlaces porque el oxígeno de una molécula de agua tiene dos pares de electrones solitarios, cada uno de los cuales puede formar un enlace de hidrógeno con un hidrógeno en otra molécula de agua.
Compuestos orgánicos
Con la excepción del agua, casi todas las moléculas que componen cada organismo vivo contienen carbono. [36] [37] El carbono puede formar cadenas muy largas de enlaces carbono-carbono de interconexión , que son fuertes y estables. La forma más simple de una molécula orgánica es el hidrocarburo , que es una gran familia de compuestos orgánicos que se componen de átomos de hidrógeno unidos a una cadena de átomos de carbono. Un esqueleto de hidrocarburo puede estar sustituido por otros átomos. Cuando se combina con otros elementos como oxígeno , hidrógeno , fósforo y azufre , el carbono puede formar muchos grupos de compuestos biológicos importantes como azúcares , grasas , aminoácidos y nucleótidos .
Macromoléculas
Moléculas como azúcares, aminoácidos y nucleótidos pueden actuar como unidades únicas repetidas llamadas monómeros para formar moléculas en forma de cadena llamadas polímeros a través de un proceso químico llamado condensación . [38] Por ejemplo, los aminoácidos pueden formar polipéptidos, mientras que los nucleótidos pueden formar cadenas de ADN o ARN . Los polímeros forman tres de las cuatro macromoléculas ( polisacáridos , lípidos , proteínas y ácidos nucleicos ) que se encuentran en todos los organismos vivos. Cada macromolécula juega un papel especializado dentro de cualquier célula dada. Algunos polisacáridos, por ejemplo, pueden funcionar como material de almacenamiento que puede hidrolizarse para proporcionar azúcar a las células. Los lípidos son la única clase de macromoléculas que no están formadas por polímeros y los lípidos biológicamente más importantes son las grasas , los fosfolípidos y los esteroides . [38] Las proteínas son las más diversas de las macromoléculas, que incluyen enzimas , proteínas de transporte , grandes moléculas de señalización , anticuerpos y proteínas estructurales . Finalmente, los ácidos nucleicos almacenan, transmiten y expresan información hereditaria. [38]
Células
La teoría celular establece que las células son las unidades fundamentales 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 . [39] La mayoría de las células son muy pequeñas, con diámetros que van de 1 a 100 micrómetros y por lo tanto son accesibles solamente bajo una luz o de microscopio electrónico . [40] Generalmente hay dos tipos de células: células eucariotas , que contienen un núcleo , y células procariotas , que no lo tienen. Los procariotas son organismos unicelulares como las bacterias , mientras que los eucariotas pueden ser unicelulares o multicelulares . En los organismos multicelulares , cada célula del cuerpo del organismo se deriva en última instancia de una sola célula en un óvulo fertilizado .
Estructura celular
Cada célula está encerrada dentro de una membrana celular que separa su citoplasma del espacio extracelular . [41] Una membrana celular consta de una bicapa lipídica , que incluye colesteroles que se asientan entre los fosfolípidos para mantener su fluidez a diversas temperaturas. Las membranas celulares son semipermeables , lo que permite el paso de pequeñas moléculas como el oxígeno, el dióxido de carbono y el agua, al tiempo que restringe el movimiento de moléculas más grandes y partículas cargadas como los iones . [42] Las membranas celulares también contienen proteínas de membrana , incluidas proteínas de membrana integrales que atraviesan la membrana y sirven como transportadores de membrana , y proteínas periféricas que se adhieren libremente al lado externo de la membrana celular, actuando como enzimas que dan forma a la célula. [43] Las membranas celulares están involucradas en varios procesos celulares como la adhesión celular , el almacenamiento de energía eléctrica y la señalización celular, y sirven como superficie de unión para varias estructuras extracelulares como la pared celular , el glucocáliz y el citoesqueleto .
Dentro del citoplasma de una célula, hay muchas biomoléculas como proteínas y ácidos nucleicos . [44] Además de las biomoléculas, las células eucariotas tienen estructuras especializadas llamadas orgánulos que tienen sus propias bicapas lipídicas o son unidades espaciales. Estos orgánulos incluyen el núcleo celular, que contiene la información genética de una célula, o las mitocondrias , que generan trifosfato de adenosina (ATP) para impulsar los procesos celulares. Otros orgánulos como el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi juegan un papel en la síntesis y empaquetamiento de proteínas, respectivamente. Las biomoléculas, como las proteínas, pueden ser engullidas por lisosomas , otro orgánulo especializado. Las células vegetales tienen orgánulos adicionales que las distinguen de las células animales , como la pared celular , los cloroplastos y la vacuola .
Metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que sustentan la vida en los organismos . Los tres propósitos principales del metabolismo son: la conversión de alimentos en energía para ejecutar procesos celulares; la conversión de alimentos / combustible en componentes básicos para proteínas , lípidos , ácidos nucleicos y algunos carbohidratos ; y la eliminación de desechos metabólicos . Estas enzimas reacciones catalizada permiten a los organismos crecer y reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su medio ambiente. Las reacciones metabólicas pueden clasificarse como catabólicas : la descomposición de compuestos (por ejemplo, la descomposición de glucosa en piruvato mediante la respiración celular ); o anabólico : la formación ( síntesis ) de compuestos (como proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos). Por lo general, el catabolismo libera energía y el anabolismo consume energía.
Las reacciones químicas del metabolismo se organizan en vías metabólicas , en las que una sustancia química se transforma a través de una serie de pasos en otra sustancia química, cada paso es facilitado por una enzima específica . Las enzimas son cruciales para el metabolismo porque permiten que los organismos impulsen reacciones deseables que requieren energía que no ocurrirán por sí mismos, al acoplarlas a reacciones espontáneas que liberan energía. Las enzimas actúan como catalizadores (permiten que una reacción se desarrolle más rápidamente) y también permiten la regulación de la velocidad de una reacción metabólica, por ejemplo, en respuesta a cambios en el entorno celular oa señales de otras células.
Respiración celular
La respiración celular es un conjunto de reacciones y procesos metabólicos que tienen lugar en las células de los organismos para convertir la energía química de las moléculas de oxígeno [45] o nutrientes en trifosfato de adenosina (ATP) y luego liberar productos de desecho. [46] Las reacciones involucradas en la respiración son reacciones catabólicas , que rompen moléculas grandes en otras más pequeñas, liberando energía porque los enlaces débiles de alta energía, en particular en el oxígeno molecular, [47] son reemplazados por enlaces más fuertes en los productos. La respiración es una de las formas clave en que una célula libera energía química para impulsar la actividad celular. La reacción general ocurre en una serie de pasos bioquímicos, algunos de los cuales son reacciones redox . Aunque la respiración celular es técnicamente una reacción de combustión , claramente no se parece a una cuando ocurre en una célula viva debido a la liberación lenta y controlada de energía de la serie de reacciones.
Los nutrientes que comúnmente usan las células animales y vegetales en la respiración incluyen azúcar , aminoácidos y ácidos grasos , y el agente oxidante más común que proporciona la mayor parte de la energía química es el oxígeno molecular (O 2 ). [45] La energía química almacenada en ATP (el enlace de su tercer grupo fosfato con el resto de la molécula se puede romper permitiendo que se formen productos más estables, liberando así energía para que la use la célula) se puede utilizar para impulsar procesos que requieran energía, incluida la biosíntesis , la locomoción o el transporte de moléculas a través de las membranas celulares .
