Introducción a la Biología y Niveles de Organización

La Biología es la ciencia que estudia a los seres vivos, específicamente su origen, evolución, características, comportamiento y las interacciones entre ellos y con su entorno.

Niveles de Organización Biológica

Los seres vivos se organizan en diversos niveles de complejidad. A continuación, se describen los principales:

• Atómico: Se refiere a la unidad más pequeña de la materia que conserva las propiedades de un elemento químico. Está compuesto por partículas subatómicas como protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (carga neutra).
• Molecular: Es la unión de dos o más átomos, que pueden ser del mismo elemento o de elementos diferentes, formando compuestos con propiedades específicas.
• Celular: Es la unidad fundamental de la vida. Se forma por la unión de diversas moléculas que interactúan para llevar a cabo las funciones vitales.
• Tisular: Se refiere a la agrupación de células similares que se organizan para cumplir una función específica, como el tejido muscular o el tejido nervioso.
• Orgánico: Es la reunión de varios tejidos diferentes que trabajan en conjunto para formar un órgano con una función particular, como el corazón o el estómago.

Niveles de Agrupación Ecológica

Más allá del organismo individual, los seres vivos se agrupan en niveles ecológicos:

• Población: Es el conjunto de organismos de la misma especie que coexisten y se desarrollan en un sitio adecuado y en un tiempo determinado.
• Comunidad: Son las diferentes poblaciones de distintas especies que interactúan y viven en un mismo ecosistema.
• Ecosistema: Es el conjunto de interacciones entre los factores bióticos (seres vivos) y abióticos (componentes no vivos como el agua, el suelo, la luz solar) en un área determinada.
• Biosfera: Comprende todos los lugares de la Tierra donde existe vida. Con la ayuda de la energía solar, se producen cambios en la materia y la energía que sustentan los procesos vitales.

La Célula: Conceptos Fundamentales y Teoría Celular

La ciencia que estudia las células es la Citología, la cual abarca todo lo relacionado con su estructura, función, origen y evolución.

Pioneros en el Estudio de la Célula y la Microscopía

• Galileo Galilei: Aunque no se le atribuye directamente la teoría celular, construyó los primeros microscopios compuestos de la historia entre los años 1590 y 1600, sentando las bases para la observación de estructuras diminutas.
• Hans y Zacharias Janssen: Dos hermanos holandeses, fabricantes de lentes, son reconocidos por haber inventado el primer microscopio compuesto alrededor de 1590.
• Robert Hooke: Este científico inglés mejoró el microscopio y, en 1665, observó cortes delgados de corcho, acuñando el término «célula» al ver las pequeñas cavidades que le recordaron a las celdas de un panal.
• Anton van Leeuwenhoek: Un comerciante holandés que construyó microscopios de un solo lente, pero con una capacidad de aumento hasta 200 veces superior a los de Hooke, lo que le permitió observar «animálculos» (protozoos y bacterias) y espermatozoides.
• Robert Brown: Un botánico escocés que, en 1831, descubrió el núcleo en las células de orquídeas, identificándolo como una estructura central importante.

La Teoría Celular y sus Postulados

Un postulado es una proposición que se acepta como verdadera sin necesidad de demostración, sirviendo de base para una teoría. La Teoría Celular es uno de los pilares fundamentales de la biología y establece que:

1. Postulado Anatómico (o de la Unidad Estructural): Todo ser vivo está formado por una o más células. La célula es la unidad estructural de los seres vivos.
2. Postulado Fisiológico (o de la Unidad Funcional): La célula es la unidad funcional de los seres vivos. En su interior se realizan todas las reacciones metabólicas y funciones vitales (nutrición, excreción, respiración y reproducción).
3. Postulado de Origen (o de la Unidad de Origen): Toda célula proviene de otra célula preexistente (Omnis cellula e cellula). Es capaz de originar células descendientes.
4. Postulado Genético (o de la Unidad Hereditaria): La célula contiene el material de la herencia (ADN), que se transmite de la célula madre a las células hijas.

Tipos de Células

Los seres vivos poseen diferentes tipos de células, clasificadas según su complejidad y función:

• Células Procariotas: Carecen de núcleo definido y organelos membranosos.
• Células Eucariotas: Poseen un núcleo definido y organelos membranosos.
• Células Pluricelulares: Organismos compuestos por múltiples células. (Nota: «Pluricelular» se refiere al organismo, no a un tipo de célula individual).
• Células Somáticas: Son las células del cuerpo que no participan directamente en la reproducción.
• Células Reproductoras (Gametos): Células especializadas en la reproducción sexual (óvulos y espermatozoides).
• Células Vegetales: Células eucariotas con pared celular, cloroplastos y una gran vacuola central.
• Células Animales: Células eucariotas sin pared celular ni cloroplastos.
• Células Microscópicas: La mayoría de las células son tan pequeñas que solo pueden observarse con un microscopio.

