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Bienvenidos y bienvenidas a la Unidad Cero de la unidad curricular Neurobiología de la Mente. Mi nombre es Marcos Nieves, soy licenciado en Bioquímica y estudiante de doctorado de Ciencias Biológicas del programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas (PEDEA) de Udelar.
Esta unidad, de carácter opcional, tiene como objetivo acercarles de forma clara y sencilla conceptos básicos de las ciencias biológicas que van a ser fundamentales para que aprovechen al máximo el resto del curso.
A lo largo de esta unidad haremos un recorrido por diferentes campos de la biología. Empezaremos hablando de lo que entendemos por seres vivos y la forma en la que se organizan. Seguiremos hablando de la forma en la que los seres vivos se originaron y cómo todas las especies que pueblan la tierra están relacionadas. Luego, analizaremos brevemente la forma en la que funcionan las células eucariotas. Continuaremos recorriendo el mundo de las biomoléculas y cómo están involucradas en la preservación y el flujo de la información genética. Terminaremos presentando una de las teorías más importantes de la ciencia biológica: la evolución.
Para empezar, quiero hacerles una pregunta: ¿Qué es un ser vivo? Definir qué es un ser vivo puede ser más complejo de lo que parece a primera vista. Tradicionalmente, decimos que los seres vivos son organismos complejos formados por una o más células, capaces de realizar las funciones básicas de la vida. Estas funciones incluyen el metabolismo, el movimiento, la reproducción y la capacidad de responder a estímulos y adaptarse al ambiente. Sin embargo, esta definición puede ser problemática cuando la examinamos más de cerca.
Miremos, por ejemplo, en esta imagen. En el medio, arriba, podemos ver un virus. Los virus tienen su propio material genético y pueden reproducirse, pero para hacerlo necesitan invadir una célula. Además, no tienen un metabolismo propio. ¿Los consideramos vivos? Este es un debate aún abierto en la comunidad científica.
En esta imagen también vemos otros ejemplos de seres vivos e inanimados. Vemos bisontes, mariposas, medusas y plantas, pero también vemos robots, cristales, fuego. Un robot, por ejemplo, tiene la capacidad de responder a estímulos. Los cristales pueden crecer y desarrollarse a partir de cristales más pequeños. El fuego es un agente con la capacidad de transformar materia y energía, además de reproducirse. Todas estas son funciones de los seres vivos. Sin embargo, ninguno de estos objetos inanimados cumple con todas las de la vida simultáneamente.
Esta comparación nos lleva a una pregunta fundamental: ¿Qué hace que algo esté realmente vivo? De forma simplificada, podemos decir que los seres vivos comparten siete características principales que los distinguen de la materia inerte. Aquí analizamos cada una de ellas en detalle.
Organización celular: Todos los seres vivos están compuestos por células, ya sea una sola en el caso de los organismos unicelulares como las bacterias, o por billones de células en organismos multicelulares como los seres humanos. La célula es lo que llamamos la unidad básica de la vida, capaz de realizar todas las funciones vitales.
Llamamos metabolismo a la segunda propiedad de los seres vivos. Es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de un organismo para mantener la vida. Incluye procesos como la fotosíntesis en las plantas, la digestión de alimentos para obtener energía, que llamamos catabolismo, y la síntesis de nuevas biomoléculas para el crecimiento y el desarrollo de los organismos, que normalmente se llama anabolismo.
En tercer lugar, perdón, tenemos la respuesta a estímulos. Es la habilidad de detectar y responder a cambios en el entorno. Esto puede ser tan simple como una bacteria cambiando la dirección en la que se mueve para acercarse a una fuente de alimento, o tan complejo como un ser humano reaccionando a un estímulo emocional.
En cuarto lugar, tenemos la homeostasis. Es la capacidad de mantener un ambiente interno estable a pesar de los cambios en el entorno externo. Por ejemplo, nuestro cuerpo mantiene una temperatura constante de alrededor de 37 grados Celsius, independientemente de la temperatura ambiental. Para esto, los seres vivos utilizan múltiples mecanismos. Uno de los más conocidos es la transpiración.
