Primeros pasos BIOLOGÍA 4TO AÑO

Materia y energía en la naturaleza

La naturaleza puede considerarse una compleja red de interrelaciones entre una enorme cantidad y diversidad de estructuras que van desde la más delicada y pequeñísima organización de las partículas subatómicas, hasta los sistemas más extensos como las galaxias y sistemas planetarios integrados en el Universo.

A los científicos les resultaría imposible abordar esta inmensidad. Por este motivo, los conocimientos sobre el mundo natural se organizan en diversas disciplinas científicas, cada una de ellas con su objeto de estudio y metodologías de investigación propios. La Biología es una de ellas. Sin embargo, centrar la atención en la vida y sus manifestaciones resulta aún demasiado amplio para acceder a la comprensión de tanta diversidad biológica.

La comunidad científica realiza clasificaciones de la naturaleza para poder investigarla. Para los especialistas, esta es una forma de acercarse a la biodiversidad y la dinámica de los sistemas biológicos. Este año analizaremos algunos casos históricos que nos ayuda a introducirnos en el trabajo de los científicos, pero primero debemos volver a ver unos temas de primero, secundo y tercer año para abordar los contenidos de cuarto: "El intercambio de materia y energía en el ser humano, en las células y en los ecosistemas.

Características de los seres vivos, funciones biológicas y clasificación

Para iniciar el camino de Biología 4, propongo repasar las características de los seres vivos, funciones biológicas y clasificación. Para hacerlo debes entrar al enlace y leer la información teórica. Pero además contiene actividades de repaso que nos permitirá refrescar lo aprendido años anteriores. Siendo que el año pasado fue una cursada diferente y pudieron olvidar muchos conceptos. Además, si no los conocían le permitirá aprenderlos de una forma muy sencilla.

Niveles de organización de la materia

Otro concepto muy importante para recordar son los niveles de organización de la materia, para ello te propongo ver un video que muestra un material de Educ.ar

Las moléculas están formadas por átomos
Las células se componen de moléculas. Diversos tipos de células representan las unidades de trabajo de los organismos
Un tejido es un grupo de numerosas células con funciones similares y coordinadas
Los órganos combinan diversos tejidos que funcionan en conjunto
Los órganos forman sistemas de órganos, como por ejemplo, el sistema digestivo
Un organismo es un individuo reconocible y autónomo. Puede ser unicelular o multicelular. Este último puede tener una organización de tejido, de órgano o de sistema de órganos.
Una población es un conjunto de organismos pertenecientes a la misma especie que conviven dentro de los límites de un área específica.
Una comunidad consiste en un conjunto de poblaciones de diferentes especies que conviven en el mismo lugar y tiempo
La comunidades biológicas en una misma localidad geográfica forman ecosistemas (biomas)
Los ecosistemas intercambian materia y energía. Todos los ecosistemas combinados constituyen la biosfera

En estos niveles se consideran tanto el mundo biológico (el mundo vivo, en el que se incluye a todas las especies biológicas y sus interacciones) como el mundo inerte (integrado por ejemplo, por el agua, el aire y el suelo de nuestro planeta) y pueden secuenciarse, por ejemplo, según su complejidad. Todos y cada uno de estos niveles están presentes en el mundo biológico del que somos parte y ninguno de ellos resulta más importante que los restantes.

Para entender mejor observa los ejemplos que se desarrollan en la siguiente presentación

Propiedades emergente

Observe otra vez los niveles de la vida, con cada paso hacia la mayor complejidad hay nuevas propiedades propias del ese nuevo nivel que no están presentes en el nivel inmediatamente inferior. Estas propiedades emergentes se deben al ordenamiento y la interacción entre las partes a medida que la complejidad aumenta. Por ejemplo, una mezcla en un tubo de ensayo de clorofila y todas las partes de un cloroplasto no es capaz de hacer fotosíntesis. El proceso de la fotosíntesis surge debido a la manera muy específica en que la clorofila y las demás moléculas están distribuidas en el cloroplasto. Para mencionar otro ejemplo, si una lesión grave de la cabeza destruye la intrincada arquitectura del cerebro humano, la mente puede dejar de funcionar adecuadamente a pesar que todavía estén presentes todas las partes del cerebro. Nuestros pensamientos y recuerdos son propiedades emergentes de una compleja red de células nerviosas. A un nivel aún más elevado de organización biológica - a nivel del ecosistema- el reciclado de nutrientes como el carbono depende de una red de diversos organismos que interactúan entre sí con el suelo y el aire.

