QuimicayBiologia


Antoine Lavoisier 1743/1794	considerado el padre de la Quimica Moderna

La ubicuidad de la química en las ciencias naturales hace que sea considerada una de las ciencias basicas La química es de gran importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la farmacia, la medicina, la geologia, la ingenieria y la astronomia, entre otros.
Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales, partículas compuestas (núcleos atómicos, átomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies.
Desde el punto de vista microscópico, las partículas involucradas en una reacción química pueden considerarse un sistema cerrado que intercambia energía con su entorno. En procesos exotermico, el sistema libera energía a su entorno, mientras que un proceso endotermico solamente puede ocurrir cuando el entorno aporta energía al sistema que reacciona. En la mayor parte de las reacciones químicas hay flujo de energía entre el sistema y su campo de influencia, por lo cual puede extenderse la definición de reacción química e involucrar la (calor) como un reactivo o producto.
Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son:

bioquimica
fisicoquimica
quimica analitica
quimica inorganita

Es común que entre las comunidades académicas de químicos la quimica analitica no sea considerada entre las subdisciplinas principales de la química y sea vista más como parte de la quimica analitica. Otro asptecnecto notable en esta clasificación es que la química inorgánica sea definida como "química no orgánica". Es de interés también que la química física (o fisicoquímica) es diferente de la fisica quimica. La diferencia es clara en inglés: "chemical physics" y "physical chemistry"; en español, ya que el adjetivo va al final, la equivalencia sería:

química física $\Longleftrightarrow \;$ Physical chemistry
física química $\Longleftrightarrow \;$ Chemical physics

Usualmente los químicos reciben entrenamiento formal en términos de físicoquímica (química física) y los físicos trabajan problemas de la física química.
La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en la actualidad gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se encuentran, por ejemplo, el estudio del plegamiento de proteinas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteinas.
Si hay una particula importante y representativa en la química, es el electron. Uno de los mayores logros de la química es haber llegado al entendimiento de la relación entre reactividad química y distribución electrónica de átomos, moléculas o sólidos. Los químicos han tomado los principios de la mecanica cuantica y sus soluciones fundamentales para sistemas de pocos electrones y han hecho aproximaciones matemáticas para sistemas más complejos. La idea de orbital atómico y molecular es una forma sistemática en la cual la formación de enlaces es comprensible y es la sofisticación de los modelos iniciales de puntos de Lewis. La naturaleza cuántica del electrón hace que la formación de enlaces sea entendible físicamente y no se recurra a creencias como las que los químicos utilizaron antes de la aparición de la mecánica cuántica. Aun así, se obtuvo gran entendimiento a partir de la idea de puntos de Lewis.

Historia

Las primeras experiencias del ser humano como químico se dieron con la utilización del fuego en la transformación de la materia, la obtención de hierro a partir del mineral y de vidrio a partir de arena son claros ejemplos. Poco a poco la especie humana se dio cuenta de que otras sustancias también tienen este poder de transformación. Se dedicó un gran empeño en buscar una sustancia que transformara un metal en oro, lo que llevó a la creación de la alquimia. La acumulación de experiencias alquímicas jugó un papel vital en el futuro establecimiento de la química.
La química es una ciencia empírica, ya que estudia las cosas por medio del método científico, es decir, por medio de la observación, la cuantificación y, sobre todo, la experimentación. En su sentido más amplio, la química estudia las diversas sustancias que existen en nuestro planeta así como las reacciones que las transforman en otras sustancias. Por otra parte, la química estudia la estructura de las sustancias a su nivel molecular. Y por último, pero no menos importante, sus propiedades.

Subdisciplinas de la química

La química cubre un campo de estudios bastante amplio, por lo que en la práctica se estudia de cada tema de manera particular. Las seis principales y más estudiadas ramas de la química son

