Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-4

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I n t r o d u c c i ó n j la v i d a e n la T ie r r a 9
b le q ue un a hipótesis. Lejos d e se r una conjetura inform ada, una 
teoría científica es un a explicación general d e un fenóm eno n a ­
tura l im portante, desarro llada m ed ian te numerosas observaciones 
reprodurib les. K n lenguaje llano , es m ás co m o un p rin c ip io o una 
le y natural. Po r e jem p lo , teorías científicas co m o la teoría atóm ica 
(q u e toda la m ateria está com puesta p o r á tom os) y la teoría d e la 
gravitación (q u e los objetos se atraen recíprocam ente) so n tunda- 
m entales e n la ciencia de la física. D e la m ism a m anera, la teoría 
celu lar (que todos los seres vivos están com puestos por células) 
y la teoría d e la evo luc ión (q u e w rem o s en la sección 1 .2 ) son 
fundam entales e n el estud io d e la b io log ía. Ixxs científicos llam an 
'te o r ía s ' a los princip ios fundam entales y n o 'h e c h o s ', porque la 
prem isa básica d e la investigación científica es q ue debe em pren ­
derse co n la m ente abierta. S i se encuentran pruebas convincentes, 
la teoría c ien tífica debe m odificarse.
l l n e jem p lo m o dern o de L i necesidad de tener un a m ente 
ab ierta a la lu z d e nuevas evidencias científicas es e l descubrim ien­
to de los priones, q ue so n proteínas infecciosas (tvosee l estud io de 
caso d e l cap ím lo 3 ). Antes del in ic io de la década d e 1980, todos 
los patógenos conocidos pose ían m aterial genético , fuera A D N o la 
m o lécu la re lacionada A R N . C u an d o e n 1982 el n eu ró lo g o S tan ley 
l'rusiner, d e la U n ive rs ity o fC a lifo rn ia (U n ive rs id ad d e C a lifo rn ia ) 
en S a n Francisco, p ub licó evidencias de q ue la tem bladera (una e n ­
ferm edad infecciosa q ue causa la degeneración d e l cerebro d e las 
ovejas) es en realidad causada y transm itida por un a proteína s in 
m ateria l genético, sus resultados fueron recib idos co n incredu lidad 
generalizada. Desde entonces, se ha v is to q ue los priones causan la 
'en ferm edad de las vacas lo ca s ' (tam b ién llam ada tn ce fa ltya tía es­
pongiform e bovina. E E B ) que h a causado la m uerte n o só lo d e gana­
do, s in o d e a lrededo r d e 2 0 0 personas q ue com ieron carne infecta- 
d i. A ntes del descubrim ien to d e los priones, la c ienc ia desconocía 
e l concepto de proteína infecciosa; pero co m o los científicos están 
d ispuestos a m odificar las ideas aceptadas para explicar los datos 
nuevos, m an tu v ie ro n la integridad del p roceso cien tífico a l tiem p o 
que am pliaban nuestro en ten d im ien to sobre có m o se p roducen ta­
les enferm edades. Po r sus trabajos d e vanguardia, S tan ley Prusiner 
recib ió e l p rem io N o b e l d e fisiología o m ed ic ina e n 1997.
La ciencia se basa en el razonamiento
la s teorías aentíficas surgen p o r ra z o n a m ie n to in d u c t ivo , que 
es la generalización q ue resulta d e hacer m uchas obsecraciones que 
la respalden y n in g u n a contradictoria. D ich o e n form a s im p le , la 
teoría d e q ue la T ierra e jerce un a fuerza gravitacional sobre las co ­
sas co m en zó co n observaciones repetidas d e objetos q ue ca ían y, 
p o r e l co n tra rio d e la absolu ta falta de observaciones d e objetos 
que 'cayeran para arrib a '. La teoría celu lar surge d e la observación 
d e que todos los organism os q ue poseen los atributos de la vida 
están com puestos d e un a o m ás célu las y q ue n a d a que n o esté 
com puesto d e célu las com parte estos atributos.