Las propiedades emergentes no son sobrenaturales ni únicas de la vida. Podemos ver la importancia del ordenamiento en la diferencia entre una caja con partes de una bicicleta y una bicicleta en funcionamiento. Aunque el grafito y los diamantes son ambos carbono puro tiene propiedades muy diferentes según como están distribuidos sus átomos de carbono. En comparación con estos ejemplos, de objetos inertes, las propiedades emergentes de la vida son particularmente difíciles de estudiar por la complejidad inigualable de los sistemas biológicos.

Ahora integremos lo visto en el siguiente esquema

Actividades A:

Las características de los seres vivos, funciones biológicas y clasificación
Leer toda la información que arriba se compartió.

¿Qué significa propiedad emergente?
Analiza el ejemplo de los niveles de organización con el esquema integrador

¿Cuáles son los niveles de organización de la materia en que puedes encontrar a un individuo biológico
¿Cuáles son los niveles que incluyes en microcosmos?
¿Cuáles los niveles clasificados como mesocosmos?
¿Cuáles son los niveles clasificados como macrocosmos?

Repasemos con un ejemplo, coloca a qué nivel pertenece

Proteína
Estómago
Sistema digestivo
Ser humano

Naturaleza dinámica

Hay muchas formas de aproximarse a la naturaleza. Una de ellas es a partir del conocimiento y comprensión de las relaciones entre la materia y la energía, puesto que ambas están presentes en todos los niveles de organización mencionados antes y de sus interacciones resulta la dinámica de los seres vivos, las células y los ecosistemas.

La cantidad total de materia y energía en el Universo es constante. Los especialistas consideran que ambas se habrían originado en un suceso único, ocurrido hace aproximadamente 13 mil millones de años atrás, al que han denominado Big Bang. A partir de este evento se habrían originado los átomos y moléculas, que se organizaron formando cuerpos materiales en los que ocurren muchísimas transformaciones.

Con respecto a la materia, esto significa que cuando tienen lugar las reacciones químicas, las sustancias se transforman unas en otras, pero la cantidad de materia no se modifica. La siguiente fórmula, que corresponde a la ecuación de la respiración celular, representa un ejemplo de esto:

C6H12O6 + 6 O2 ----> 6 CO2 + 6 H2O + energía

En la primera parte de la ecuación observamos C6H12O6 + 6 O2:

C6H12O6 representa a la molécula de glucosa, que está integrada por 6 átomos de carbono (C), 12 de hidrógeno (H) y 6 de oxígeno (O): 24 átomos en total.
6 O2 representa a 6 moléculas de oxígeno (O2), 12 átomos en total.

En la segunda parte de la ecuación observamos 6 CO2 + 6 H2O:

6 CO2 representa a 6 moléculas de dióxido de carbono, en total son 6 átomos de carbono y 12 de oxígeno: 18 átomos en total.
6 H2O son 6 moléculas de agua, en total, 12 átomos de hidrógeno y 6 de oxígeno: 18 átomos en total

Si se suma la cantidad de átomos de la primera parte de la ecuación, se obtienen 36; en la segunda parte de la ecuación, la suma también da 36 átomos en total: la cantidad de materia se mantuvo constante. Por último, la ecuación incluye la intervención de la energía en esta reacción química. En la primera parte está contenida en la molécula de glucosa, como energía química, que en la segunda parte de la ecuación queda liberada y puede manifestarse como energía calórica.

La energía presente en el Universo interviene en todos los fenómenos físicos y químicos y se manifiesta como calor, fuerzas, movimiento, etc., un tipo de energía puede transformarse en otro, pero su cantidad total no se modifica. Por ejemplo, el Sol es considerado una fuente de energía, como el resto de las estrellas. Produce diversas formas de energía, como luz, radiación ultravioleta, entre otras. En la Tierra, por ejemplo, la luz se transforma en energía química durante la fotosíntesis, y una parte de ella se libera en forma de calor.