quimica ignorganica: síntesis y estudio de las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de los compuestos formados por átomos que no sean de carbono (aunque con algunas excepciones). Trata especialmente los nuevos compuestos con metales de transición, los ácidos y las bases, entre otros compuestos.
quimica organica: Síntesis y estudio de los compuestos que se basan en cadenas de carbono.
bioquimica: estudia las reacciones químicas en los seres vivos, estudia el organismo y los seres vivos.
quimica fisica: estudia los fundamentos y bases físicas de los sistemas y procesos químicos. En particular, son de interés para el químico físico los aspectos energéticos y dinámicos de tales sistemas y procesos. Entre sus áreas de estudio más importantes se incluyen la termodinamica quimica, la cinetica quimica, le electroquimica, la mecanica estadistica y la espectroscopio. Usualmente se la asocia también con la quimica cuantica y la quimica teorica.
Quimica industrial: Estudia los métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas, de la manera económicamente más beneficiosa. En la actualidad también intenta aunar sus intereses iniciales, con un bajo daño al medio ambiente.
quimica analitica: estudia los métodos de detección y cuantificación de una sustancia en una muestra. Se subdivide en Cuantitativa y Cualitativa.

La diferencia entre la quimica organica y la quimica biologica es que en la química biológica las moléculas de ADN tienen una historia y, por ende, en su estructura nos hablan de su historia, del pasado en el que se han constituido, mientras que una molécula orgánica, creada hoy, es sólo testigo de su presente, sin pasado y sin evolución histórica.
Además existen múltiples subdisciplinas que, por ser demasiado específicas o bien multidisciplinares, se estudian individualmente:

astroquimica
electroquimica
fotoquimica
magnetoquimica
nanoquimica (relacionada con la nanotecnologia)
petroquimica
geoquimica: estudia todas las transformaciones de los minerales existentes en la tierra.
quimica computacional
quimica cuantica
quimica macromolecular: estudia la preparación, caracterización, propiedades y aplicaciones de las macromoléculas o polímeros;
quimica medioambiental: estudia la influencia de todos los componentes químicos que hay en la tierra, tanto en su forma natural como antropogenica;
quimica nuclear
quimica organometalica
quimica supremolecular
quimica teorica

Los aportes de célebres autores

Hace aproximadamente 455 años sólo se conocían doce elementos. A medida que fueron descubriendo más elementos, los científicos se dieron cuenta de que todos guardaban un orden preciso. Cuando los colocaron en una tabla ordenados en filas y columnas, vieron que los elementos de una misma columna tenían propiedades similares. Pero también aparecían espacios vacíos en la tabla para los elementos aún desconocidos. Estos espacios huecos llevaron al científico ruso pronosticar la existencia del germanio, de número atómico 32, así como su color, su peso, su densidad y su punto de fusión. Su “predicción sobre otros elementos como el galio y el escandio también resultó muy atinada”, señala la obra Chemistry, libro de texto de química editado en 1995.

Véase también: categoria quimicos

Campo de trabajo: el átomo

El origen de la teoria atomica se remonta a la escuela filofica de los atomistas, en la Grecia antigua. Los fundamentos empíricos de la teoría atómica, de acuerdo con el metodo cientifico, se debe a un conjunto de trabajos hechos por, louis proins, John Dalton y Amadeo Amogadro entre muchos otros, hacia principios del siglo XIX.
Los Atomos son la fracción más pequeña de materia estudiados por la química, están constituidos por diferentes partículas, cargadas eléctricamente, los electrones, de carga negativa; losprotones, de carga positiva; los neutrones, que, como su nombre indica, son neutros (sin carga); todos ellos aportan masa para contribuir al peso.

Conceptos fundamentales

Partículas

Los atomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxigeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable ésta de la mayor parte de las características químicas), y pueden diferir en la cantidad de neutrones sustancia(isotopos). Las moleculas son las partes más pequeñas de unasustancia (como el azucar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen carga electrica, tanto átomos como moléculas se llaman iones:cationes si son positivos,aniones si son negativos.
El mol se usa como contador de unidades, como la docena (12) o el millar (1000), y equivale a $6,022045\cdot10^{23}$ . Se dice que 12 gramos de carbono o un gramo de hidrógeno o 56 gramos de hierro contienen aproximadamente un mol de átomos (la masa molar de un elemento está basada en la masa de un mol de dicho elemento). Se dice entonces que el mol es una unidad de cambio. El mol tiene relación directa con elnumero de abogadro. El número de Avogadro fue estimado para el átomo de carbono por el químico y físico italiano Carlo Amogadro, Conde de Quarequa e di Cerreto. Este valor, expuesto anteriormente, equivale al número de partículas presentes en 1 mol de dicha sustancia:
1 mol de Glucosa equivale a $6,022045\cdot10^{23}$ moléculas de glucosa. 1 mol de uraneo equivale a $6,022045\cdot10^{23}$ átomos de uranio.
Dentro de los átomos pueden existir un nucleo atomico y uno o más electroenes. Los electrones son muy importantes para las propiedades y las reacciones químicas. Dentro del núcleo se encuentran los neutrones y los protones. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo. También se dice que el átomo es la unidad básica de la materia con características propias. Está formado por un núcleo, donde se encuentran protones.