Sin oxígeno, el piruvato ( ácido pirúvico ) no se metaboliza mediante la respiración celular, sino que se somete a un proceso de fermentación. El piruvato no se transporta a la mitocondria, sino que permanece en el citoplasma, donde se convierte en productos de desecho que pueden eliminarse de la célula. Esto sirve para oxidar los portadores de electrones para que puedan realizar nuevamente la glucólisis y eliminar el exceso de piruvato. La fermentación oxida el NADH a NAD + para que pueda reutilizarse en la glucólisis. En ausencia de oxígeno, la fermentación evita la acumulación de NADH en el citoplasma y proporciona NAD + para la glucólisis. Este producto de desecho varía según el organismo. En los músculos esqueléticos, el producto de desecho es el ácido láctico . Este tipo de fermentación se llama fermentación del ácido láctico . En el ejercicio extenuante, cuando las demandas de energía superan el suministro de energía, la cadena respiratoria no puede procesar todos los átomos de hidrógeno unidos por NADH. Durante la glucólisis anaeróbica, NAD + se regenera cuando los pares de hidrógeno se combinan con el piruvato para formar lactato. La formación de lactato es catalizada por lactato deshidrogenasa en una reacción reversible. El lactato también se puede utilizar como precursor indirecto del glucógeno hepático. Durante la recuperación, cuando el oxígeno está disponible, el NAD + se une al hidrógeno del lactato para formar ATP. En la levadura, los productos de desecho son etanol y dióxido de carbono . Este tipo de fermentación se conoce como fermentación alcohólica o etanólica . El ATP generado en este proceso se produce mediante fosforilación a nivel de sustrato , que no requiere oxígeno.
Fotosíntesis
La fotosíntesis es un proceso que utilizan las plantas y otros organismos para convertir la energía luminosa en energía química que, a través de la respiración celular , puede liberarse posteriormente para alimentar las actividades metabólicas del organismo. Esta energía química se almacena en moléculas de carbohidratos , como azúcares , que se sintetizan a partir del dióxido de carbono y el agua ; de ahí el nombre fotosíntesis , del griego phōs ( φῶς ), "luz" y sunthesis ( σύνθεσις ), "juntar". [48] [49] [50] En la mayoría de los casos, el oxígeno también se libera como producto de desecho. La mayoría de las plantas , algas y cianobacterias realizan la fotosíntesis, que es en gran parte responsable de producir y mantener el contenido de oxígeno de la atmósfera terrestre y suministra la mayor parte de la energía necesaria para la vida en la Tierra. [51]
El proceso de fotosíntesis siempre comienza cuando la energía de la luz es absorbida por proteínas llamadas centros de reacción que contienen pigmentos de clorofila verde . En las plantas, estas proteínas se mantienen dentro de orgánulos llamados cloroplastos , que son más abundantes en las células de las hojas, mientras que en las bacterias están incrustadas en la membrana plasmática . En estas reacciones dependientes de la luz, se utiliza algo de energía para extraer electrones de sustancias adecuadas, como el agua, produciendo oxígeno gaseoso. El hidrógeno liberado por la división del agua se utiliza en la creación de otros dos compuestos que sirven como reservas de energía a corto plazo, lo que permite su transferencia para impulsar otras reacciones: estos compuestos son fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido (NADPH) y trifosfato de adenosina ( ATP), la "moneda energética" de las células.
En las plantas, las algas y las cianobacterias, el almacenamiento de energía a largo plazo en forma de azúcares se produce mediante una secuencia posterior de reacciones independientes de la luz llamada ciclo de Calvin . En el ciclo de Calvin, el dióxido de carbono atmosférico se incorpora a compuestos orgánicos de carbono ya existentes, como el bisfosfato de ribulosa (RuBP). [52] Utilizando el ATP y el NADPH producidos por las reacciones dependientes de la luz, los compuestos resultantes se reducen y eliminan para formar más carbohidratos, como la glucosa . En otras bacterias, se utilizan diferentes mecanismos como el ciclo inverso de Krebs para lograr el mismo fin.
Genética
La genética es la ciencia de los genes , la herencia y la variación de organismos . [53] [54] Proporciona herramientas de investigación utilizadas en la investigación de la función de un gen en particular, o el análisis de interacciones genéticas .
Ciclo celular
El ciclo celular es una serie de eventos que tienen lugar en una célula y hacen que se divida en dos células hijas. Estos eventos incluyen la duplicación de su ADN ( replicación del ADN ) y algunos de sus orgánulos , y posteriormente la partición de su citoplasma y otros componentes en dos células hijas en un proceso llamado división celular .
En las células con núcleo ( eucariotas ) (es decir, células animales , vegetales , fúngicas y protistas ), el ciclo celular se divide en dos etapas principales: interfase y fase mitótica (M) (incluidas la mitosis y la citocinesis ). Durante la interfase, la célula crece, acumula los nutrientes necesarios para la mitosis y replica su ADN y algunos de sus orgánulos. Durante la fase mitótica, los cromosomas, orgánulos y citoplasma replicados se separan en dos nuevas células hijas. Para garantizar la replicación adecuada de los componentes celulares y la división, existen mecanismos de control conocidos como puntos de control del ciclo celular después de cada uno de los pasos clave del ciclo que determinan si la célula puede avanzar a la siguiente fase. En las células sin núcleo ( procariotas ) (es decir, bacterias y arqueas ), el ciclo celular se divide en los períodos B, C y D. El período B se extiende desde el final de la división celular hasta el comienzo de la replicación del ADN. La replicación del ADN ocurre durante el período C. El período D se refiere a la etapa entre el final de la replicación del ADN y la división de la célula bacteriana en dos células hijas. [55]
El ciclo celular es un proceso vital mediante el cual un óvulo fecundado unicelular se convierte en un organismo maduro, así como el proceso mediante el cual se renuevan el cabello , la piel , las células sanguíneas y algunos órganos internos . Después de la división celular, cada una de las células hijas comienza la interfase de un nuevo ciclo. Aunque las diversas etapas de la interfase no suelen distinguirse morfológicamente, cada fase del ciclo celular tiene un conjunto distinto de procesos bioquímicos especializados que preparan a la célula para el inicio de la división celular.
En todos los organismos que se reproducen sexualmente, la replicación del ADN es seguida por dos rondas de un tipo especial de división celular llamado meiosis , que produce cuatro células hijas, cada una con la mitad del número de cromosomas que la célula madre original. [56] Las dos divisiones meióticas son la meiosis I y la meiosis II. La meiosis produce gametos haploides (óvulos o espermatozoides) que contienen un conjunto de 23 cromosomas. Cuando dos gametos (un óvulo y un espermatozoide) se fusionan, el cigoto resultante vuelve a ser diploide, y la madre y el padre contribuyen cada uno con 23 cromosomas. Este mismo patrón, pero no el mismo número de cromosomas, ocurre en todos los organismos que utilizan la meiosis.
Herencia
La genética clásica comenzó con los experimentos de Gregor Mendel que formularon y definieron un concepto biológico fundamental conocido como herencia mendeliana, que es el proceso por el cual los genes y rasgos se transmiten de un conjunto de padres a su descendencia. Basado en su trabajo con plantas de guisantes, Mendel estableció varios principios de herencia. La primera es que las características genéticas son discretas (p. Ej., Púrpura frente a blanco o alto frente a enano). Las características genéticas, que ahora se denominan alelos , tienen formas alternativas, cada una heredada de uno de los dos padres. Un alelo es dominante sobre el otro. El fenotipo refleja el alelo dominante. Los gametos se crean por segregación aleatoria. Los individuos heterocigóticos producen gametos con la misma frecuencia de dos alelos. Los diferentes rasgos tienen un surtido independiente. En términos modernos, los genes están desvinculados.
Mendel propuso tres leyes de herencia. La primera es la Ley de dominancia y uniformidad , que establece que algunos alelos son dominantes mientras que otros son recesivos; un organismo con al menos un alelo dominante mostrará el efecto del alelo dominante. [57] Luego está la Ley de segregación , que establece que durante la formación de gametos, los alelos de cada gen se segregan entre sí, de modo que cada gameto lleva solo un alelo para cada gen. Por último, existe la Ley de distribución independiente , que establece que los genes de diferentes rasgos pueden segregarse de forma independiente durante la formación de gametos.