Para sintetizar, la materia y la energía intervienen en todos los procesos biológicos de los que vamos a ocuparnos en las clases de este año. Los seres vivos forman parte de los ciclos de la materia y las rutas de energía.

Vueltas y vueltas… y de nuevo al principio

La materia cumple ciclos en la naturaleza. Sus transformaciones físico-químicas constituyen el objeto de estudio de varias disciplinas científicas, que proponen teorías para explicar estos cambios cíclicos. Estos ocurren en forma de recorridos diversos que conducen al punto de partida, sea cual fuere éste, tal como se observa en la siguiente video:

Un ecosistema se concibe como un sistema abierto formado por el conjunto de las comunidades vivas y los elementos abióticos de un lugar dentro del cual ocurren movimientos de materia y energía

Sus componentes bióticos son los seres vivos que lo integran. Los miembros de cada comunidad desempeñan cada uno su papel dentro del ecosistema. Todos necesitan nutrirse de una forma u otra y así se organizan en niveles tróficos: productores (realizan la fotosíntesis), consumidores primarios (comen a los productores), consumidores secundarios (comen a los primarios), consumidores terciarios (comen a los carnívoros), descomponedores (se alimentan de restos de seres vivos) y transformadores (transforman la materia orgánica en sales minerales).

Los elementos abióticos que conforman un ambiente se clasifican en: geográficos o topográficos (altitud, orientación, pendiente, latitud...); climáticos (temperatura, humedad, viento, presión atmosférica...); edáficos (composición y estructura del suelo) y químicos (componentes del aire, del agua y del suelo).

Esta representación gráfica de arriba, incluye algunas de las transformaciones químicas en las que interviene el nitrógeno (N), un elemento químico presente en la naturaleza. En el ciclo, las flechas indican la transferencia o pasaje de sustancias que contienen nitrógeno desde los componentes abióticos a los bióticos de un ecosistema y viceversa.

La energía, en cambio, sigue rutas en las que se va transformando y transfiriendo, pero nunca puede regresar al punto de partida. Por lo tanto, en su recorrido por la naturaleza, no regresa al sol, tal como se observa en la siguiente imagen:

Rutas o flujos de la energía. El gráfico de arriba indica con flechas rojas algunos recorridos posibles de la energía en la naturaleza, en este caso, a través de una cadena alimentaria. En ella interviene también la materia, cuyo ciclo está representado con flechas negras. En la naturaleza las rutas o flujos de la energía y los ciclos de la materia interactúan

Sistemas: el todo es más que la suma de sus partes

En nuestro planeta ocurren fenómenos físicos y químicos que participan de las interrelaciones entre materia y energía. Todos los seres vivos interactúan con el ambiente que los rodea. Así, es imposible concebir la idea de un ser vivo aislado del medio, y la de un ser vivo que se desarrolle sin ninguna intervención, de manera absolutamente independiente de otros organismos que habitan su entorno, o de otros procesos que tienen lugar a su alrededor. Se comportan como sistemas; es decir, un conjunto organizado en el que cada uno de sus componentes depende del resto. Un ejemplo de esto son los intercambios de materia y energía entre los seres vivos y el ambiente.

Esta condición permite comprender a los sistemas biológicos entre los que se incluye a los seres vivos y las células que los constituyen, como sistemas abiertos. También son ejemplos de este tipo los ecosistemas, la Biosfera y el planeta Tierra. De ellos nos ocuparemos en este año.

Los físicos, en su clasificación de sistemas, incluyen a los cerrados: es decir, aquellos que sólo intercambian energía con el entorno; y los aislados, que son los que no intercambian ni materia ni energía con su entorno. Por ejemplo, en el Universo no ocurren intercambios con el exterior, porque ese “exterior” no existe, por lo tanto, se lo puede considerar un sistema aislado.

Los seres vivos, que constituyen un tipo muy particular de sistema abierto, pueden mantener su organización interna. A esta propiedad se la denomina homeostasis.