De los átomos a las moléculas

Los enlases son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de energia entre estos dos estados se le denomina energia de enlase.
Generalmente los átomos se combinan en proporciones fijas para generar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidregeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequeometria.

Orbitales

Orbital Atomico y Orbital Molecular

Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través deorbitales, con ayuda de la quimica cuantica.
Un orbital atomico es una funcion matematico que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un orbital molecular es el análogo en las moléculas.
En lateoria del orbital molecular la formación delenlase covalente se debe a una combinación matemática de orbitales atómicos (funciones de onda) que forman orbitales moleculares, llamados así por que pertenecen a toda la molécula y no a un átomo individual. Así como un orbital atómico (sea híbrido o no) describe una región del espacio que rodea a un átomo donde es probable que se encuentre un electrón, un orbital molecular describe también una región del espacio en una molécula donde es más factible que se hallen los electrones.
Al igual que un orbital atómico, un orbital molecular tiene un tamaño, una forma y una energía específicos. Por ejemplo, en la molécula de hidrógeno molecular se combinan dos orbitales atómicos, ocupado cada uno por un electrón. Hay dos formas en que puede presentarse la combinación de orbitales: aditiva y substractiva. La combinación aditiva produce la formación de un orbital molecular que tiene menor energía y que presenta una forma casi ovalada, mientras que la combinación substractiva conduce a la formación de un orbital molecular con mayor energía y que genera un nodo entre los núcleos.

De los orbitales a las sustancias

Los orbitales son funciones matemáticas para describir procesos físicos: un orbital únicamente existe en el sentido matemático, como pueden existir una suma, una parabola o una raiz cuadrada. Los átomos y las moléculas son también idealizaciones y simplificaciones: un átomo y una molécula sólo existen en el vacio, y en sentido estricto una molécula sólo se descompone en átomos si se rompen todos sus enlaces.
En el "mundo real" únicamente existen los materiales y las sustancias. Si se confunden los objetos reales con los modelos teóricos que se usan para describirlos, es fácil caer en falacias logicas.

Disoluciones

Artículo principal: Disolucion

En agua, y en otros disolventes (como la acetona o el alcohol), es posible disolver sustancias, de forma que quedan disgregadas en las moléculas o en los iones que las componen (las disoluciones son transparentes). Cuando se supera cierto límite, llamado solubilidad, la sustancia ya no se disuelve, y queda, bien como precipitado en el fondo del recipiente, bien como suspension, flotando en pequeñas partículas (las suspensiones son opacas o traslúcidas).
Se denomina concentracion a la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente.

Medida de la concentración

La concentración de una disolución se puede expresar de diferentes formas, en función de la unidad empleada para determinar las cantidades de soluto y disolvente. Las más usuales son:

Acidez

Artículo principal: PH.

El pH es una escala logaritmica para describir la acidez de una disolucion acuosa. Los acidos, como por ejemplo el zumo de limon y el vinagre, tienen un pH bajo (inferior a 7). Las bases, como la sosa o el bicarbonato de sodio, tienen un pH alto (superior a 7).
El pH se calcula mediante la siguiente ecuación:

$pH= -\log a_{H^+} \approx -\log [H^+]\,$

donde $a_{H^+}\,$ es la actividad deiones hidrogenos en la solución, la que en soluciones diluidas es numéricamente igual a la molaridad de iones hidrogeno $[H^+]\,$ que cede el ácido a la solución.

una solución neutral (agua ultra pura) tiene un pH de 7, lo que implica una concentración de iones hidrógeno de 10^-7 M;
una solución ácida (por ejemplo, de acido sulfurico)tiene un pH < 7, es decir, la concentración de iones hidrógeno es mayor que 10^-7 M;
una solución básica (por ejemplo, dehidroxido de potacio) tiene un pH > 7, o sea que la concentración de iones hidrógeno es menor que 10^-7 M.