U n a vez p lan teada un a teo r ía c ien tífica , puede usarse para 
sostener u n razonam ien to deductivo . E n las ciencias, el ra z o n a ­
m ie n to d e d u c t iv o es e l p roceso d e e labo rac ión d e un a hipótesis 
sobre cu á l será e l resu ltado d e un a o bservación o experim ento , a 
p a rtir d e un a genera lizac ión justificada, co m o un a teo r ía c ien tí­
fica. Po r e jem p lo , e n e l caso d e la teo r ía ce lu lar, s i lo s científicos 
descubrieran un n u e vo o rgan ism o q u e exh ib iera todos los atribu­
tos d e la vida, d ed uc irían co n seguridad (p lan tearían la h ipótesis) 
q ue es tá com puesto p o r célu las. D esde luego, e l n u e vo o rgan ism o 
debe se r exam in ad o d eten idam ente b a jo el m icro scop io para de­
te rm in a r su estructura ce lu la r ; s i surgen nuevas ev idencias co n v in ­
centes, p uede m odificarse un a teoría c ientífica .
L as teorías oentíficas se formulan 
d e m odo que puedan refutarse
l in a d iferencia im portante entre un a teoría científica y u n a co n v ic ­
c ión basada e n la fe es q ue la prim era puede refutarse, m ien tras que 
la a firm ac ión d e fe. no . Po r esta posibi lidad d e refu tadón es que los 
den tíficos se refieren a los preceptos básicos de las d e n d a s como 
'te o r ía s '. Pa ra explicar la refutabilidad. tom em os d e jem p lo d e los 
elfos, l a postura rientffica respecto d e los elfos es q ue n o existen 
porque n inguna prueba objetiva denota su existencia. Las personas 
q ue creen e n los elfos los describ irían co m o criaturas tan sig ilo­
sas que n o se les puede atrapar n i detectar o b ien d ir ían q ue los elfos 
se m an ifiestan só lo an te quienes creen en e llos. l a teoría científica 
d e q ue los elfos n o existen se refutaría si alguien capturara uno, o si 
aportara a lguna o tra evidencia objetiva y repetib le d e su existencia. 
E n cam bio, las a firm adones d e fe (p o r e jem p lo , q ue los elfos exis­
ten o q ue toda crianira terrestre fue creada independ ientem ente) 
están form uladas d e m anera ta l que n o es posib le refutarlas. Por 
este m otivo, n o so n d e n d a , s in o artículos d e fe.
1.2 E V O LU C IÓ N : LA T E O R ÍA U N IF1C A D O RA 
Q U E C O H ES IO N A LA B IO L O G ÍA
En palabras d e l b ió logo Theodosius Dobzhansky, 'e n la biología 
nada es lógico s i n o se con tem p la a la lu z d e la e v o lu d ó n '. ¿P o r 
q ué las víboras n o tienen patas! ¿Po r q ué hay d inosaurios fósiles 
p ero n o d inosaurios v ivo s? ¿P o r qué los m o no s se nos parecen, 
n o só lo e n e l aspecto s in o tam b ién e n la estructura d e sus g ?nes y 
proteínas? la s respuestas a estas preguntas y m iles m ás están e n Li 
e vo lu d ó n , que estudiarem os con detalle e n la un idad 3.
La e v o lu c ió n , la n o d ó n d e q ue los organism os m odernos 
d esaend en , con m o d ificad o nes , d e form as d e v id a anterio res, ex­
p lica e l o rigen d e la d ivers id ad d e la v id a y tam b ién la s notables 
sem ejanzas en tre o rgan ism os d iferentes. D esde q u e dos na tu ra lis ­
tas ingleses, C ita rles D a rw in y A lfred Russel W a llace , fo rm u laron 
la teo r ía d e la e vo lu d ó n a m ed iad os d e l s ig lo X IX , ésta h a s id o 
va lid a d a p o r fósiles, estud ios geológicos, d a ta rió n rad iactiva de 
rocas, genética, b io log ía m o lecu lar, b io qu ím ica y experim entos 
d e crianza an im a l para estud io d e la an a to m ía com parada. Las 
personas q u e d icen q ue la e vo lu d ó n 'e s p ura t e o r ía ' con funden 
p ro fu nd am en te el concepto d e teo r ía d en tíf ica .