La expresion genica
Un gen es una unidad hereditaria que corresponde a una región del ADN que influye en la forma o función de un organismo de formas específicas. 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 llamado nucleoide . [58] 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 . [59] 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 expresión génica es el proceso mediante el cual la información de un gen se utiliza en la síntesis de un producto génico funcional que le permite producir productos finales, proteínas o ARN no codificantes , y finalmente afectar un fenotipo , como efecto final. Este proceso lo utilizan todos los seres vivos , eucariotas (incluidos los organismos multicelulares ), procariotas ( bacterias y arqueas ) y los virus, para generar la maquinaria macromolecular para la vida. Los productos genéticos son a menudo proteínas , pero en genes que no codifican proteínas, como el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN nuclear pequeño (ARNnn) , el producto es un ARN funcional no codificante . La expresión génica se resume en el dogma central de la biología molecular formulado por primera vez por Francis Crick en 1958, [60] desarrollado en su artículo de 1970, [61] y ampliado por los descubrimientos posteriores de la transcripción inversa [62] [63] [64] y replicación de ARN . [65] Todos los pasos del proceso de expresión génica pueden modularse (regularse), incluida la transcripción , el corte y empalme del ARN , la traducción y la modificación postraduccional de una proteína. La regulación de la expresión génica permite controlar el tiempo, la ubicación y la cantidad de un producto génico determinado (proteína o ARNc) presente en una célula y puede tener un efecto profundo en la estructura y función celular.
Biotecnología
La biotecnología es el uso de células u organismos vivos para desarrollar productos para humanos. [66] Incluye áreas y técnicas como la genómica , el ADN recombinante y la biología sintética . El uso de la biotecnología tiene amplias aplicaciones, como la creación de proteínas de utilidad médica o la mejora del cultivo de plantas y la cría de animales. [66]
Evolución
Un concepto organizativo central en biología es que la vida cambia y se desarrolla a través de la evolución, y que toda la vida en la Tierra , tanto viva como extinta, desciende de un último ancestro común universal que vivió hace unos 3.500 millones de años . [67] [68] Los biólogos consideran la ubicuidad del código genético como evidencia de un origen común universal para todas las bacterias , arqueas y eucariotas . [69] La evolución se utiliza ahora para explicar las grandes variaciones de la vida en la Tierra.
Procesos evolutivos
El término evolución fue introducido en el léxico científico por Jean-Baptiste de Lamarck en 1809, [70] y cincuenta años más tarde Charles Darwin y Alfred Russel Wallace formularon la teoría de la evolución por selección natural. [71] [72] [73] [74] De acuerdo con esta teoría, los individuos difieren entre sí con respecto a sus rasgos hereditarios, lo que resulta en diferentes tasas de supervivencia y reproducción. Como resultado, es más probable que los rasgos que se adapten mejor a su entorno se transmitan a las generaciones posteriores. [75] [76] Darwin no estaba al tanto del trabajo de herencia de Mendel y, por lo tanto, el mecanismo exacto de la herencia que subyace a la selección natural no se entendió bien [77] hasta principios del siglo XX, cuando la síntesis moderna reconcilió la evolución darwiniana con la genética clásica . que estableció una perspectiva neodarwiniana de la evolución por selección natural. [78] Esta perspectiva sostiene que la evolución ocurre cuando hay cambios en las frecuencias alélicas dentro de una población de organismos cruzados. En ausencia de cualquier proceso evolutivo que actúe sobre una gran población de apareamiento aleatorio, las frecuencias alélicas permanecerán constantes a lo largo de las generaciones, como se describe en el principio de Hardy-Weinberg . [79]
Otro proceso que impulsa la evolución es la deriva genética , que son las fluctuaciones aleatorias de las frecuencias alélicas dentro de una población de una generación a la siguiente. [80] Cuando las fuerzas selectivas están ausentes o son relativamente débiles, es igualmente probable que las frecuencias alélicas se desvíen hacia arriba o hacia abajo en cada generación sucesiva porque los alelos están sujetos a errores de muestreo . [81] Esta deriva se detiene cuando un alelo finalmente se fija, ya sea desapareciendo de la población o reemplazando los otros alelos por completo. Por lo tanto, la deriva genética puede eliminar algunos alelos de una población debido únicamente al azar.
Especiación
La especiación es el proceso evolutivo mediante el cual las poblaciones evolucionan para convertirse en especies distintas . Todas las formas de especiación natural han tenido lugar a lo largo de la evolución . [82] Hay varios modos de especiación tales especiación alopátrica , especiación peripátrica , especiación parapatric , y la especiación simpátrica .
La historia evolutiva de una 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 . Se pueden utilizar enfoques muy variados para generar información sobre filogenia, como comparaciones de secuencias de ADN y fósiles de organismos antiguos. [83] Múltiples eventos de especiación crean un sistema estructurado de árbol de relaciones entre especies.
Historia de vida
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(hace millones de años ) |
La historia de la vida en la Tierra rastrea los procesos mediante los cuales los organismos han evolucionado desde la aparición más temprana de la vida hasta la actualidad. La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y la vida surgió antes de 3.700 millones de años. [10] [84] [85] Las similitudes entre todas las especies conocidas actuales indican que han divergido a través del proceso de evolución de un ancestro común . [86]
Las esteras microbianas de bacterias y arqueas coexistentes eran la forma de vida dominante en la época arcaica temprana y se cree que muchos de los pasos principales en la evolución temprana tuvieron lugar en este entorno. [87] La evidencia más temprana de eucariotas data de hace 1.850 millones de años, [88] [89] y aunque pueden haber estado presentes antes, su diversificación se aceleró cuando comenzaron a usar oxígeno en su metabolismo . Más tarde, hace alrededor de 1.700 millones de años, comenzaron a aparecer organismos multicelulares , con células diferenciadas que realizaban funciones especializadas. [90]
Las plantas terrestres multicelulares similares a las algas se remontan incluso a hace unos mil millones de años, [91] aunque la evidencia sugiere que los microorganismos formaron los primeros ecosistemas terrestres , hace al menos 2.700 millones de años. [92] Se cree que los microorganismos allanaron el camino para el inicio de las plantas terrestres en el período Ordovícico . Las plantas terrestres tuvieron tanto éxito que se cree que contribuyeron al evento de extinción del Devónico tardío . [93]
La biota de Ediacara aparece durante el período Ediacárico , [94] mientras que los vertebrados , junto con la mayoría de los demás filos modernos, se originaron hace unos 525 millones de años durante la explosión del Cámbrico . [95] Durante el período Pérmico , los sinápsidos , incluidos los antepasados de los mamíferos , dominaron la tierra, [96] pero la mayor parte de este grupo se extinguió en el evento de extinción Pérmico-Triásico hace 252 millones de años. [97] Durante la recuperación de esta catástrofe, los arcosaurios se convirtieron en los vertebrados terrestres más abundantes; [98] un grupo de arcosaurios, los dinosaurios , dominó los períodos Jurásico y Cretácico . [99] Después de que el evento de extinción del Cretácico-Paleógeno hace 66 millones de años mató a los dinosaurios no aviares, [100] los mamíferos aumentaron rápidamente en tamaño y diversidad . [101] Tales extinciones masivas pueden haber acelerado la evolución al brindar oportunidades para que nuevos grupos de organismos se diversifiquen. [102]
Diversidad
Filogenias
El sistema de clasificación dominante se llama taxonomía de Linneo , que incluye rangos y nomenclatura binomial . Tradicionalmente, los seres vivos se han dividido en cinco reinos: Monera ; Protista ; Hongos ; Plantae ; Animalia . [103] 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 ). [104] Estos dominios reflejan si las células tienen núcleos o no, así como las diferencias en la composición química de biomoléculas clave como los ribosomas . [104]
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" [105] 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 son Homo sapiens , con Homo como género y sapiens como especie. Por convención, los nombres científicos están en cursiva, con solo la primera letra del género en mayúscula. [106] [107]
Bacterias y arqueas
Las bacterias son un tipo de célula biológica . Constituyen un gran dominio de microorganismos procarióticos . Por lo general, de unos pocos micrómetros de longitud, las bacterias tienen varias formas , que van desde esferas hasta varillas y espirales . Las bacterias estuvieron entre las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra y están presentes en la mayoría de sus hábitats . Las bacterias habitan suelo, agua, aguas termales ácidas , los residuos radiactivos , [108] y la biosfera profunda de la corteza terrestre . Las bacterias también viven en relaciones simbióticas y parasitarias con plantas y animales. La mayoría de las bacterias no se han caracterizado y solo alrededor del 27 por ciento de los filos bacterianos tienen especies que se pueden cultivar en el laboratorio. [109]
Las arqueas constituyen un dominio de organismos unicelulares . Estos microorganismos carecen de núcleos celulares y, por tanto, son procariotas . Inicialmente, las arqueas se clasificaron como bacterias y recibieron el nombre de arquebacterias (en el reino de las arqueobacterias ), pero este término ha dejado de usarse. [110]
Las células de Archaeal tienen propiedades únicas que las separan de los otros dos dominios , Bacteria y Eukaryota . Las arqueas se dividen además en múltiples filos reconocidos . Las arqueas y las bacterias son generalmente similares en tamaño y forma, aunque algunas arqueas tienen formas muy diferentes, como las células planas y cuadradas de Haloquadratum walsbyi . [111] A pesar de esta similitud morfológica con las bacterias, las arqueas poseen genes y varias vías metabólicas que están más estrechamente relacionadas con las de los eucariotas, en particular para las enzimas involucradas en la transcripción y traducción . Otros aspectos de la bioquímica de las arqueas son únicos, como su dependencia de los éter lípidos en sus membranas celulares , [112] incluidos los arqueoles . Las arqueas utilizan más fuentes de energía que los eucariotas: estos van desde compuestos orgánicos , como azúcares, hasta amoníaco , iones metálicos o incluso gas hidrógeno . Las arqueas tolerantes a la sal (las Haloarchaea ) usan la luz solar como fuente de energía y otras especies de arqueas fijan el carbono , pero a diferencia de las plantas y las cianobacterias , ninguna especie conocida de arqueas hace ambas cosas. Las arqueas se reproducen asexualmente por fisión binaria , fragmentación o gemación ; a diferencia de las bacterias, ninguna especie conocida de Archaea forma endosporas .