Formulación y nomenclatura

La IUPAC, un organismo internacional, mantiene unas reglas para laformulacion y nomenclatura quimica. De esta forma, es posible referirse a los compuestos químicos de forma sistemática y sin equívocos.
Mediante el uso de formulas quimicas es posible también expresar de forma sistemática las reacciones químicas, en forma de ecuacion quimica.
Por ejemplo:

$MgSO_{4} + Ca(OH)_{2} \rightleftharpoons CaSO_{4} + Mg(OH)_{2}$

BIOLOGIA

La biología es una disciplina cientifica que abarca un amplio espectro de campos de estudio que, a menudo, se tratan como disciplinas independientes. Todas ellas juntas estudian la vida en un amplio rango de escalas. La vida se estudia a escala atomica y molecular en biologia molecular, en bioquimica y en genetica molecular. Desde el punto de vista celular, se estudia en biologia celular, y a escala pluricelular se estudia en fisiologia, anatomia e histologia. Desde el punto de vista de la ontogenia o desarrollo de los organismos a nivel individual, se estudia en biologia del desarrollo.
Cuando se amplía el campo a más de un organismo, la genetica trata el funcionamiento de la herencia genética de los padres a su descendencia. La ciencia que trata el comportamiento de los grupos es la etologia, esto es, de más de un individuo. La genetica de poblaciones observa y analiza una poblacion entera y la genética sistemática trata los linajes entre especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se examinan en la ecologia y la biologia evolutiva. Un nuevo campo de estudio es la astrobiologia (o xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de la Tierra.
Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas. Se proponen desde la tradicional división en dos reinos establecida por Carlos linneo en el Siglo XVII, entre animales y plantas, hasta las actuales propuestas de sistemas cladisticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.

Subramas de la biología

Anotomia: estudio de la estructura interna y externa de los seres vivos.
Antropologia: estudio del ser humano como entidad biológica.
Biologia epistomologica: estudio del origen filosófico de los conceptos biológicos.
Biologia Marina: estudio de los seres vivos marinos.
Biomedicina: rama de la biología aplicada a la Salud humana.
Bioquimica: son los procesos químicos que se desarrollan en el interior de los seres vivos.
Botanica: estudio de los organicmos fotosinteticos (varios reinos).
citologia: estudio de las celulas.
citogenetica: estudio de la genética de las células (cromosomas).
citopatologia: estudio de las enfermedades de las células.
citoquimica: estudio de la composición química de las células y sus procesos biológicos.
Ecologia: estudio de los organismos y sus relaciones entre sí y con el medio ambiente.
Embriologia: estudio del desarrollo del embrión.
Entomologia: estudio de los insectos.
Etologia: estudio del comportamiento de los seres vivos.
Evolucion: estudio del cambio y la transformación de las especies a lo largo del tiempo.
Filogenia: estudio de la evolucion de los seres vivos.
Fisiologia: estudio de las relaciones entre los órganos.
Genetica: estudio de los genesy la herencia.
Genetica Molecular: estudia la estructura y la función de los genes a nivel molecular.
Histologia: estudio de los tejidos.
Histoquimica: estudio de la composición química de células y tejidos y de las reacciones químicas que se desarrollan en ellos con ayuda de colorantes específicos.
Inmunologia: estudio del Sistema inmonitario de defensa.
Micologia: estudio de los hongos.
Micriobiologia: estudio de los microorganismo.
Organografia: estudio de órganos y sistemas.
Paleontologia: estudio de los organismos que vivieron en el pasado.
Taxonomia: estudio que clasifica y ordena a los seres vivos.
virologia: estudio de los virus.
Zoologia: estudio de los animales.

Historia de la biología

El término biología se acuña durante la Ilustracion por parte de dos autores (Larmarch y Treviranus) que, simultáneamente, lo utilizan para referirse al estudio de las leyes de la vida. El neologismo fue empleado por primera vez en francia en 1802, por parte de Jean-Baptiste Lamarck en su tratado de Hidrogeologia. Ignoraba que, en el mismo año, el naturalista alemán Treviranus había creado el mismo neologismo en una obra en seis tomos titulada Biología o Filosofía de la naturaleza viva: "la biología estudiará las distintas formas de vida, las condiciones y las leyes que rigen su existencia y las causas que determinan su actividad."
No obstante, a pesar de la reciente acuñación del término, la biología tiene una larga historia como disciplina.