Los seres vivos también se caracterizan por la capacidad de producir nuevos individuos de la misma especie: la reproducción. Puede ser sexual, involucrando la combinación de material genético de dos progenitores, o asexual, donde un solo organismo produce copias de sí mismo.
La sexta característica que podemos destacar es el crecimiento y desarrollo. Los seres vivos no solo aumentan de tamaño, sino que también pasan por cambios en su estructura y función a lo largo de su vida, desarrollando nuevas capacidades y perdiendo otras.
Y, por último, tenemos la adaptación. A lo largo del tiempo, las poblaciones de organismos cambian en respuesta a su entorno. Este proceso, a través del cual una población de organismos desarrolla nuevas capacidades que les dan ventajas a la hora de sobrevivir y desarrollarse, permite a los seres vivos adaptarse a su ambiente.
Es importante notar que, mientras los sistemas artificiales pueden simular algunos de estos procesos, solo los seres vivos exhiben todas estas características de forma simultánea y de manera autónoma. Esta combinación única de características es lo que define la vida tal como la conocemos.
Comenzamos esta lista mencionando que las células son capaces de realizar todas las funciones vitales. Si lo pensamos detenidamente, esto es así. Las células tienen un metabolismo que involucra miles de reacciones químicas cuidadosamente reguladas. Poseen también la capacidad de percibir estímulos, tanto de su medio interno como del exterior celular, y responder modificando su estructura y su metabolismo para adaptarse. Esto, a su vez, les permite mantener un medio interno de características físicas y químicas estables. Las células también se reproducen mediante división celular, crecen y se desarrollan, dando lugar a infinidad de estructuras unicelulares y multicelulares. Y, por último, son capaces de adaptarse a cambios en su entorno. Por todo esto es que podemos afirmar con certeza que la célula es la unidad básica de la vida.
Para estudiar los seres vivos, es útil tener presente que la vida se organiza en niveles de complejidad creciente, desde las células hasta los organismos. Esta organización jerárquica es una característica distintiva de los seres vivos. Vamos a explorar estos niveles de organización con más detalle.
A nivel de célula, las moléculas biológicas que llamamos biomoléculas se organizan en estructuras más complejas que llamamos células, y como mencionamos anteriormente, son la unidad básica de la vida.
El siguiente nivel es el nivel tisular. En organismos multicelulares, las células se especializan y se organizan en lo que llamamos tejidos, por ejemplo, el tejido muscular o el tejido nervioso.
A nivel de órganos, los tejidos se combinan para formar órganos con funciones específicas. Ejemplos de órganos son el corazón, el cerebro, los pulmones.
Estos órganos, a su vez, trabajan de forma conjunta e integrada en lo que llamamos sistemas, tales como el sistema circulatorio o el sistema nervioso. El conjunto de todos los sistemas forma un organismo completo.
Es importante entender que en cada nivel surgen propiedades emergentes, características que no existen en los niveles previos. En otras palabras, en biología, el resultado no suele ser igual a la suma de las partes. Vamos a ver algunos ejemplos para aclarar esta idea.
Las células musculares individuales, por ejemplo, no pueden generar movimiento considerable por sí solas, pero cuando se organizan en un tejido muscular, en el cual todas las células musculares se contraen y relajan de forma coordinada, adquieren la capacidad de generar movimiento mecánico. Esto es una propiedad emergente.
Los tejidos que forman las paredes del estómago no pueden digerir alimentos por sí solos, pero cuando se organizan junto a otros tejidos y glándulas en el estómago, emerge la propiedad de digestión.
Los huesos y músculos son órganos que, por sí solos, no pueden generar movimiento corporal, pero cuando se integran en el sistema musculoesquelético, emerge la propiedad de la locomoción coordinada.
A su vez, una sola neurona no tiene conciencia, pero el cerebro, en su conjunto, sí.
Esta organización jerárquica, perdón, nos permite estudiar la complejidad de la vida a diferentes escalas, desde la biología celular hasta la psicología humana, y entender cómo los procesos en un nivel afectan a los demás niveles.