Las primeras arqueas observadas fueron extremófilos , que vivían en ambientes extremos, como aguas termales y lagos salados sin otros organismos. Las herramientas mejoradas de detección molecular llevaron al descubrimiento de arqueas en casi todos los hábitats , incluidos el suelo, los océanos y las marismas . Las arqueas son particularmente numerosas en los océanos y las arqueas del plancton pueden ser uno de los grupos de organismos más abundantes del planeta.
Las arqueas son una parte importante de la vida de la Tierra . Forman parte de la microbiota de todos los organismos. En el microbioma humano , son importantes en el intestino , la boca y la piel. [113] Su diversidad morfológica, metabólica y geográfica les permite desempeñar múltiples funciones ecológicas: fijación de carbono; ciclos de nitrógeno; rotación de compuestos orgánicos; y el mantenimiento de comunidades microbianas simbióticas y sintróficas , por ejemplo. [114]
Protistas
Los protistas son organismos eucariotas que no son animales , plantas ni hongos . Si bien es probable que los protistas compartan un ancestro común (el último ancestro común eucariota ), [115] la exclusión de otros eucariotas significa que los protistas no forman un grupo o clado natural . [a] Por tanto, algunos protistas pueden estar más estrechamente relacionados con animales, plantas u hongos que con otros protistas; sin embargo, al igual que las algas , los invertebrados o los protozoos , la agrupación se utiliza por conveniencia. [116]
La taxonomía de los protistas sigue cambiando. Las clasificaciones más nuevas intentan presentar grupos monofiléticos basados en información morfológica (especialmente ultraestructural ), [117] [118] [119] bioquímica ( quimiotaxonomía ) [120] [121] y secuencia de ADN ( investigación molecular ). [122] [123] Debido a que los protistas en su conjunto son parafiléticos , los nuevos sistemas a menudo se dividen o abandonan el reino, y en cambio tratan a los grupos protistas como líneas separadas de eucariotas.
Diversidad vegetal
Las plantas son principalmente organismos multicelulares, predominantemente eucariotas fotosintéticos del reino Plantae. La botánica es el estudio de la vida vegetal, que excluiría hongos y algunas algas . Los botánicos han estudiado aproximadamente 410.000 especies de plantas terrestres, de las cuales unas 391.000 especies son plantas vasculares (incluidas aproximadamente 369.000 especies de plantas con flores ), [124] y aproximadamente 20.000 son briófitas . [125]
Las algas son un grupo grande y diverso de organismos eucariotas fotosintéticos . Los organismos incluidos van desde microalgas unicelulares , como Chlorella , Prototheca y las diatomeas , hasta formas multicelulares , como el kelp gigante , un gran alga marrón . La mayoría son acuáticos y autótrofos y carecen de muchos de los distintos tipos de células y tejidos, como los estomas , el xilema y el floema , que se encuentran en las plantas terrestres . Las algas marinas más grandes y complejas se denominan algas marinas , mientras que las formas de agua dulce más complejas son las Charophyta .
Las plantas no vasculares son plantas sin un sistema vascular formado por xilema y floema . En cambio, pueden poseer tejidos más simples que tienen funciones especializadas para el transporte interno de agua. Las plantas vasculares, por otro lado, son un gran grupo de plantas ( c. 300.000 especies conocidas aceptadas) [126] que se definen como plantas terrestres con tejidos lignificados (el xilema ) para conducir agua y minerales por toda la planta. También tienen un tejido no lignificado especializado (el floema ) para realizar productos de la fotosíntesis . Las plantas vasculares incluyen musgos , colas de caballo , helechos , gimnospermas (incluidas las coníferas ) y angiospermas (plantas con flores).
Las plantas de semillas (o espermatofitos) comprenden cinco divisiones, cuatro de las cuales se agrupan como gimnospermas y una es angiospermas. Las gimnospermas incluyen coníferas , cícadas , ginkgo y gnetofitas . Las semillas de gimnospermas se desarrollan en la superficie de las escamas u hojas, que a menudo se modifican para formar conos , o son solitarias como en el tejo , Torreya , Ginkgo . [127] Las angiospermas son el grupo más diverso de plantas terrestres , con 64 órdenes , 416 familias , aproximadamente 13.000 géneros conocidos y 300.000 especies conocidas . [126] Como las gimnospermas , las angiospermas son plantas productoras de semillas . Se distinguen de las gimnospermas por tener características como flores , endospermo dentro de sus semillas y producción de frutos que contienen las semillas.
Hongos
Los hongos son organismos eucariotas que incluyen microorganismos como levaduras y mohos , así como los hongos más familiares . Una característica que coloca a los hongos en un reino diferente al de las plantas, las bacterias y algunos protistas es la quitina en sus paredes celulares . Los hongos, como los animales, son heterótrofos ; adquieren su alimento absorbiendo moléculas disueltas, típicamente secretando enzimas digestivas en su entorno. Los hongos no realizan la fotosíntesis . El crecimiento es su medio de movilidad , a excepción de las esporas (algunas de las cuales están flageladas ), que pueden viajar por el aire o el agua. Los hongos son los principales descomponedores en los sistemas ecológicos. Estas y otras diferencias colocan a los hongos en un solo grupo de organismos relacionados, llamados Eumycota ( hongos verdaderos o Eumycetes ), que comparten un ancestro común (de un grupo monofilético ). Este grupo de hongos es distinto de los mixomicetos (mohos de limo) y oomicetos (mohos de agua) estructuralmente similares .
La mayoría de los hongos pasan desapercibidos debido al pequeño tamaño de sus estructuras y sus crípticos estilos de vida en el suelo o en la materia muerta. Los hongos incluyen simbiontes de plantas, animales u otros hongos y también parásitos . Pueden notarse cuando fructifican , ya sea como hongos o como mohos. Los hongos desempeñan un papel esencial en la descomposición de la materia orgánica y tienen un papel fundamental en el ciclo y el intercambio de nutrientes en el medio ambiente.