Principios de la biología

A diferencia de la física, la biología no suele describir sistemas biológicos en términos de objetos que obedecen leyes inmutables descritas por la matemática. No obstante, se caracteriza por seguir algunos principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen la universalidad, la evolución, la diversidad, la continuidad, la homeóstasis y las interacciones.

Universalidad: bioquímica, células y el código genético

Hay muchas constantes universales y procesos comunes que son fundamentales para conocer las formas de vida. Por ejemplo, todas las formas de vida están compuestas por celulas, que están basadas en una bioquimica común, que es la química de los seres vivos. Todos los organismos perpetúan sus caracteres hereditarios mediante el material genético, que está basado en el acido nucleico ADN, que emplea un codigo genetico universal. En la biología del desarrollo la característica de la universalidad también está presente: por ejemplo, el desarrollo temprano del embrión sigue unos pasos básicos que son muy similares en mucho organismos metazoo.

Evolución: el principio central de la biología

Uno de los conceptos centrales de la biología es que toda vida desciende de un antepasado comun que ha seguido el proceso de la evolución. De hecho, ésta es una de las razones por la que los organismos biológicos exhiben una semejanza tan llamativa en las unidades y procesos que se han discutido en la sección anterior. Charles Darwin conceptualizó y publicó la teoría de la evolución en la cual uno de los principios es la seleccion natural (a Alfred russel se le suele reconocer como codescubridor de este concepto). Con la llamada sintesis moderna de la teoría evolutiva, la deriva genetica fue aceptada como otro mecanismo fundamental implicado en el proceso.

Los cromosomas

Sabemos que el ADN, sustancia fundamental del material cromático difuso (así se observa en la célula de reposo),está organizado estructural y funcionalmente junto a ciertas proteínas y ciertos constituyentes en formas de estructuras abastonadas llamadas cromosomas. Las unidades de ADN son las responsables de las características estructurales y metabólicas de la célula y de la transmisión de estos caracteres de una célula a otra. Estas reciben el nombre de genes y están colocadas en un orden lineal a lo largo de los cromosomas.

Los genes

El gen es la unidad básica de material hereditario, y físicamente está formado por un segmento del ADN del cromosoma. Atendiendo al aspecto que afecta a la herencia, esa unidad básica recibe también otros nombres, como recón, cuando lo que se completa es la capacidad de recombianción (el recón será el segmento de ADN más pequeño con capacidad de recombinarse), y mutón, cuando se atiende a las mutaciones (y, así, el mutón será el segmento de ADN más pequeño con capacidad de mutarse).
En términos generales, un gen es un fragmento de ADN que codifica una proteina un peptido.

Filogenia

Se llama filogenia al estudio de la historia evolutiva y las relaciones genealógicas de las estirpes. Las comparaciones de secuencias de ADN y de proteinas, facilitadas por el desarrollo técnico de la biologia molecular y de la genomica, junto con el estudio comparativo de fosiles u otros restos paleontológicos, generan la información precisa para el análisis filogenético. El esfuerzo de los biólogos por abordar científicamente la comprensión y la clasificación de la diversidad de la vida ha dado lugar al desarrollo de diversas escuelas en competencia, como la genetica, que puede considerarse superada, o la cladística. No se discute que el desarrollo muy reciente de la capacidad de descifrar sobre bases sólidas la filogenia de las especies está catalizando una nueva fase de gran productividad en el desarrollo de la biología.

Diversidad: variedad de organismos vivos

A pesar de la unidad subyacente, la vida exhibe una asombrosa diversidad en morfologia, comportamiento y ciclos vitales. Para afrontar esta diversidad, los biólogos intentan clasificar todas las formas de vida. Esta clasificación científica refleja los árboles evolutivos (arboles filogeneticos) de los diferentes organismos. Dichas clasificaciones son competencia de las disciplinas de la sistematica y la taxonomia. La taxonomía sitúa a los organismos en grupos llamados taxa, mientras que la sistemática trata de encontrar sus relaciones.

