Organización biológica

Jerarquía de estructuras y sistemas complejos dentro de las ciencias biológicas

Aquí se reorientan "Jerarquía de vida" y "Niveles de organización". Para el orden jerárquico y la organización de todos los organismos, consulte Clasificación biológica . Para conocer la jerarquía evolutiva de los organismos y las relaciones interespeciales, consulte Árbol filogenético .

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Una población de abejas brilla en respuesta a un depredador.

Parte de una serie sobre
Biología
El estudio de los organismos vivos.
Índice Esquema Categoría Glosario Historia ( cronología )
Componentes clave
Teoría celular Biosfera Evolución Taxonomía Propiedades de los organismos Homeostasis Organización Metabolismo Crecimiento Adaptación Respuesta a los estímulos Reproducción Reinos de la vida Arqueas Animales ( Zoología ) Bacterias ( bacteriología ) Hongos ( Micología ) Plantas ( botánica ) Protistas ( Protistología )
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La organización biológica es la jerarquía de estructuras y sistemas biológicos complejos que definen la vida utilizando un enfoque reduccionista . ^[1] La jerarquía tradicional, como se detalla a continuación, se extiende desde los átomos hasta las biosferas . Los niveles más altos de este esquema a menudo se conocen como un concepto de organización ecológica , o como el campo , ecología jerárquica .

Cada nivel en la jerarquía representa un aumento en la complejidad organizacional , y cada "objeto" se compone principalmente de la unidad básica del nivel anterior. ^[2] El principio básico detrás de la organización es el concepto de emergencia: las propiedades y funciones que se encuentran en un nivel jerárquico no están presentes y son irrelevantes en los niveles inferiores.

La organización biológica de la vida es una premisa fundamental para numerosas áreas de la investigación científica , particularmente en las ciencias médicas . Sin este grado necesario de organización, sería mucho más difícil —y probablemente imposible— aplicar el estudio de los efectos de varios fenómenos físicos y químicos a las enfermedades y la fisiología (función corporal). Por ejemplo, campos como la neurociencia cognitiva y conductual no podrían existir si el cerebro no estuviera compuesto por tipos específicos de células y los conceptos básicos de la farmacologíaNo podría existir si no se supiera que un cambio a nivel celular puede afectar a todo un organismo. Estas aplicaciones se extienden también a los niveles ecológicos . Por ejemplo, el efecto insecticida directo del DDT ocurre a nivel subcelular , pero afecta niveles más altos hasta e incluyendo múltiples ecosistemas . En teoría, un cambio en un átomo podría cambiar toda la biosfera .

Niveles

Ver también: nivel integrativo

La unidad más simple de la vida es el átomo, como el oxígeno. Dos o más átomos es una molécula, como un dióxido. Muchas moléculas pequeñas pueden combinarse en una reacción química para formar una macromolécula, como un fosfolípido. Varias macromoléculas forman una célula, como una célula club. Un grupo de células que funcionan juntas como un tejido, por ejemplo, tejido epitelial. Diferentes tejidos forman un órgano, como un pulmón. Los órganos trabajan juntos para formar un sistema de órganos, como el sistema respiratorio. Todos los sistemas de órganos forman un organismo vivo, como un león. Un grupo del mismo organismo que vive junto en un área es una población, como una manada de leones. Dos o más poblaciones que interactúan entre sí forman una comunidad, por ejemplo, poblaciones de leones y cebras que interactúan entre sí.Las comunidades que interactúan no solo entre sí sino también con el entorno físico abarcan un ecosistema, como el ecosistema de la sabana. Todos los ecosistemas forman la biosfera, el área de la vida en la Tierra.

El esquema de organización biológica estándar simple, desde el nivel más bajo hasta el más alto, es el siguiente: ^[1]

Para niveles más pequeños que los átomos, consulte Partícula subatómica
Acelular nivel y nivel de pre-celular	Átomos
	Molécula	Grupos de átomos
	Complejo biomolecular	Grupos de (bio) moléculas
Nivel subcelular	Orgánulo	Grupos funcionales de biomoléculas, reacciones e interacciones bioquímicas.
Nivel celular	Célula	Unidad básica de toda la vida y agrupación de orgánulos.
Nivel supercelular (nivel multicelular)	Tejido	Grupos funcionales de células
	Organo	Grupos funcionales de tejidos
	Sistema de órganos	Grupos funcionales de órganos
Niveles ecológicos	Organismo	El sistema vivo básico, una agrupación funcional de los componentes de nivel inferior, que incluye al menos una celda.
	Población	Grupos de organismos de la misma especie.
	Comunidad (o biocenosis )	Grupos interespecíficos de poblaciones que interactúan
	Ecosistema	Grupos de organismos de todos los dominios biológicos junto con el entorno físico ( abiótico )
	Bioma	Agrupación de ecosistemas a escala continental (áreas climáticamente y geográficamente contiguas con condiciones climáticas similares).
	Biosfera o Ecosfera	Toda la vida en la Tierra o toda la vida más el entorno físico (abiótico) [3]
Para niveles más grandes que la Biosfera o la Ecosfera, vea la ubicación de la Tierra en el Universo.

