2.1. Introducción al átomo. Su estructura

La vida en su nivel más fundamental está compuesta de materia que se puede definir como cualquier sustancia que ocupa espacio y posee masa.

Iniciaremos nuestro estudio de la biología con el elemento más básico de la materia: el átomo, conoceremos su estructura, tipos, propiedades y cómo se organizan, mediante enlaces, para formar configuraciones con un nivel de complejidad superior, las denominadas moléculas.

Los átomos son los componentes estructurales de los llamados elementos químicos, los cuales, pueden definirse como aquellas formas únicas de materia que no se pueden descomponer (por reacciones químicas ordinarias) en sustancias más pequeñas, poseyendo unas propiedades físicas y químicas muy específicas.
La manera en que se designan se realiza mediante una letra mayúscula o combinación de dos letras en el caso de que la primera de ellas ya haya sido tomada por otro elemento, tales letras son denominadas símbolos químicos. Así, por ejemplo: H representa al elemento hidrógeno y He representa el elemento helio.
Los cuatro elementos más comunes en los organismos vivos, incluyendo el ser humano, son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrógeno (H) y el nitrógeno (N), cuyos porcentajes de presencia en los mismos son los siguientes:

Elemento	Porcentaje en seres vivos
Oxígeno	65%
Carbono	18%
Hidrógeno	10%
Nitrógeno	3%

Como acabo de mencionar, los componentes estructurales de los elementos son los denominados átomos, los cuales, son las unidades de materia más pequeñas que retienen todas sus propiedades químicas.

Las dos zonas en las que se encuentra dividido el átomo son:

▣      El núcleo, en el centro del mismo constituido por protones (p) y neutrones (n).

▣      Orbitando en torno al núcleo, los electrones (e^-) en la región más externa del átomo.

Protones y neutrones cuentan aproximadamente con la misma masa (1,67*10^-24 g) distinguiéndose por su carga eléctrica, ya que los primeros se encuentran cargados positivamente y los segundos sin carga neta.

La mayor contribución de los electrones al átomo radica en su carga, al ser igual que la del protón pero de signo contrario (negativa). Su masa, por el contrario, es muy inferior a los constituyentes del núcleo: 9,11*10^-28 g, lo que representa únicamente 1/800 de la masa atómica^[1] total.

Curiosamente, debido al pequeño tamaño de estas partículas, la inmensa mayoría de un átomo es espacio vacío ( > 99 %). Para que puedas imaginarte lo que esto supone, imagínate que el átomo tuviese el tamaño de una esfera que rodease a la torre Eiffel de 301 m. de altura, proporcionalmente, el núcleo estaría representado por el hueso de una cereza y los electrones serían puntas de alfileres.

Como consecuencia de este enorme vacío, podríamos plantearnos entonces por qué los objetos sólidos son impenetrables entre sí, y la respuesta se encuentra en la repulsión que se produce entre las capas electrónicas de los átomos, que cuentan con el mismo tipo de carga eléctrica (carga negativa).

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[1] Unidad de masa atómica (u) o dalton (Da) es aproximadamente la masa de un nucleón, ya sea un protón o neutrón y se define como la doceava parte de un átomo de carbon-12 neutro y no enlazado. Su valor equivale a 1,660*10^-27 kg.

Fuente: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.

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1.2. El método científico

El proceso científico, normalmente, comienza con una observación (a menudo un problema que necesita solución) la cual conduce al planteamiento de una pregunta. Partiendo de esta pregunta se siguen los siguientes pasos:

▣         Proposición de una hipótesis

Recordemos que una hipótesis se trata de una explicación propuesta que puede ser comprobada. Por supuesto, pueden proponerse varias hipótesis para intentar resolver un único problema, ya que diferentes respuestas pueden ser capaces de responder a la misma pregunta.
Una vez elegida la hipótesis, se pasa a formular una predicción, similar a la hipótesis, pero con la estructura:
“Si . . . entonces . . .”