Morfología y Tamaño Celular

Formas de las Células

Las células presentan una gran diversidad de formas, que a menudo están relacionadas con su función. Algunas de las formas comunes incluyen:

• Planar (planas)
• Cúbica
• Cilíndrica
• Redonda
• Estrellada (como las neuronas)
• Fusiforme (en forma de huso, como las células musculares lisas)
• Irregulares

Relación entre Forma, Función y Estructura

• Forma y Herencia: El material genético o ADN se encuentra en todas las células (procariotas y eucariotas) y es el encargado de almacenar la información hereditaria.
• Forma y Función: La estructura y configuración química de la membrana celular, así como la forma general de la célula, están íntimamente ligadas a la función que desempeñan. Por ejemplo, los espermatozoides tienen una forma que les permite moverse, y las células musculares están adaptadas para la contracción.
• Forma y Estructura de la Membrana: La membrana plasmática es la que se encarga de dar forma y estabilidad estructural a la célula, además de regular el paso de sustancias y permitir la formación de diferentes tejidos del cuerpo.
• Bioestructura de la Célula: La célula está compuesta por la membrana plasmática, el citoplasma (que incluye organelos como el retículo endoplasmático) y el núcleo.

Medidas y Dimensiones Celulares

Las células son predominantemente microscópicas. Sus dimensiones son muy pequeñas y se miden en micrómetros (µm).

Ejemplos de Tamaños Celulares:

• Eritrocitos (glóbulos rojos): ~7.2 µm
• Leucocitos (glóbulos blancos): 10-12 µm
• Adipocitos (células grasas): hasta 100 µm
• Espermatozoides: ~60 µm (cabeza y cola)
• Óvulos: ~200 µm (una de las células más grandes del cuerpo humano)

Organismos Unicelulares y Pluricelulares

• Organismos Unicelulares: Son aquellos que están compuestos por una sola célula, como las bacterias o las levaduras.
• Organismos Pluricelulares: Son aquellos que están compuestos por varias células, desde unas pocas hasta billones, como los animales y las plantas.

Un adulto humano, por ejemplo, se estima que tiene alrededor de 75 billones de células.

Observación Celular

• A simple vista: Generalmente, las células individuales no se pueden ver a simple vista. Sin embargo, se puede inferir que toda célula posee dimensiones como largo, ancho, profundidad y volumen, aunque no sean directamente observables sin ayuda.
• Con el microscopio: Con el microscopio, observamos la distinción de las dimensiones (largo y ancho) y la estructura interna de la célula.

Principio de Driesch y el Volumen Celular

El Principio de Driesch, conocido como la constancia del volumen celular, sostiene que en dos organismos de la misma especie pero de diferentes tamaños, lo que varía es el número de células y no su volumen individual. Es decir, un organismo más grande tiene más células, no células más grandes.

Cuando una célula aumenta demasiado de tamaño, su relación superficie/volumen disminuye. Esto obliga a la célula a entrar en división, lo que le permite reducir su volumen y mantener una relación superficie/volumen óptima para el intercambio de sustancias.

Composición Química y Funciones Vitales de las Células

Composición Química de las Células (Porcentaje Aproximado)

Las células están compuestas principalmente por:

• Agua: ~98.63%
• Carbohidratos: ~1.27%
• Lípidos: ~0.08%
• Proteínas: ~0.02%
• (Nota: Estos porcentajes pueden variar significativamente dependiendo del tipo de célula y la fuente. Generalmente, las proteínas y lípidos son mucho más abundantes que 0.02% y 0.08% respectivamente en la masa seca de la célula, y el agua es el componente más abundante en peso total).

Funciones Vitales de la Célula

Las células realizan diversas funciones esenciales para la vida:

• Irritabilidad

  Es la capacidad de las células para reaccionar a estímulos físicos, químicos o eléctricos del entorno. Por ejemplo, las neuronas reaccionan a un estímulo nervioso o un golpe, transmitiendo señales.

• Secreción

  Corresponde a la producción y liberación de sustancias por parte de las células para cumplir una función determinada. Por ejemplo, las glándulas secretan hormonas de crecimiento que se distribuyen por todo el cuerpo.

• Excreción

  Es la eliminación de sustancias de desecho o toxinas que no son útiles para el organismo. Por ejemplo, la eliminación de sudor y orina.

• Respiración

  Proceso mediante el cual las células obtienen energía a través del oxígeno o los nutrientes que ingresan. Por ejemplo, la respiración celular que utiliza oxígeno para producir ATP.

• Reproducción

  Cuando una célula está lista para dividirse, aumenta de tamaño y se divide para originar células hijas con las mismas características de la célula madre. Por ejemplo, cuando uno se corta, las células se reproducen para reconstruir el tejido dañado, y las células madre generan nuevos tejidos.

• Crecimiento

  Esta propiedad permite a la célula alcanzar un tamaño determinado y útil para su función. Por ejemplo, una célula nerviosa puede crecer en longitud para establecer conexiones.

Estructura General de la Célula y sus Componentes Principales

La estructura general de una célula eucariota típica incluye:

• Membrana Plasmática
• Citoplasma
• Núcleo

Funciones de los Componentes Celulares

• Función de la Membrana Plasmática

  Cumple varias funciones vitales: protege las células, actúa como una barrera selectiva que impide el libre intercambio de materiales de un lado a otro, y al mismo tiempo, regula el paso de sustancias necesarias para la célula.

• Función del Citoplasma

  Es el medio gelatinoso donde se encuentran los organelos celulares. Contiene proteínas, lípidos e hidratos de carbono que cumplen funciones relacionadas con el metabolismo y la alimentación celular.

• Función del Núcleo

  Es un orgánulo celular rodeado por una doble membrana (en células eucariotas) que contiene la mayor parte del material genético de las células, el ADN, organizado en cromosomas. Controla las actividades celulares y la herencia.