Los esquemas más complejos incorporan muchos más niveles. Por ejemplo, una molécula se puede ver como una agrupación de elementos y un átomo se puede dividir en partículas subatómicas (estos niveles están fuera del alcance de la organización biológica). Cada nivel también se puede dividir en su propia jerarquía, y los tipos específicos de estos objetos biológicos pueden tener su propio esquema jerárquico. Por ejemplo, los genomas se pueden subdividir en una jerarquía de genes . ^[4]

Cada nivel de la jerarquía puede describirse por sus niveles inferiores. Por ejemplo, el organismo puede describirse en cualquiera de los niveles de sus componentes, incluidos los niveles atómico, molecular, celular, histológico (tejido), de órganos y sistemas de órganos. Además, en todos los niveles de la jerarquía, aparecen nuevas funciones necesarias para el control de la vida. Estos nuevos roles no son funciones de las que sean capaces los componentes de nivel inferior y, por lo tanto, se denominan propiedades emergentes .

Todos los organismos están organizados, aunque no necesariamente en el mismo grado. ^[5] Un organismo no se puede organizar a nivel histológico (tejido) si no está compuesto de tejidos en primer lugar. ^[6]

Aparición de la organización biológica

Se cree que la organización biológica surgió en el mundo del ARN temprano cuando las cadenas de ARN comenzaron a expresar las condiciones básicas necesarias para que la selección natural operara como la concibió Darwin : heredabilidad, variación de tipo y competencia por recursos limitados. La aptitud de un replicador de ARN (su tasa de aumento per cápita) probablemente habría sido una función de las capacidades de adaptación que eran intrínsecas (en el sentido de que estaban determinadas por la secuencia de nucleótidos) y la disponibilidad de recursos. ^{[7] [8]}Las tres capacidades adaptativas primarias pueden haber sido (1) la capacidad de replicar con fidelidad moderada (dando lugar tanto a la heredabilidad como a la variación de tipo); (2) la capacidad de evitar la descomposición; y (3) la capacidad para adquirir y procesar recursos. ^{[7] [8]} Estas capacidades habrían sido determinadas inicialmente por las configuraciones plegadas de los replicadores de ARN (ver “ Ribozima”) Que, a su vez, estarían codificados en sus secuencias de nucleótidos individuales. El éxito competitivo entre diferentes replicadores de ARN habría dependido de los valores relativos de estas capacidades adaptativas. Posteriormente, entre los organismos más recientes, el éxito competitivo en niveles sucesivos de organización biológica, presumiblemente siguió dependiendo, en un sentido amplio, de los valores relativos de estas capacidades adaptativas.

Fundamentos

Empíricamente, una gran proporción de los sistemas biológicos (complejos) que observamos en la naturaleza exhiben una estructura jerárquica. Sobre bases teóricas, podríamos esperar que los sistemas complejos fueran jerarquías en un mundo en el que la complejidad tenía que evolucionar desde la simplicidad. El análisis de jerarquías de sistemas realizado en la década de 1950, ^{[9] [10]} sentó las bases empíricas de un campo que sería, a partir de la década de 1980, la ecología jerárquica . ^{[11] [12] [13] [14] [15]}

Los fundamentos teóricos se resumen mediante termodinámica. Cuando los sistemas biológicos se modelan como sistemas físicos , en su abstracción más general, son sistemas abiertos termodinámicos que exhiben un comportamiento autoorganizado , y las relaciones conjunto / subconjunto entre estructuras disipativas se pueden caracterizar en una jerarquía.

Una forma más simple y directa de explicar los fundamentos de la "organización jerárquica de la vida", fue introducida en Ecología por Odum y otros como el " principio jerárquico de Simon "; ^[16] Simon ^[17] enfatizó que la jerarquía " surge casi inevitablemente a través de una amplia variedad de procesos evolutivos, por la simple razón de que las estructuras jerárquicas son estables ".

Para motivar esta idea profunda, ofreció su "parábola" sobre relojeros imaginarios.

Parábola de los relojeros

Había una vez dos relojeros, llamados Hora y Tempus, que hacían relojes muy finos. Los teléfonos de sus talleres sonaban con frecuencia; los nuevos clientes los llamaban constantemente. Sin embargo, Hora prosperó mientras Tempus se empobrecía cada vez más. Al final, Tempus perdió su tienda. ¿Cuál fue la razón detrás de esto? Los relojes constaban de unas 1000 piezas cada uno. Los relojes que fabricó Tempus fueron diseñados de tal manera que, cuando tuvo que dejar un reloj parcialmente ensamblado (por ejemplo, para contestar el teléfono), inmediatamente se rompió en pedazos y tuvo que volver a ensamblarse a partir de los elementos básicos. Hora había diseñado sus relojes para poder armar subconjuntos de unos diez componentes cada uno. Diez de estos subconjuntos se podrían juntar para formar un subconjunto más grande. Finalmente, diez de los subconjuntos más grandes constituían el reloj completo. Cada subconjunto se podía desmontar sin desmoronarse.