▣         Verificación de la hipótesis

Para comprobar las hipótesis planteadas (dado que, los fenómenos naturales no siempre ocurren con suficiente variación y flexibilidad) no basta únicamente con la observación, sino que el investigador también debe recurrir a la experimentación, diseñando uno o más experimentos con el fin de desechar una o más de estas hipótesis iniciales.
Cada uno de estos experimentos constará de:

▶      Una o más variables que se definen como cada una de las partes del experimento que puede variar o cambiar a lo largo del mismo.

▶      Uno o más grupos de control, los cuales contienen las características del grupo experimental, excepto que no se le aplica la hipótesis estudiada. De este modo, si los resultados del grupo experimental difieren del de control dicha diferencia más que a factores externos ha de achacarse a la aplicación de la hipótesis sometida a comprobación.

Podemos, sin pecar de injustos, conceder a Galileo el honor de haber introducido de manera sistemática la experimentación en el mundo de las ciencias naturales. Sin la experimentación, la ciencia moderna nunca habría alcanzado los avances que ha obtenido, y ésa es la razón por la que, hoy en día, los laboratorios son tan esenciales para los investigadores científicos.

A diferencia del pensamiento general la ciencia no busca probar nada, debido a que el entendimiento científico siempre está sujeto a modificaciones como consecuencia de la adquisición de nuevos conocimientos con el paso del tiempo. El objetivo, por tanto, es la comprobación de que las hipótesis planteadas sean refutadas o desaprobadas, lo que se conoce comúnmente con el término de “hipótesis falsable”.

Los diferentes pasos del método científico, de manera esquemática, se pueden representar de la siguiente manera:

Para aclarar estos conceptos  pondré un ejemplo muy simple que puede surgir en nuestra vida cotidiana:

Imagínate que te sientas para ver la televisión (de lo poco que pueda merecer la pena), pero ésta no se enciende (observación), te preguntas, por tanto, porqué no lo hace (pregunta). 

La primera hipótesis que te podrías plantear es que se haya producido un corte eléctrico en tu domicilio, para comrobarlo realizas el siguiente “experimento”: enciendes la lámpara que tienes en la misma habitación, pero ésta funciona (análisis del resultado), por tanto, la hipótesis es incorrecta.
Posteriormente, formulas una segunda posibilidad y piensas que el monitor está desenchufado (segunda hipótesis), echas una ojeada y compruebas si está enchufado o no (experimento), efectivamente lo está (análisis del resultado), hipótesis nuevamente incorrecta.
La tercera idea que se te ocurre es cerciorarte acerca del estado de las pilas del mando a distancia (tercera hipótesis), decides cambiárselas y finalmente el televisor se enciende (análisis del resultado), en consecuencia esta última suposición es la correcta.

Sin duda, se trata de un ejemplo muy elemental, pero a través de su exposición te puedes llegar a hacer una idea aproximada de cómo la ciencia trata de resolver cuestiones muchísimo más importantes y de enorme complejidad.

Fuente: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.

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1.1. ¿Qué es la ciencia? Cómo funciona

El término ciencia procede del latín “scientia” (conocimiento), se puede definir como el conocimiento que cubre verdades generales o el funcionamiento de leyes generales, especialmente desarrolladas y examinadas a través del método científico. Este método desempeña, como consecuencia, un papel fundamental en la ciencia, basándose en una serie de pasos bien definidos entre los que se encuentra la observación y la experimentación. 

Uno de los aspectos más importantes del método científico es la comprobación, mediante experimentos repetibles, de las hipótesis planteadas, entendiendo por hipótesis una posible explicación de un hecho que puede ser comprobada. Las hipótesis, a su vez, pueden convertirse en teorías verificadas, las cuales son explicaciones examinadas y confirmadas mediante observaciones o fenómenos. Hay que destacar el hecho de que una hipótesis esté bien propuesta no implica necesariamente su validez, ya que podría darse el caso que dicha hipótesis resultase ser falsa.

Imaginemos, que de modo similar como supuestamente Galileo hizo en la torre de Pisa, nos encontramos en la azotea de un edificio con la intención de medir cuánto tiempo tarda una pelota en llegar al suelo, entre las hipótesis que podríamos formular se encuentran las siguientes:

▣         Ese tiempo dependerá del material del que esté hecho la pelota.