El reino de los hongos abarca una enorme diversidad de taxones con ecologías variadas, estrategias de ciclo de vida y morfologías que van desde quítridos acuáticos unicelulares hasta hongos grandes. Sin embargo, se sabe poco de la verdadera biodiversidad de Kingdom Fungi, que se ha estimado en 2,2 millones a 3,8 millones de especies. [128] De estos, solo se han descrito alrededor de 148,000, [129] con más de 8,000 especies conocidas por ser perjudiciales para las plantas y al menos 300 que pueden ser patógenas para los humanos. [130]
Diversidad animal
Los animales son organismos eucariotas multicelulares que forman el reino Animalia. Con pocas excepciones, los animales consumen material orgánico , respiran oxígeno , pueden moverse , pueden reproducirse sexualmente y crecer a partir de una esfera hueca de células , la blástula , durante el desarrollo embrionario . Se han descrito más de 1,5 millones de especies animales vivas, de las cuales alrededor de 1 millón son insectos, pero se ha estimado que hay más de 7 millones de especies animales en total. Tienen interacciones complejas entre sí y con sus entornos, formando intrincadas redes alimenticias .
Las esponjas, los miembros del filo Porifera, son un clado de Metazoa (animal) basal como hermana de los diploblastos . [131] [132] [133] [134] [135] Son organismos multicelulares que tienen cuerpos llenos de poros y canales que permiten que el agua circule a través de ellos, que consisten en mesohilo gelatinoso intercalado entre dos capas delgadas de células .
La mayoría (~ 97%) de las especies animales son invertebrados , [136] que son animales que ni poseen ni desarrollan una columna vertebral (comúnmente conocido como una columna vertebral o espina dorsal ), derivados de la notocorda . Esto incluye a todos los animales excepto al subfilo Vertebrata . Ejemplos familiares de invertebrados incluyen artrópodos ( insectos , arácnidos , crustáceos y miriápodos ), moluscos ( quitones , caracoles , bivalvos , calamares y pulpos ), anélidos ( lombrices y sanguijuelas ) y cnidarios ( hidras , medusas , anémonas de mar y corales). ). Muchos taxones de invertebrados tienen un mayor número y variedad de especies que todo el subfilo de Vertebrata. [137]
En contraste, los vertebrados comprenden todas las especies de animales dentro del subfilo Vertebrata ( cordados con columna vertebral ). Los vertebrados representan la abrumadora mayoría del filo Chordata , con aproximadamente 69,963 especies descritas actualmente . [138] Los vertebrados incluyen grupos tales como peces sin mandíbula , vertebrados con mandíbula como peces cartilaginosos ( tiburones , rayas y peces rata), peces óseos , tetrápodos como anfibios , reptiles , aves y mamíferos .
Virus
Los virus son agentes infecciosos submicroscópicos que se replican dentro de las células vivas de los organismos . [139] Los virus infectan todo tipo de formas de vida , desde animales y plantas hasta microorganismos , incluidas bacterias y arqueas . [140] [141] Se han descrito en detalle más de 6.000 especies de virus [142] Los virus se encuentran en casi todos los ecosistemas de la Tierra y son el tipo más numeroso de entidad biológica. [143] [144]
Cuando se infecta, una célula huésped se ve obligada a producir rápidamente miles de copias idénticas del virus original. Cuando no están dentro de una célula infectada o en el proceso de infectar una célula, los virus existen en forma de partículas independientes o viriones , que consisten en el material genético ( ADN o ARN ), una capa de proteína llamada cápside y, en algunos casos , una capa externa. sobre de lípidos . Las formas de estas partículas de virus varían desde formas helicoidales e icosaédricas simples hasta estructuras más complejas. La mayoría de las especies de virus tienen viriones demasiado pequeños para ser vistos con un microscopio óptico , ya que son una centésima parte del tamaño de la mayoría de las bacterias.
Los orígenes de los virus en la historia evolutiva de la vida no están claros: algunos pueden haber evolucionado a partir de plásmidos, piezas de ADN que pueden moverse entre las células, mientras que otros pueden haber evolucionado a partir de bacterias. En la evolución, los virus son un medio importante de transferencia horizontal de genes , lo que aumenta la diversidad genética de forma análoga a la reproducción sexual . [145] Dado que los virus poseen algunas, pero no todas, las características de la vida, se los ha descrito como "organismos al borde de la vida", [146] y como autorreplicadores . [147]
Los virus se pueden propagar de muchas formas. Una vía de transmisión es a través de organismos portadores de enfermedades conocidos como vectores : por ejemplo, los virus a menudo se transmiten de una planta a otra por insectos que se alimentan de la savia de las plantas , como los pulgones ; y los virus en animales pueden ser transportados por insectos chupadores de sangre . Los virus de la influenza se transmiten al toser y estornudar. El norovirus y el rotavirus , causas comunes de gastroenteritis viral , se transmiten por vía fecal-oral , se transmiten por contacto de las manos a la boca o en los alimentos o el agua. Las infecciones virales en animales provocan una respuesta inmune que generalmente elimina el virus infectante. Las vacunas también pueden producir respuestas inmunitarias , que confieren una inmunidad adquirida artificialmente a la infección viral específica.
Forma y función de la planta
La forma de una planta incluye el estudio de sus órganos y sistemas, mientras que su función implica el estudio de procesos internos como las interacciones moleculares de la fotosíntesis y la difusión interna de agua, minerales y nutrientes en la escala más pequeña. A mayor escala se encuentran los procesos de desarrollo vegetal , estacionalidad , latencia y control reproductivo . [148]
Cuerpo de la planta
La morfología vegetal trata tanto las estructuras vegetativas de las plantas como las estructuras reproductivas. Las estructuras vegetativas (somáticas) de las plantas vasculares incluyen dos sistemas de órganos principales: un sistema de brotes , compuesto de tallos y hojas , y un sistema de raíces . Estos dos sistemas son comunes a casi todas las plantas vasculares y proporcionan un tema unificador para el estudio de la morfología de las plantas.
Por el contrario, las estructuras reproductivas son variadas y suelen ser específicas de un grupo particular de plantas. Las estructuras como flores y frutos solo se encuentran en las angiospermas ; los soros solo se encuentran en los helechos ; y los conos de semillas solo se encuentran en coníferas y otras gimnospermas. Por tanto, los caracteres reproductivos se consideran más útiles para la clasificación de plantas que los caracteres vegetativos.
Nutrición y transporte vegetal
Las diferentes células y tejidos vegetales están especializados física y químicamente para realizar diferentes funciones. Las raíces y los rizoides funcionan para anclar la planta y adquirir minerales en el suelo. Las hojas captan la luz para producir nutrientes. Para que ambos órganos sigan vivos, los minerales que adquieren las raíces deben transportarse a las hojas, y los nutrientes fabricados en las hojas deben transportarse a las raíces. Las plantas han desarrollado una serie de formas de lograr este transporte, como el tejido vascular , y los fisiólogos vegetales estudian el funcionamiento de los distintos modos de transporte. Al igual que los animales, las plantas producen hormonas en una parte de su cuerpo para indicar a las células de otra parte que respondan. Muchas plantas con flores florecen en el momento adecuado debido a compuestos sensibles a la luz que responden a la duración de la noche, un fenómeno conocido como fotoperiodismo . La maduración de la fruta y la pérdida de hojas en el invierno están controladas en parte por la producción del gas etileno por la planta. El estrés causado por la pérdida de agua, los cambios en la química del aire o el hacinamiento de otras plantas puede provocar cambios en la forma en que funciona una planta. Estos cambios pueden verse afectados por factores genéticos, químicos y físicos.
Desarrollo vegetal
El desarrollo de la planta está regulado por señales ambientales y los propios receptores , hormonas y genoma de la planta . [148] Además, tienen varias características que les permiten obtener recursos para el crecimiento y la reproducción como los meristemos , la formación de órganos post-embrionarios y el crecimiento diferencial.