T res procesos naturales que sustentan la evolución 
La te o r ía c ie n t íf ic a d e la e v o lu c ió n establece q ue los organism os 
m odernos desaenden , con m odificadones, d e form as d e v id a an ­
teriores. La fuerza m ás im portante de la e vo lu d ó n es la se le cc ió n 
n a tu ra l, proceso p o r el cual organism os co n d en o s rasgos q ue les 
p erm iten enfrentar los rigores de su entorno , se reproducen con 
m ayo r éx ito q ue otros q ue n o los tienen. Los cam b ios q ue se pro­
d ucene n la e vo lu d ó n se deben a la a c a ó n d e la se lecd ón natural 
sobre las va riad o nes hered itarias que presentan los organism os 
d e un a p o b la d ó n y q ue ocas ionan cam bios e n las generadones 
subsecuentes. La va r iad ó n e n la q ue actúa la se lecd ón natural es 
resu ltado d e pequeñas diferencias e n la co m p o s id ó n genética de 
los organism os d e esa pob ladó n .
La e vo lu d ó n es consecuencia d e tres hechos naturales: la 
va r iab ilid ad genética en tre organism os d e u n a p o b la d ó n d e b i­
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1 0 I n t r o d u c c i ó n a I j v id a f n la Tierra
da a d iferencias e n s u A D N , la h e ren c ia d e esa* variac iones a los 
descendientes d e los organism os que las poseen, y la selección 
na tu ra l, q u e favorece la rep rod ucción d e los organism os con va­
riac iones que les ayud an a sobrev iv ir e n su en to rno .
L a v a r ia b ilid a d g e n é t ic a e n t r e o rg a n is m o s e s h e re d ita r ia 
Observa a tus com pañeros y ve cu án diferentes son. T am b ién , v i­
sita un refugio an im a l y constata las d iferencias de los perros en 
cuanto a tam año , fo rm a y co lo r del pelaje. A unque parte d e esta 
variac ión (e n particu lar entre n is com pañeros) se debe a diferen- 
d as d e l en to rn o y d e l estilo d e v ida , m ucha está in flu id a p o r los 
genes. Po r e jem p lo , casi lodos podríam os levantar pesas el resto 
de nuestra v id a y casi n in g u n o desarro llaría un cuerpo co m o el de 
M r. U n ive rso .
Pero , ¿qué so n los genes? La in fo rm ac ió n hered ita ria de 
todas las form as conoc idas d e v id a se en cu en tra e n un a m o lécu ­
la llam ada á c id o d e s o x irT ib o n u c le ic o o A D N (F IG U R A 1-6). IÜ 
A D N d e un o rgan ism o está e n los c ro m o s o m a s d e cada célu la; 
es e l 'm a p a ' genético d e la cé lu la o e l 'm a n u a l d e instrucc io ­
n e s ' m o lecu la r, u n a g u ia para la co n strucc ión y fu n c io n am ien to 
d e l cuerpo. Ix » genes son segm entos d e A D N . Cada gen d irige la 
fo rm ac ión d e u n o de los com ponentes m olecu lares cruciales del 
o rgan ism o. C u an d o u n o rgan ism o se reproduce, pasa un a cop ia 
d e sus crom osom as co n A D N a sus descendientes.
l a exactitud del co p iad o del A D N es sorprendentem ente 
alta. En las personas, ocurren tan só lo unos 25 errores (llam ado s 
m u ta c io n e s ) por cada m il m illo nes d e subunidades d e la m o ­
lécu la d e A D N . T am b ié n se p roducen m utaciones p o r d añ o al 
A D N ; por e jem p lo , por lu z ultrav io leta , p an ícu las radiactivas o 
com puestos tóxicos, co m o los d e l h u m o del agarro . Estos errores 
ocasionales pueden alterar la in fo rm ac ió n de los genes o m o d ifi­
car e l co n ju n to d e genes e n los crom osom as. A lgunas m utaciones 
son nocivas; p o r e jem p lo , las m utaciones d e las cé lu las d e la piel 
causadas por exceso d e luz u ltrav io leta o d e las célu las p u lm on a ­
res expuestas a las sustancias tóxicas d e l h u m o del cigarro pueden 
causar cáncer.
