Principios Unificadores en la Biología

Armando Valdés Velásquez, Ph.D.

Sección de Ciencias Ambientales / UPCH

Unidad de Biología de la Conservación / FCH

Los organismos vivos

Que es vida?

Ciertas características de los organismos vivos también se deben encontrar en todos los reinos

Empezar por las características generales de la vida y luego avanzar hacia las de los organismos derivados

Que es vida?

Buscamos propiedades fijas que se mantengan a lo largo de la historia de la vida

Sin embargo propiedades actuales no son necesariamente las mismas que para el origen => EVOLUCION

Cambio

Surgen nuevas propiedades! No predecibles!

Disyuntiva

Propiedades muy cercanas al origen probablemente sean compartidas con formas no vivas -> replicación

Usar solo propiedades que aparecen y caracterizan formas avanzadas probablemente elimine las primeras formas de vida

Que es vida?

Debe contener en la definición la historia común de la vida sobre la tierra

Descendencia evolutiva comúnPropiedades tan importantes para el

mantenimiento y el funcionamiento de los organismos vivos que persistan a lo largo del árbol de la vida.

Propiedades generales de los sistemas vivos Singularidad química Complejidad y organización jerárquica Heredabilidad y variabilidad (reproducción) Programa genético Metabolismo Desarrollo Interacción con el entorno

Singularidad química

Macromoléculas: ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos

Siguen las leyes químicas, tienen las mismos componentes y uniones que el resto de la materia -->

Estructura organizacional compleja lo que las hace únicas --> estructuras tridimensionales

Amino ácidos Limitados en número Variabilidad alta por

estructura tridimensional --> ordenamiento de amino ácidos

Unidad bioquímica Potencial de diversidad

Complejidad y organización jerárquica Macromoléculas - células - organismos - poblaciones -

especies

Complejidad y organización dentro de cada uno de estos niveles

Replicación de moléculas y componentes sub-celulares sólo dentro de la célula, no en forma independiente

--> células: unidades básicas de los organismos vivos!

Propiedades de un nivel cualquiera no pueden ser predichas desde el conocimiento del nivel componente!

Nivel Escala temporal de reproducci—n

Campo de estudio

Mˇtodo de estudio

Propiedades emergentes

Cˇlula Horas (mam’feros = 16h)

Biolog’a celular Microscop’a Replicaci—n cromosomal (meiosis, mitosis), s’ntesis de macromolˇculas

Organismo Horas a d’as (unicelular) / d’as a a–os (multicelular)

Anatom’a organ’smica, fisiolog’a, genˇ tica

Disecci—n, cruces genˇ ticos, estudios cl’nicos

Estructura, funciones y coordinaci—n de tejidos, —rganos y sistemas organ’smicos (alimentaci—n, percepci—n, temperatura)

Poblaci—n Hasta miles de a–os Biolog’a de poblaciones, genˇ tica de poblaciones, ecolog’a

An‡lisis de variaci—n, abundancia, distribuci—n geogr‡fica

Estructuras sociales, sistemas reproductivos, distribuci—n etaria, niveles de variaci—n, acci—n de selecci—n natural

Especie Miles a millones de a–os

Sistem‡tica, biolog’a evolutiva, ecolog’a de comunidades

Barreras reproductivas, filogenia, paleontolog’a, interacciones ecol—gicas

Mˇtodos de reproducci—n, barreras reproductivas

Pro

pie

dad

es

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erg

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Por

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al

La diversidad de propiedades emergentes en todos los niveles de la jerarquía

biológica contribuye enormemente a la dificultad de darle a la VIDA una simple

descripción o definición

Heredabilidad y Variabilidad (reproducción) La vida no aparece espontáneamente, procede de

otra vida (biogénesis) a partir del proceso de reproducción

Genes se replican para producir nuevos genes / células se dividen / organismos se reproducen (sexual o asexualmente) / poblaciones se fragmentan / especies se especian

La reproducción puede o no ocurrir, pero es inherente como característica esperada de todos estos niveles

Heredabilidad y Variabilidad (reproducción)

Heredabilidad: la transmisión fiel de las características de los padres a la progenie (organismo)

Variabilidad: la producción de diferencias entre las características de diferentes individuos

Para pensar

Si la heredabilidad fuera perfecta, los sistemas vivos no cambiarían nunca

Si la variabilidad no fuera controlada por la heredabilidad, los sistemas biológicos carecerían de la estabilidad suficiente para persistir en el tiempo

Programa genético

Información para funcionamiento y desarrollo en los ácidos nucleicos (ADN, ARN)

Código genético: correspondencia entre la secuencia de pares de base del ADN y la secuencia de amino ácidos en las proteínas

Código genético es universal (bacteria, núcleo animal y vegetal) --> evidencia de un único origen de vida

Metabolismo

Nutrientes se rompen para obtener la energía química y los componentes moleculares para la construcción y el mantenimiento de los sistemas vivos

Metabolismo: digestión, respiración (producción de energía), y síntesis de moléculas y estructuras

Catabólica (destructiva) y Anabólica (constructiva) Síntesis de macromoléculas y rompimiento de enlaces

para la recuperación de la energía almacenada en ellos

Desarrollo

Los cambios característicos que un organismo sobrelleva desde su origen (fertilización de un huevo por esperma) hasta su forma final adulta

Conlleva cambios en tamaño y forma y la diferenciación de estructuras dentro del organismo

En animales las etapas tempranas de desarrollo son más similares entre especies relacionadas que las etapas tardías

Interacción con el entorno

Factores que afectan la distribución geográfica y la abundancia de los organismos

Los organismos perciben estímulos del entorno y responden en formas apropiadas adecuando su metabolismo y fisiología --> irritabilidad

No es posible aislar la historia evolutiva de un linaje de organismos del entorno en el cual ocurrió!

Importante

La VIDA obedece las leyes físicas Todos los seres vivos operan y evolucionan

dentro de los límites de las leyes básicas de la física y la química

Primera ley de termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, se transforma

Segunda ley de termodinámica: los sistemas físicos tienden hacia un estado de mayor desorden o entropía --> calor disipado

Gracias!