El desarrollo comienza con una semilla , que es una planta embrionaria encerrada en una cubierta exterior protectora . La mayoría de semillas de plantas suelen estar inactivas , una condición en la que se suspende la actividad normal de la semilla. [148] La latencia de la semilla puede durar semanas, meses, años e incluso siglos. La latencia se rompe una vez que las condiciones son favorables para el crecimiento y la semilla comenzará a brotar, un proceso llamado germinación . La imbibición es el primer paso en la germinación, mediante el cual la semilla absorbe el agua. Una vez que se absorbe el agua, la semilla sufre cambios metabólicos mediante los cuales se activan las enzimas y se sintetizan el ARN y las proteínas . Una vez que la semilla germina, obtiene carbohidratos , aminoácidos y pequeños lípidos que sirven como bloques de construcción para su desarrollo. Estos monómeros se obtienen de la hidrólisis de almidón , proteínas y lípidos que se almacenan en los cotiledones o en el endospermo . La germinación se completa una vez que las raíces embrionarias llamadas radícula han emergido de la cubierta de la semilla . En este punto, la planta en desarrollo se llama plántula y su crecimiento está regulado por sus propios fotorreceptores y hormonas. [148]
Reproducción vegetal
La mayoría de las angiospermas (o plantas con flores) participan en la reproducción sexual . [150] Sus flores son órganos que facilitan la reproducción , generalmente proporcionando un mecanismo para la unión de los espermatozoides con los óvulos. Las flores pueden facilitar dos tipos de polinización : autopolinización y polinización cruzada. La autopolinización ocurre cuando el polen de la antera se deposita sobre el estigma de la misma flor u otra flor de la misma planta. La polinización cruzada es la transferencia de polen de la antera de una flor al estigma de otra flor en un individuo diferente de la misma especie. La autopolinización ocurrió en flores donde el estambre y el carpelo maduran al mismo tiempo, y se colocan de manera que el polen pueda caer sobre el estigma de la flor. Esta polinización no requiere una inversión de la planta para proporcionar néctar y polen como alimento para los polinizadores. [151]
Respuestas de la planta
Muchos órganos vegetales contienen diferentes tipos de fotorreceptores , cada uno de los cuales reacciona de manera muy específica a ciertas longitudes de onda de luz. [152] Los fotorreceptores transmiten información como si es de día o de noche, la duración del día, la intensidad de la luz disponible y la fuente de luz. Los brotes generalmente crecen hacia la luz, mientras que las raíces crecen lejos de ella, respuestas conocidas como fototropismo y skototropismo, respectivamente. Son provocados por pigmentos sensibles a la luz como fototropinas y fitocromos y la hormona vegetal auxina . [153]
Además de la luz, las plantas pueden responder a otro tipo de estímulos. Por ejemplo, las plantas pueden sentir la dirección de la gravedad para orientarse correctamente. Pueden responder a la estimulación mecánica. [154]
Para funcionar y sobrevivir, las plantas producen una amplia gama de compuestos químicos que no se encuentran en otros organismos. Debido a que no pueden moverse, las plantas también deben defenderse químicamente de los herbívoros , patógenos y la competencia de otras plantas. Lo hacen produciendo toxinas y productos químicos de mal sabor u olor. Otros compuestos defienden a las plantas contra enfermedades, permiten la supervivencia durante la sequía y preparan las plantas para la latencia, mientras que otros compuestos se utilizan para atraer a los polinizadores o herbívoros para esparcir semillas maduras.
Forma y función animal
El tema de "estructura para funcionar" es fundamental para la biología animal. En anatomía , la atención se centra en las formas macroscópicas de tales estructuras, órganos y sistemas de órganos [156], mientras que en la fisiología animal, la atención se centra en los procesos mecánicos, físicos y bioquímicos que subyacen a la función del animal y sus partes. Los animales individuales comprenden múltiples sistemas de órganos, como los sistemas nervioso , inmunológico , endocrino , respiratorio y circulatorio . Estos sistemas a menudo trabajan juntos para mantener la homeostasis , que es un estado estable en el ambiente interno del animal. Todos los organismos vivos, ya sean unicelulares o multicelulares , exhiben homeostasis. [157]
Nutrición y digestión
La nutrición es el proceso mediante el cual un organismo usa los alimentos para mantener su vida. Incluye ingestión , absorción , asimilación , biosíntesis , catabolismo y excreción . [158] La digestión es la descomposición de grandes moléculas de alimentos insolubles en pequeñas moléculas de alimentos solubles en agua para que puedan ser absorbidas por el plasma sanguíneo . En ciertos organismos, estas sustancias más pequeñas se absorben a través del intestino delgado hacia el torrente sanguíneo . La digestión es una forma de catabolismo que a menudo se divide en dos procesos según cómo se descomponen los alimentos: digestión mecánica y química. La digestión mecánica es la descomposición física de grandes trozos de alimento en trozos más pequeños a los que posteriormente se puede acceder mediante enzimas digestivas . La digestión química involucra enzimas que descomponen los alimentos en pequeñas moléculas que el cuerpo puede usar.
Respiración
El sistema respiratorio consta de órganos y estructuras específicos que se utilizan para el intercambio de gases en animales y plantas . La anatomía y fisiología que hacen que esto suceda varía mucho, dependiendo del tamaño del organismo, el entorno en el que vive y su historia evolutiva. En los animales terrestres, la superficie respiratoria se internaliza como revestimientos de los pulmones . [159] El intercambio de gases en los pulmones ocurre en millones de pequeños sacos de aire; en mamíferos y reptiles estos se denominan alvéolos , y en aves se conocen como atrios . Estos sacos de aire microscópicos tienen un riego sanguíneo muy rico, por lo que el aire entra en estrecho contacto con la sangre. [160] Estos sacos de aire se comunican con el entorno externo a través de un sistema de vías respiratorias o tubos huecos, de los cuales el más grande es la tráquea , que se ramifica en el medio del tórax hacia los dos bronquios principales . Estos ingresan a los pulmones donde se ramifican en bronquios secundarios y terciarios progresivamente más estrechos que se ramifican en numerosos tubos más pequeños, los bronquiolos . En las aves, los bronquiolos se denominan parabronquios . Son los bronquiolos o parabronquios los que generalmente se abren hacia los alvéolos microscópicos en los mamíferos y las aurículas en las aves. El aire tiene que ser bombeado desde el ambiente hacia los alvéolos o las aurículas mediante el proceso de respiración que involucra los músculos de la respiración .
Circulación
El sistema circulatorio permite que la sangre circule y transporte nutrientes (como aminoácidos y electrolitos ), oxígeno , dióxido de carbono , hormonas y células sanguíneas hacia y desde las células del cuerpo para proporcionar nutrición y ayudar a combatir enfermedades , estabilizar la temperatura y el pH. y mantener la homeostasis . El sistema circulatorio comprende la sangre, el corazón y los vasos sanguíneos . [161] Tiene dos componentes, una circulación sistémica y una circulación pulmonar . [162] Mientras que los animales vertebrados tienen un sistema cardiovascular cerrado por el cual la sangre nunca sale de la red de arterias , venas y capilares , algunos animales invertebrados tienen un sistema cardiovascular abierto.