En raras ocasiones ocu rrirá un a m utación cu an d o se fo r­
m an u n esperm atozo ide o u n ó vu lo , de m anera q ue el cam b io se 
transm ite a los descendientes d e l o rgan ism o. Po r consigu iente, 
todas las cé lu las d e l n u e vo o rg an ism o llevan la m u tación hered i­
taria. A lg u nas de estas m utaciones im p id en el desarro llo d e l o rg a ­
n ism o , m ien tras q ue o tros cam b io s del m ateria l g en é tico causan 
enferm edades co m o e l s índ ro m e d e D o w n . M u ch as m utaciones
▲ F IG U R A 1-6 A D N Ktoddo d e l ADN. la molécula de la herencia. 
Cómo lo explicó uno de sus descubridores. Jam es Watson: ‘ Una 
estructura tan hermosa simplemente tenía que existir*.
n o tienen efectos observables o ca m b ian al o rgan ism o s in ocas io ­
na r daños. P e ro e n circunstancias excepcionales, se p roduce una 
m u tac ió n que con tribuye a l a su perv ivenc ia y la rep rod ucción del 
o rgan ism o. M utaciones ocu rridas hace cientos o m iles d e años 
se han tran sm itid o de los progenitores a la descendencia a lo lar­
go d e inn um erab les generaciones, lo q ue ex p lica las d iferencias 
in d iv id u a le s de estatura, p rop o rc iones físicas, rasgos facia les y co­
lo r d e la p ie l, cabe llo y ojos.
L a s e le c c ió n n a tu ra l t ie n d e a c o n s e r v a r lo s g e n e s 
q u e a y u d a n a l o rg a n is m o a s o b r e v iv ir y re p ro d u c ir s e 
lo s organism os q ue superan m ejo r las d ificu ltades d e su entorno 
dejan m ás descendiente». Estos descendientes heredan los genes 
que h ic ie ron tener éx ito a sus padres. Así, la selección na tu ra l con­
serva los genes q ue ayudan a los organism os a desarrollarse e n su 
m edio . Po r e jem p lo , podem os plantear la hipótesis de q ue los cas­
tores m odernos tienen d ientes delanteros grandes por un a m uta­
ción q ue pasó a los descendientes d e u n a ún ica pareja d e castores, 
p o r la n ia l tenían d ientes m ás prolongados q ue los normales. Ix » 
castores con la m utación m ord ían los árboles m ejo r y construían 
presas y madrigueras más grandes y com ían m ás corteza q ue los cas­
tores norm ales, los q ue n o tenían la m utación. C o m o estos casto­
res d ientones tenían m ás com ida y m ejo r refugio, podían criar más 
descendientes, los cuales heredaron los genes d e sus padres para 
lener dientes grandes. C o n e l tiem po, los ca s to ra m enos exitosos 
con dientes pequeños fueron cada vez m ás a c a so s y después de 
m uchas generaciones, todos los castores tenían los d ie n ta grandes.
Se llam a ad a p ta c io n e s a las estructuras, procesos fisio ló ­
gicos o co m p ortam ien tos q ue co n trib uyen a la superv ivenc ia y a 
la rep rod ucción e n u n am b iente particu lar. Casi todas las carac­
terísticas q u e ad m iram os e n o tras form as d e vida, co m o la larga 
co rnam enta d e los ciervos, las alas de la s águilas y los poderosos 
troncos d e las secuoyas, so n adap taciones co n las q ue escapan de 
sus depredadores, a trapan presas, cap tan la lu z d e l S o l o logran 
« r a s hazañas q ue favorecen su su perv ivenc ia y reproducción . Es­
tas características se co n fo rm aro n e n m illo n e s d e años d e acción 
d e la se lecc ión na tu ra l sobre m utaciones aleatorias.