Continuidad: el antepasado común de la vida

Se dice que un grupo de organismos tiene un antepasado común si tiene un Ancestro comun. Todos los organismos existentes en la Tierra descienden de un ancestro común o, en su caso, de un fondo genético ancestral. Este último ancestro comun universal, esto es, el ancestro común más reciente de todos los organismos que existen ahora, se cree que apareció hace alrededor de 3.500 millones de años.
La noción de que "toda vida proviene de un huevo, es un concepto fundacional de la biología moderna, y viene a decir que siempre ha existido una continuidad de la vida desde su origen inicial hasta la actualidad. En el siglo XIX se pensaba que las formas de vida podían aparecer de forma espontánea bajo ciertas condiciones.
Los biólogos consideran que la universalidad del codigo genetico es una prueba definitiva a favor de la teoría del descendiente común universal (DCU) de todas las bacterias, archaea y eucariotas.

Homeostasis: adaptación al cambio

La homeostasis es la propiedad de un sistema abierto de regular su medio interno para mantener unas condiciones estables, mediante múltiples ajustes de equilibrio denamico controlados por mecanismos de regulación interrelacionados. Todos los organismos vivos, sean unicelulares o pluricelulares tienen su propia homeostasis.
Por poner unos ejemplos, la homeostasis se manifiesta celularmente cuando se mantiene una acidez interna estable (pH); a nivel de organismo, cuando los animales de sangre calientes mantienen una temperatura corporal interna constante; y a nivel de ecosistema, al consumir dioxido de carbono las palntas regulan la concentración de esta molécula en la atmósfera. Los tejidos y los organos también pueden mantener su propia homeostasis.

Interacciones: grupos y entornos

Todos los seres vivos interaccionan con otros organismos y con su entorno. Una de las razones por las que los sistemas biológicos pueden ser difíciles de estudiar es que hay demasiadas interacciones posibles. La respuesta de una bacteria microscópica a la concentración de azúcar en su medio, es tan compleja como la de un león buscando comida en la sabana africana. El comportamiento de una especie en particular puede ser cooperativo o agresivo; parasitario o simbiotico.
Los estudios se vuelven mucho más complejos cuando dos o más especies diferentes interaccionan en un mismo ecosistema; el estudio de estas interacciones es competencia de la ecologia.

Alcance y disciplinas de la biología

La biología se ha convertido en una iniciativa investigadora tan vasta que generalmente no se estudia como una única disciplina, sino como un conjunto de subdisciplinas. Aquí se considerarán cuatro amplios grupos.

El primero consta de disciplinas que estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.;
el segundo grupo considera la operación de estas estructuras a nivel de tejidos, órganos y cuerpos;
una tercera agrupación tiene en cuenta los organismos y sus historias;
la última constelación de disciplinas está enfocada a las interacciones.

Sin embargo, es importante señalar que estos límites, agrupaciones y descripciones son una descripción simplificada de la investigación biológica. En realidad los límites entre disciplinas son muy inseguros y, frecuentemente, muchas disciplinas se prestan técnicas las unas a las otras. Por ejemplo, la biología de la evolución se apoya en gran medida de técnicas de la biología molecular para determinar las secuencias de ADN que ayudan a comprender la variación genética de una población; y la fisiología toma préstamos abundantes de la biología celular para describir la función de sistemas orgánicos.

Estructura de la vida

La biología molecular es el estudio de la biología a nivel molecular. El campo se solapa con otras áreas de la biología, en particular con la genética y la bioquímica. La biología molecular trata principalmente de comprender las interacciones entre varios sistemas de una célula, incluyendo la interrelación de la síntesis de proteínas de ADN y ARN y del aprendizaje de cómo se regulan estas interacciones.
La biología celular estudia las propiedadesfisiologicas de las células, así como sus comportamientos, interacciones y entorno; esto se hace tanto a nivel microscópico como molecular. La biología celular investiga los organismos unicelulares como bacterias y células especializadas de organismos pluricelulares como los humanos.
La comprensión de la composición de las células y de cómo funcionan éstas es fundamental para todas las ciencias biológicas. La apreciación de las semejanzas y diferencias entre tipos de células es particularmente importante para los campos de la biología molecular y celular. Estas semejanzas y diferencias fundamentales permiten unificar los principios aprendidos del estudio de un tipo de célula, que se puede extrapolar y generalizar a otros tipos de células.
La genética es la ciencia de los genes, la herencia y la variacion de los organismos. En la investigación moderna, la genética proporciona importantes herramientas de investigación de la función de un gen particular, esto es, el análisis de interaciones geneticas. Dentro de los organismos, generalmente la información genética se encuentra en loscromosomas, y está representada en la estructura quimica de moléculas de ADN particulares.
Los genes codifican la información necesaria para sintetizar proteínas, que a su vez, juegan un gran papel influyendo (aunque, en muchos casos, no lo determinan completamente) el fenotipofinal del organismo.
La biología del desarrollo estudia el proceso por el que los organismos crecen y se desarrollan. Con origen en la embriologia, la biología del desarrollo actual estudia el control genético del cresimiento celular, la diferenciacion celular y la morfogenesis, que es el proceso por el que se llega a la formación de lostejidos, de los organos y de la anatomia.
Losorganismos modelos de la biología del desarrollo incluyen el gusano redondo , la mosca de la fruta , el pez cebra el ratón Mus muculus y la hierba .