Ver también

• Abiogénesis
• Teoría celular
• Diferenciación celular
• Composición del cuerpo humano
• Evolución de la complejidad biológica
• Biología evolucionaria
• Hipótesis de Gaia
• Teoría de la jerarquía
• Holon (filosofía)
• Ecologia humana
• Nivel de análisis
• Sistemas vivientes
• Noogénesis
• Autoorganización
• Orden espontáneo
• Estructuralismo (biología)
• Cronología de la historia evolutiva de la vida

Notas

1. Solomon, Berg & Martin 2002 , págs. 9–10
2. Pavé 2006 , p. 40
3. Huggett 1999
4. Pavé 2006 , p. 39
5. Postlethwait y Hopson , 2006 , p. 7
6. Witzany, G (2014). "Autoorganización biológica". Revista Internacional de Signos y Sistemas Semióticos . 3 (2): 1–11. doi : 10.4018 / IJSSS.2014070101 .
7. Bernstein, H; Byerly, HC; Hopf, FA; Michod, RA; Vemulapalli, GK (1983). "La dinámica darwiniana". Revista trimestral de biología . 58 (2): 185-207. doi : 10.1086 / 413216 . JSTOR 2828805 . S2CID 83956410 .  
8. Michod RE. (2000) Dinámica darwiniana: transiciones evolutivas en aptitud e individualidad. Prensa de la Universidad de Princeton, Princeton, Nueva Jersey ISBN 0691050112 
9. Evans, 1951
10. Evans, 1956
11. Margalef 1975
12. O'Neill 1986
13. Wicken y Ulanowicz 1988
14. Puma en 2006
15. Jordan y Jørgensen 2012
16. Simon 1969 , págs. 192-229
17. Textos de Simon en doi : 10.1207 / S15327809JLS1203_4 , polaris.gseis.ucla.edu/pagre/simon Archivado el 5 de julio de 2015 en Wayback Machine o transcripciones de johncarlosbaez / 2011/08/29 Archivado 2015-05-31 en Wayback Machine

Referencias

• Evans, FC (1951), "Ecología e investigación en áreas urbanas", Scientific Monthly (73)
• Evans, FC (1956), "Ecosystem as basic unit in ecology", Science , 123 (3208): 1127–8, Bibcode : 1956Sci ... 123.1127E , doi : 10.1126 / science.123.3208.1127 , PMID  17793430
• Huggett, RJ (1999). "¿Ecosfera, biosfera o Gaia? Cómo llamar el ecosistema global. SONIDO ECOLÓGICO". Ecología y biogeografía global . 8 (6): 425–431. doi : 10.1046 / j.1365-2699.1999.00158.x . ISSN  1466-822X .
• Jordan, F .; Jørgensen, SE (2012), Modelos de la jerarquía ecológica: de las moléculas a la ecósfera , ISBN 9780444593962
• Margalef, R. (1975), "Factores externos y estabilidad del ecosistema", Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie , 37 : 102-117, doi : 10.1007 / BF02505181 , S2CID  20521602
• O'Neill, RV (1986), Un concepto jerárquico de ecosistemas , ISBN 0691084378
• Pavé, Alain (2006), "Biological and Ecological Systems Hierarchical organization", en Pumain, D. (ed.), Hierarchy in Natural and Social Sciences , Nueva York, Nueva York : Springer-Verlag , ISBN 978-1-4020-4126-6
• Postlethwait, John H .; Hopson, Janet L. (2006), Biología moderna , Holt, Rinehart y Winston , ISBN 0-03-065178-6
• Pumain, D. (2006), Jerarquía en Ciencias Naturales y Sociales , ISBN 978-1-4020-4127-3
• Simon, HA (1969), "La arquitectura de la complejidad", Las ciencias de lo artificial , Cambridge , Massachusetts: MIT Press
• Solomon, Eldra P .; Berg, Linda R .; Martin, Diana W. (2002), Biología (6.a ed.), Brooks / Cole , ISBN 0-534-39175-3, LCCN  2001095366
• Wicken, JS; Ulanowicz, RE (1988), "Sobre la cuantificación de conexiones jerárquicas en ecología", Journal of Social and Biological Systems , 11 (3): 369-377, doi : 10.1016 / 0140-1750 (88) 90066-8

Enlaces externos

• Fisiología celular (en fisiología humana ) en Wikilibros
• Características de la vida y la naturaleza de las moléculas (en biología general ) en Wikilibros
• organización dentro de la biosfera (en Ecología ) en Wikilibros
• Discusión teórico / matemática de 2011 .