A l paso del t iem p o , las re laciones recíp rocas d e l en to rno , 
variac ión genética y selección natural, dan p o r resu ltado in ev i­
tab le un a e vo lu c ió n , e s decir, u n cam b io e n la com pos ic ión ge­
nética d e un a p ob lac ió n . L a e vo lu c ió n h a s id o d ocum entada in ­
num erab les veces, tan to e n lab o ra to rio co m o e n la v id a silvestre. 
Po r e jem p lo , los an tib ió tico s actúan co m o agentes d e selección 
na tu ra l e n las pob lac iones de bacterias y suscitan la ap aric ió n de 
cepas resistentes. la s podado ras d e pasto h a n p rod uc id o cam ­
b ios e n la co m p os ic ió n genética de las pob laciones d e d ien tes de 
león e n favo r d e los q u e p roducen flores co n ta llos m u y peque­
ños. Los c ien tíficos h a n d ocum en tado la ap aric ió n espontánea de 
especies com p le tam en te nuevas de p lantas d eb id o a m utaciones 
q u e a lte ran su nú m ero d e crom osom as, lo q ue les im p id e repro­
ducirse con la especie de sus padres.
L o q ue h o y ayuda a u n o rg an ism o a sobrevivir, m añana 
p uede se r un a desventaja. S i cam b ia e l en to rn o (p o r e jem p lo , s ise 
p roduce el ca len tam ien to d e la atm ósfera), la com pos ic ión gené­
ticad e los organism os m ejo r adaptados a su am b ien te cam biará 
tam b ién a l paso del tiem po. C u an d o nuevas m utaciones aleato­
rias in a e m e n ta n L i idone idad de u n o rgan ism o e n u n m e d io alte­
rado, esas m utaciones se d ifund irán en tre toda la pob lación . Las 
pob laciones d e un a especie que v iven e n am b ientes diferentes es­
tán som etidas a tipos d istintos d e selección na tu ra l. S i las diferen-
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I n t r o d u c c i ó n a U v i d a e n la T ie r r a H
A F IG U R A 1-7 T rice ra to p s fó s il Este T rlcera io p s murió en lo 
que h o y es la región estadounidense de Montana hace unos 70 
millones de años. Nadie sabe con certeza la causa de la extinción 
de los dinosaurios, pero si sabemos que no pudieron adqu irir por 
evolución adaptaciones con la suficiente rapidez para mantener el 
ritmo de los cambios de su entorno.
cias son sign ificativas y se p ro longan l o suficiente, es posib le que 
con e l t iem p o hagan q ue las pob laciones sean tan d istintas unas 
d e otras que n o se puedan cruzar: e vo lu c io nó un a especie nueva.
A ho ra b ien, s i pese a lo d o n o se p roducen m utaciones fa ­
vorab les, u n cam b io e n e l am b ien te p uede co n d en a r a un a espe­
d e a la ex tin d ó n . Los d inosaurio s (F IG U R A 1-7) se extingu ieron 
n o p o r sus fa lla s (d e hecho, p rosperaron d u ran te 1 0 0 m illo nes 
d e añ o s ), s in o d eb id o a q ue n o e vo lu d o n a ro n con su fiden te 
p ron titu d para adaptarse a los cam b ios de las co n d idones . F.n las 
ú ltim as décadas, las actividades hu m an as han acelerado drásti­
cam ente e l r itm o d e l ca m b io am b ien ta l. Las m u ta d o n e s d e adap ­
tac ió n son e n realidad escasas; asi, m uchas espedes n o consiguen 
adaptarse a cam b io s am b ien ta les ráp idos y, e n consecuenda, la 
ve loc idad de la e x tin d ó n se h a in c rem en tad o de m anera no tab le. 
En el apartado 'C u a rd iá n de la T ierra : ¿P o r q ué conservar la bio- 
d ive rs id ad ? ' exam inam os m ás a fo n d o este concepto.