Fisiología de los organismos

La fisiología estudia los procesos mecánicos, físicos y bioquímicos de los organismos vivos, e intenta comprender cómo funcionan todas las estructuras como una unidad. El funcionamiento de las estructuras es un problema capital en biología.
Tradicionalmente se han dividido los estudios fisiológicos enfisiologia vegetal y animal, aunque los principios de la fisiología son universales, no importa qué organismo particular se está estudiando. Por ejemplo, lo que se aprende de la fisiología de una célula de levadura puede aplicarse también a células humanas.
El campo de la fisiología animal extiende las herramientas y los métodos de la fisiologia humana a las especies animales no humanas. La fisiología vegetal también toma prestadas técnicas de los dos campos.
La anatomía es una parte importante de la fisiología y considera cómo funcionan e interaccionan los sistemas organicos de los animales como el sistema nerviosa, el sistema inmonologico, el sistema endroquimo, el sistema respiratoria y el sistema sirculatorio. El estudio de estos sistemas se comparte con disciplinas orientadas a la medicina, como la neurologia, la inmunologia y otras semejantes. La anatomia comparatoria estudia los cambios morfofisiológicos que han ido experimentando las especies a lo largo de su historia evolutiva, valiéndose para ello de las homologias existentes en las especies actuales y el estudio de restos fósiles.
Por otra parte, más allá del nivel de organización organísmico, la ecofisiologia estudia los procesos fisiológicos que tienen lugar en las interacciones entre organismos, a nivel de comunidades y ecosistemas, así como de las interrelaciones entre los sistemas vivos y los inertes (como por ejemplo el estudio de los ciclos biogequimicos o los intercambios biosfera-atmósfera).

Diversidad y evolución de los organismos

La biología de la evolución trata el origen y la descendencia de las especies, así como su cambio a lo largo del tiempo, esto es, su evolucion un campo global porque incluye científicos de diversas disciplinas tradicionalmente orientadas a la taxonomia. Por ejemplo, generalmente incluye científicos que tienen una formación especializada en organismos particulares, como la tereologia, la ornitologia o la herpeteologia, aunque usan estos organismos como sistemas para responder preguntas generales de la evolución. Esto también incluye a los paleontologos que a partir de los fósiles responden preguntas acerca del modo y el tempo de la evolución, así como teóricos de áreas tales como la genetica de poblaciones y la teoría de la evolución. En los años 90 la biología del desarrollo hizo una reentrada en la biología de la evolución desde su exclusión inicial de la síntesis moderna a través del estudio de la biologia evolutiva del desarrollo. Algunos campos relacionados que a menudo se han considerado parte de la biología de la evolución son la filogenia, la sistematica y la taxonomia.
Las dos disciplinas tradicionales orientadas a la taxonomía más importantes son la botánica y la zoología. La botánica es el estudio científico de las plantas. La botánica cubre un amplio rango de disciplinas científicas que estudian el cresimiento, la reproduccion, el metabolismo, el desarrollo, las enfermedades y la evolución de la vida de la planta.
La zoología es la disciplina que trata el estudio de los animales, incluyendo la fisiología, la anatomía y la embriologia. La genética común y los mecanismos de desarrollo de los animales y las plantas se estudia en la biología molecular, la genetica celulary la biología del desarrollo. La ecologia de los animales está cubierta con la ecologia del comportamiento y otros campos.