Músculo y movimiento
En los vertebrados, el sistema muscular se compone de esquelético , liso y cardíaco músculos . Permite el movimiento del cuerpo, mantiene la postura y hace circular la sangre por todo el cuerpo. [163] Los sistemas musculares de los vertebrados se controlan a través del sistema nervioso, aunque algunos músculos (como el músculo cardíaco ) pueden ser completamente autónomos. Junto con el sistema esquelético , forma el sistema musculoesquelético , que es responsable del movimiento del cuerpo humano . [164]
Las contracciones del músculo esquelético son neurogénicas ya que requieren entrada sináptica de las neuronas motoras . Una sola motoneurona puede inervar múltiples fibras musculares, lo que hace que las fibras se contraigan al mismo tiempo. Una vez inervados, los filamentos de proteína dentro de cada fibra del músculo esquelético se deslizan entre sí para producir una contracción, que se explica por la teoría del filamento deslizante . La contracción producida puede describirse como una contracción, sumatoria o tétanos, según la frecuencia de los potenciales de acción . A diferencia de los músculos esqueléticos, las contracciones de los músculos lisos y cardíacos son miogénicas, ya que son iniciadas por las propias células del músculo liso o cardíaco en lugar de una neurona motora. Sin embargo, la fuerza de sus contracciones puede modularse mediante la entrada del sistema nervioso autónomo . Los mecanismos de contracción son similares en los tres tejidos musculares.
En invertebrados como las lombrices de tierra y las sanguijuelas , las células de los músculos circulares y longitudinales forman la pared corporal de estos animales y son responsables de su movimiento. [165] En una lombriz de tierra que se mueve a través del suelo, por ejemplo, las contracciones de los músculos circulares y longitudinales ocurren recíprocamente mientras que el fluido celómico sirve como un hidroesqueleto al mantener la turgencia de la lombriz de tierra. [166] Otros animales, como los moluscos y los nematodos , poseen músculos estriados oblicuamente, que contienen bandas de filamentos gruesos y delgados que están dispuestos helicoidalmente en lugar de transversalmente, como en los músculos esqueléticos o cardíacos de los vertebrados. [167] Los insectos avanzados como avispas , moscas , abejas y escarabajos poseen músculos asincrónicos que constituyen los músculos de vuelo en estos animales. [167] Estos músculos voladores a menudo se denominan músculos fibrilares porque contienen miofibrillas gruesas y llamativas. [168]
Sistema nervioso
El sistema nervioso es una parte muy compleja de un animal que coordina sus acciones y la información sensorial transmitiendo señales hacia y desde diferentes partes de su cuerpo. El sistema nervioso detecta cambios ambientales que impactan al cuerpo y luego trabaja en conjunto con el sistema endocrino para responder a tales eventos. [170] A nivel celular, el sistema nervioso se define por la presencia de neuronas , que son células especializadas que transmiten señales a otras células. Envían estas señales en forma de ondas electroquímicas que viajan a lo largo de fibras delgadas llamadas axones , que provocan la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores en las uniones llamadas sinapsis . Una célula que recibe una señal sináptica de una neurona puede excitarse, inhibirse o modularse de otro modo. Las conexiones entre neuronas pueden formar vías neuronales , circuitos neuronales y redes más grandes que generan la percepción del mundo de un organismo y determinan su comportamiento. Junto con las neuronas, el sistema nervioso contiene otras células especializadas llamadas células gliales (o simplemente glía), que brindan apoyo estructural y metabólico.
Los sistemas nerviosos se encuentran en la mayoría de los animales multicelulares, pero su complejidad varía mucho. [171] En los vertebrados, el sistema nervioso está formado por el sistema nervioso central , que comprende el cerebro y la médula espinal , y el sistema nervioso periférico , que consta de nervios que conectan el sistema nervioso central con todas las demás partes del cuerpo. Los nervios que transmiten señales desde el cerebro se denominan nervios motores o eferentes , mientras que los nervios que transmiten información desde el cuerpo al sistema nervioso central se denominan sensoriales o aferentes . Los nervios espinales cumplen ambas funciones y se denominan nervios mixtos . El sistema nervioso periférico se divide en tres subsistemas separados, los sistemas nerviosos somático , autónomo y entérico . Los nervios somáticos median el movimiento voluntario. El sistema nervioso autónomo se subdivide en los sistemas nerviosos simpático y parasimpático . El sistema nervioso simpático se activa en casos de emergencias para movilizar energía, mientras que el sistema nervioso parasimpático se activa cuando los organismos se encuentran en un estado relajado. El sistema nervioso entérico funciona para controlar el sistema gastrointestinal . Tanto el sistema nervioso autónomo como el entérico funcionan involuntariamente. Los nervios que salen del cráneo se denominan nervios craneales, mientras que los que salen de la médula espinal se denominan nervios espinales .
Reproducción animal
La reproducción es el proceso mediante el cual se producen nuevos organismos individuales a partir de sus padres. Hay dos formas de reproducción: asexual y sexual . Casi todos los animales utilizan alguna forma de reproducción sexual. [172] Producen gametos haploides por meiosis . Los gametos móviles más pequeños son los espermatozoides y los gametos inmóviles más grandes son los óvulos . [173] Estos se fusionan para formar cigotos , [174] que se desarrollan a través de la mitosis en una esfera hueca, llamada blástula. En las esponjas, las larvas de blástula nadan hacia una nueva ubicación, se adhieren al lecho marino y se convierten en una nueva esponja. [175] En la mayoría de los otros grupos, la blástula experimenta un reordenamiento más complicado. [176] Primero se invagina para formar una gástrula con una cámara digestiva y dos capas germinales separadas , un ectodermo externo y un endodermo interno . [177] En la mayoría de los casos, una tercera capa germinal, el mesodermo , también se desarrolla entre ellos. [178] Estas capas germinales luego se diferencian para formar tejidos y órganos. [179] Algunos animales son capaces de reproducirse asexualmente , lo que a menudo resulta en un clon genético del padre. Esto puede ocurrir por fragmentación ; en ciernes , como en Hydra y otros cnidarios ; o partenogénesis , donde se producen huevos fértiles sin apareamiento , como en los pulgones . [180] [181]
Desarrollo animal
El desarrollo animal comienza con la formación de un cigoto que resulta de la fusión de un espermatozoide y un óvulo durante la fertilización . [182] El cigoto se somete a múltiples rondas rápidas de división celular de células mitóticas llamadas clivaje , que forma una bola de células similares llamada blástula . Se produce la gastrulación , mediante la cual los movimientos morfogenéticos convierten la masa celular en tres capas germinales que comprenden el ectodermo , el mesodermo y el endodermo .
El final de la gastrulación señala el comienzo de la organogénesis , mediante la cual las tres capas germinales forman los órganos internos del organismo. [183] Las células de cada una de las tres capas germinales se diferencian , un proceso en el que las células menos especializadas se vuelven más especializadas mediante la expresión de un conjunto específico de genes. La diferenciación celular está influenciada por señales extracelulares como los factores de crecimiento que se intercambian con las células adyacentes, lo que se denomina señalización yuxtracrina , o con las células vecinas en distancias cortas, lo que se denomina señalización paracrina . [184] [185] Las señales intracelulares consisten en una señal celular en sí misma ( señalización autocrina ), que también juega un papel en la formación de órganos. Estas vías de señalización permiten el reordenamiento celular y aseguran que los órganos se formen en sitios específicos dentro del organismo. [183] [186]
Sistema inmune
El sistema inmunológico es una red de procesos biológicos que detecta y responde a una amplia variedad de patógenos . Muchas especies tienen dos subsistemas principales del sistema inmunológico. El sistema inmunológico innato proporciona una respuesta preconfigurada a amplios grupos de situaciones y estímulos. El sistema inmunológico adaptativo proporciona una respuesta personalizada a cada estímulo al aprender a reconocer las moléculas que ha encontrado previamente. Ambos usan moléculas y células para realizar sus funciones.
Casi todos los organismos tienen algún tipo de sistema inmunológico. Las bacterias tienen un sistema inmunológico rudimentario en forma de enzimas que protegen contra las infecciones por virus . Otros mecanismos inmunitarios básicos evolucionaron en plantas y animales antiguos y permanecen en sus descendientes modernos. Estos mecanismos incluyen la fagocitosis , péptidos antimicrobianos llamados defensinas y el sistema del complemento . Los vertebrados con mandíbulas , incluidos los humanos, tienen mecanismos de defensa aún más sofisticados, incluida la capacidad de adaptarse para reconocer patógenos de manera más eficiente. La inmunidad adaptativa (o adquirida) crea una memoria inmunológica que conduce a una respuesta mejorada a los encuentros posteriores con ese mismo patógeno. Este proceso de inmunidad adquirida es la base de la vacunación .