1.3 C A R A C T ER ÍST IC A S D E LO S S E R E S V IV O S
U p a lab ra biologfa v ie n e d e la raíz griega b io , q ue significa v ida , y 
d e logas, q ue significa estud io (e n e l apénd ice I se encuentran mu- 
d ías otras raíces). Pero, ¿qué es la v id a con exactitud? S i buscamos 
'v id a ' e n e l d ied on a rio , leem os d efin id o nes co m o 'cu a lid ad que 
d istingue a u n ser v ita l y funciona l d e u n cuerpo in e rte ', m as no 
encontrarás de q ué cualidad se trata. La v id a surge co m o resu ltado 
d e in teraedones ordenadas e increíb lem ente com p le jas en tre m o­
léculas q ue n o están vivas. ¿C ó m o se o rig in ó la v ida? A unque los 
r ien tífko s tienen varias hipótesis sobre có m o ap a red ó la vida en 
la T ierra (téose el cap itu lo 17), naturalm ente es im posib le dem os­
trarlas. La vida es un a cu a lidad in tang ib le q ue se resiste a las defi­
n id o n es sim ples, inc luso en tre b ió logos. S in em bargo, la m ayoría 
d e e llos estaría d e acuerdo en q ue los seres v ivo s com parten oertas 
características que, tomadas e n con junto , n o se encuentran e n las 
cosas inertes. Las características de los seres vivos son las siguientes:
• lo s seres vivos están com puestas d e cé lu las co n estructura 
co m p le ja y organizada.
• lo s seres v ivo s m an tienen su estructura com p le ja y su am b ien ­
te in te rn o estable; este proceso se d en o m in a hom eostasis.
• lo s seres vivos responden a los estím ulos d e su am biente.
• lo s seres vivos adqu ieren y ap rovechan m ateria les y energía 
d e su am b ien te y los co n v ien en e n o tras form as.
• lo s seres v ivo s crecen.
• lo s seres vivos se reproducen s igu iendo el m apa m o lecu la r 
del A D N .
• lo s seres vivos, e n conjunto, tienen la capaddad d e evo ludonar. 
A hora exam inarem os estas características a detalle.
Los seres vivos son com plejos, están organizados 
y se com ponen de células
E n el cap itu lo 4 verem os có m o los investigadores d e com ienzos del 
sig lo X IX , a l observar seres v ivo s con los prim eros m icroscopios, 
concib ie ron la te o r ía ce lu la r , q ue establece q ue la célu la es la un i­
d a d básica d e la vida. In c lu so u n a cé lu la ún ica posee un a estructura 
in terna com p le ja (véase la figura 1-2). Todas las célu las contienen 
g enes , las unidades d e la h e re n a a q ue sum in istran la in fo rm ad ó n 
necesaria para co n tro la r l a v id a d e la célu la. Las célu las contienen 
tam b ién o rg an e lo s . especializados e n cu m p lir fundones específi­
cas co m o m over a la célu la, ob tener energía o s intetizar m oléculas 
grandes. Las células siem pre están rodeadas d e un a delgada m e m ­
b ra n a p la s m á t ic a que e n d o n a al c ito p la sm a (los organelos y el 
l iq u id o q u e los ro dea ) y que separa a la cé lu la del m e d io exterior. 
A lgunos organismos, casi todos invis ib les para el o jo hum ano, 
constan de un a so la célu la. T u cuerpo ( y e l d e los organism os con 
los q ue estam os m ás fam ilia rizados) está com puesto por m u d ias 
célu las espedalizadas y m u y b ien organizadas que cu m p len fun ­
d ones específicas. 1.a pulga de agua ( D aphn ia) es u n buen e jem p lo 
d e la com p le jidad q ue encontram os e n un a form a d e v id a m u ltice ­
lu la r q ue es m ás pequeña q ue la letra o de este texto (F IG U R A 1-8).
A F IG U R A 1-8 L a v id a e s co m p le ja y o rgan izad a La pulga de 
agua, D ap hn ia lon g lsp lna. mide apenas un milímetro (una milésima 
de metro), pero tiene patas, boca, aparato digestivo, órganos 
reproductivos, ojos sensibles a la luz y un cerebro sencillo.
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