Clasificación de la vida

El sistema de clasificacion dominante se llamatexonomia de linneo, e incluye rasgos y nomenclatura . El modo en que los organismos reciben su nombre está gobernado por acuerdos internacionales, como el codigo de nomenclatura (CINB o ICBN en inglés), elcodigo internacional de nomenclatura zoologica (CINZ o ICZN en inglés) y el codigo internacional de nomenclatura (CINB o ICNB en inglés). En 1997 se publicó un cuarto borrador del biocódigo (BioCode) en un intento de estandarizar la nomenclatura en las tres áreas, pero no parece haber sido adoptado formalmente. El codigo internacional de nomenclatura de virus (CICNV o ICVCN en inglés) permanece fuera del BioCode.

Organismos en interacción

La ecología estudia la distribución y la abundancia de organismos vivos y las interacciones de estos organismos con su entorno. El entorno de un organismo incluye tanto su habitat, que se puede describir como la suma de factores abióticos locales como el clima y la geologia, así como con los otros organismos con los que comparten ese hábitat. Las interacciones entre organismos pueden ser inter- o intraespecíficas, y estas relaciones se pueden clasificar según si para cada uno de los agentes en interacción resulta beneficiosa, perjudicial o neutra.
Uno de los pilares fundamentales de la ecología es estudiar el flujo de energía que se propaga a través de lared trofica, desde losproductores primarios hasta los consumidores y detritívoros, perdiendo calidad dicha energía en el proceso al disiparse en forma de calor. El principal aporte de energía a los ecosistemas es la energía proveniente del sol, pero las plantas (en ecosistemas terrestres, o las algas en los acuáticos) tienen una eficiencia fotosintética limitada, al igual que los herbívoros y los carnívoros tienen una eficacia heterotrofas. Ésta es la razón por la que un ecosistema siempre podrá mantener un mayor número y cantidad de herbívoros que de carnívoros, y es por lo que se conoce a las redes tróficas también como "pirámides", y es por esto que los ecosistemas tienen una capacidad de carga limitada (y la misma razón por la que se necesita mucho más territorio para producir carne que vegetales).
Los sistemas ecológicos se estudian a diferentes niveles, desde individuales y poblacionales (aunque en cierto modo puede hablarse de una "ecología de los genes", infraorganísmica), hasta los ecosistemas completos y labiosfera, existiendo algunas hipotesis que postulan que esta última podría considerarse en cierto modo un "supraorganismo" con capacidad de hemostofas . La ecología es una ciencia multidisciplinar y hace uso de muchas otras ramas de la ciencia, al mismo tiempo que permite aplicar algunos de sus análisis a otras disciplinas: en teoría de la comunicación se habla de ecologia de la informacion, y en marketing se estudian los nichos de mercados. Existe incluso una rama del pensamiento mecanica que sostiene que la economía es un sistema abierto que debe ser considerado como parte integrante del sistema ecológico global.

La etología, por otra parte, estudia el comportamiento animal (en particular de animales sociales como los insectos sociales, los canidos o los primates), y a veces se considera una rama de la zoología. Los etólogos se han ocupado, a la luz de los procesos evolutivos, del comportamiento y la comprensión del comportamiento según la teoría de la seleccion natural. En cierto sentido, el primer etólogo moderno fue Chales Darwin, cuyo libro La expresión de las emociones en los animales y hombres influyó a muchos etólogos posteriores al sugerir que ciertos rasgos del comportamiento podrían estar sujetos a la misma presión selectiva que otros rasgos meramente físicos.
El especialista en hormigas E.O Wilson despertó una aguda polémica en tiempos más recientes con su libro de 1980 Sociobiología: La Nueva Síntesis, al pretender que la sociobiologia debería ser una disciplina matriz, que partiendo de la metodología desarrollada por los etólogos, englobase tanto a la psicologia como a la antropologia o la sociologia y en general a todas las ciencias sociales, ya que en su visión la naturaleza humana es esencialmente animal. Este enfoque ha sido criticado por autores como el genético R. Lewontin por exhibir un reduccionismo que en última instancia justifica y legitima las diferencias instituidas socialmente.
La etología moderna comprende disciplinas como la neuroetologia, inspiradas en la ciberneticay con aplicaciones industriales en el campo de la robotica y la neouropsiquiatria. También toma prestados muchos desarrollos de la teoria de juego, especialmente en dinámicas evolutivas, y algunos de sus conceptos más populares son el de gen egoista, creado por Richard Dawkins o el de Meme.