▣         Ese intervalo variará en función de la altura del edificio.

▣         Dicho lapso de tiempo depende de la masa de la pelota.

▣         Por último, ese intervalo temporal está determinado por la apariencia estética de la pelota.

Tanto la primera hipótesis, como la segunda y la tercera podrán ser verdaderas o falsas, pero siempre serán verificadas a través de diversos experimentos. Por ejemplo, podemos emplear pelotas de diversos materiales (hierro, madera, plástico...) con distintas masas (50 g, 150 g, 250 g...), o podemos lanzarla desde edificios con diferentes alturas. Sin embargo, la última hipótesis indicada no es válida, puesto que la estética no se puede medir y por tanto, no se puede examinar mediante la realización de experimentos.

El objetivo común de todas las ciencias es conocer, los científicos buscan el entendimiento del mundo y la manera en la que éste funciona, para hacerlo emplean dos métodos de razonamiento lógico:

▣      Razonamiento inductivo: aquella forma de razonamiento lógico que utiliza observaciones relacionadas entre ellas con el fin de alcanzar una conclusión general. A partir de muchas observaciones, datos en bruto (cualitativos y/o cuantitativos) y un profundo análisis infieren conclusiones (inducciones) basándose en evidencias.

▣      Razonamiento deductivo: en este tipo de argumento se emplean principios generales o leyes para predecir resultados específicos. Por tanto, se trata de un patrón de razonamiento que se mueve en dirección opuesta al anterior. Partiendo de unos principios generales, el científico puede extrapolar y pronosticar efectos concretos que serán válidos siempre y cuando dichos principios también lo sean.

Ambos tipos de razonamiento se van a aplicar conjuntamente para permitir el avance del conocimiento científico.

Fuente: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.

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1. ¿Qué es la biología?

Todos tenemos una idea más o menos aproximada de lo que es la biología y su campo de estudio, puesto que es una de las asignaturas básicas que cursamos desde niños en el colegio. Sin embargo, ya que esta sección del blog está dedicada a ella, me gustaría comenzar desde cero dando una definición de la misma.
Esta ciencia tiene como objetivo la investigación de los organismos vivos, sus interacciones, así como su medio ambiente. Su ámbito es muy amplio y abarca desde el mundo submicroscópico y microscópico de la célula hasta la totalidad del planeta, pasando por los ecosistemas.

Se engloba dentro de las denominadas ciencias naturales cuyo objeto de estudio son el mundo físico, sus fenómenos y procesos. Una división bastante común entre las ciencias naturales establece la diferenciación entre las ciencias de la vida (fundamentalmente biología y medicina) y las ciencias físicas que estudian la materia inerte (física, química, astronomía y geología). Del mismo modo, encontramos también otras ramas interdisciplinarias construidas sobre esta división, como son la biofísica y la bioquímica.
Las ciencias naturales, en ocasiones, se conocen como "ciencias puras" al basarse en la utilización de datos cuantitativos, mientras que las ciencias sociales, para conducir sus investigaciones acerca del estudio del comportamiento humano y social, emplean más a menudo evaluaciones cualitativas.

La biología, como comentaba, debido a su amplio campo de estudio se compone de muchas especialidades y subdisciplinas. Así, por ejemplo, los fisiólogos analizan el funcionamiento interno de los organismos vivos, los biólogos que estudian la anatomía se centran en la estructura de los mismos, los zoólogos se especializan en la investigación de la fauna, los botánicos en la flora y así sucesivamente.
Pero en este blog y debido al propósito del mismo me centraré primordialmente en dos campos:

▣      La biología molecular que es el estudio de las macromoléculas constituyentes de la vida (incluyendo las interacciones entre moléculas tales como el DNA, el RNA y las proteínas).

▣      La biología celular que se ocupa de la célula, su estructura y las funciones que sus distintos constituyentes desempeñan.

Fuente: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.

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