Conducta animal
Los comportamientos juegan un papel central en la interacción de los animales entre sí y con su entorno. [187] Pueden usar sus músculos para acercarse, vocalizar, buscar refugio y migrar. El sistema nervioso de un animal activa y coordina sus comportamientos. Los patrones de acción fijos , por ejemplo, son conductas estereotipadas y determinadas genéticamente que ocurren sin aprendizaje. [187] [188] Estos comportamientos están bajo el control del sistema nervioso y pueden ser bastante elaborados. [187] Los ejemplos incluyen el picoteo de los polluelos de la gaviota cocinera en el punto rojo del pico de su madre. Otros comportamientos que han surgido como resultado de la selección natural incluyen el forrajeo , el apareamiento y el altruismo . [189] Además del comportamiento evolucionado, los animales han desarrollado la capacidad de aprender modificando sus comportamientos como resultado de experiencias individuales tempranas. [187]
Ecología
La ecología es el estudio de la distribución y abundancia de organismos vivos , la interacción entre ellos y su entorno . [190] Un organismo comparte un entorno que incluye otros organismos y factores bióticos, así como factores abióticos como el agua, la luz, la radiación, la temperatura, la humedad , la atmósfera , la acidez y el suelo. [191] 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 microscópica que responde a un gradiente de azúcar responde 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 .
Poblaciones
Una población es un número de organismos del mismo grupo o especie que viven en un área geográfica particular y son capaces de cruzarse . [192] [193] El área de una población sexual es el área donde es posible el cruzamiento entre cualquier pareja dentro del área y es más probable que el cruzamiento con individuos de otras áreas. [194] El término biología de poblaciones se usa a menudo 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 capacidad de carga de un ambiente es el tamaño máximo de población de una especie biológica que puede ser sostenida por ese ambiente específico, dados los alimentos, el hábitat , el agua y otros recursos disponibles. La capacidad de carga se define como la carga máxima del medio ambiente , que corresponde al equilibrio poblacional, cuando el número de muertes en una población es igual al número de nacimientos (así como la inmigración y la emigración). El efecto de la capacidad de carga sobre la dinámica de la población se modela con una función logística . La capacidad de carga se aplica a la población máxima que un medio ambiente puede soportar en ecología , agricultura y pesca . [195]
Comunidades
Una comunidad es un grupo de poblaciones de dos o más especies diferentes que ocupan la misma zona geográfica al mismo tiempo. Una interacción biológica es el efecto que tienen unos sobre otros un par de organismos que viven juntos en una comunidad. Pueden ser de la misma especie (interacciones intraespecíficas) o de diferentes especies (interacciones interespecíficas). Estos efectos pueden ser a corto plazo, como la polinización y la depredación , o a largo plazo; ambos a menudo influyen fuertemente en la evolución de las especies involucradas. Una interacción a largo plazo se llama simbiosis . Las simbiosis van desde el mutualismo , beneficioso para ambos socios, hasta la competencia , perjudicial para ambos. [196]
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. [51] 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. [197] Sin embargo, algunos ecosistemas dependen completamente de la energía extraída por los quimiotrofos del metano , sulfuros u otras fuentes de energía no lumínicas . [198]
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.
Ecosistemas
Un ecosistema es una comunidad de organismos vivos junto con los componentes no vivos de su entorno, que interactúan como un sistema . [200] Estos componentes bióticos y abióticos están vinculados entre sí a través de ciclos de nutrientes y flujos de energía. [201] La energía ingresa al sistema a través de la fotosíntesis y se incorpora al tejido vegetal. Al alimentarse de plantas y unos de otros, los animales juegan un papel importante en el movimiento de materia y energía a través del sistema. También influyen en la cantidad de biomasa vegetal y microbiana presente. Al descomponer la materia orgánica muerta , los descomponedores liberan carbono a la atmósfera y facilitan el ciclo de nutrientes al convertir los nutrientes almacenados en la biomasa muerta a una forma que las plantas y otros microbios pueden utilizar fácilmente. [202] Un ciclo biogeoquímico es una vía por la cual una sustancia química se voltea o se mueve a través de los compartimentos biótico ( biosfera ) y abiótico ( litosfera , atmósfera e hidrosfera ) de la Tierra . Existen ciclos biogeoquímicos para el nitrógeno , el carbono y el agua . En algunos ciclos hay reservorios donde una sustancia permanece o es secuestrada por un largo período de tiempo.
El tiempo es la actividad diaria de temperatura y precipitación , mientras que el clima es el promedio del tiempo a largo plazo, generalmente promediado durante un período de 30 años. [203] [204] El cambio climático incluye tanto el calentamiento global impulsado por las emisiones de gases de efecto invernadero inducidas por el hombre como los cambios a gran escala resultantes en los patrones climáticos. Aunque ha habido períodos anteriores de cambio climático , desde mediados del siglo XX los seres humanos han tenido un impacto sin precedentes en el sistema climático de la Tierra y han provocado cambios a escala global. [205] El factor más importante del calentamiento es la emisión de gases de efecto invernadero , de los cuales más del 90% son dióxido de carbono y metano . [206] La quema de combustibles fósiles ( carbón , petróleo y gas natural ) para el consumo de energía es la principal fuente de estas emisiones, con contribuciones adicionales de la agricultura, la deforestación y la fabricación . [207] El aumento de temperatura se acelera o atenúa por las reacciones climáticas , como la pérdida de la capa de nieve y hielo que refleja la luz solar , el aumento del vapor de agua (un gas de efecto invernadero en sí mismo) y los cambios en los sumideros de carbono terrestres y oceánicos .
Biología de la Conservación
La biología de la conservación es el estudio de la conservación de la biodiversidad de la Tierra con el objetivo de proteger las especies , sus hábitats y ecosistemas de las tasas excesivas de extinción y la erosión de las interacciones bióticas. [208] [209] [210] Se ocupa de los factores que influyen en el mantenimiento, la pérdida y la restauración de la diversidad biológica y la ciencia de sustentar los procesos evolutivos que engendran diversidad genética , de poblaciones , especies y ecosistemas. [211] [212] [213] [214] La preocupación surge de estimaciones que sugieren que hasta el 50% de todas las especies del planeta desaparecerán en los próximos 50 años, [215] lo que ha contribuido a la pobreza, el hambre y la restablecer el curso de la evolución en este planeta. [216] [217] La biodiversidad afecta el funcionamiento de los ecosistemas, que proporcionan una variedad de servicios de los que dependen las personas.
Los biólogos de la conservación investigan y educan sobre las tendencias de la pérdida de biodiversidad , la extinción de especies y el efecto negativo que tienen en nuestra capacidad para mantener el bienestar de la sociedad humana. Las organizaciones y los ciudadanos están respondiendo a la actual crisis de la biodiversidad a través de planes de acción de conservación que dirigen programas de investigación, monitoreo y educación que involucran preocupaciones a escalas locales a globales. [218] [211] [212] [213]
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
- ↑ Los primeros eucariotas no eran "ni plantas, animales ni hongos", por lo tanto, como se define, los protistas incluirían al último ancestro común eucariota.
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2. CO
2también pueden ser emitidas por impactos directos inducidos por el hombre en la silvicultura y otros usos de la tierra, como la deforestación, la tala de tierras para la agricultura y la degradación de los suelos. El metano se emite durante la producción y el transporte de carbón, gas natural y petróleo. Las emisiones de metano también son el resultado de la ganadería y otras prácticas agrícolas y de la descomposición de los desechos orgánicos en los vertederos de desechos sólidos municipales. - ^ Sahney, S .; Benton, M. J (2008). "Recuperación de la extinción masiva más profunda de todos los tiempos" . Actas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 275 (1636): 759–65. doi : 10.1098 / rspb.2007.1370 . PMC 2596898 . PMID 18198148 .
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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