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Estudio de los seres vios
- 1. 1 EL ESTUDIO DELOS SERES VIVOS – RESUMEN La investigación científica La investigación científica es un conjunto de procedimientos que utilizan los investigadores, para explicar fenómenos que ocurren en el mundo que nos rodea. La Biología, al igual que la Geología, la Física y la Química, es una ciencia experimental. Esto significa que busca explicar de forma razonada los fenómenos que ocurren en los seres vivos. La investigación científica se guía por el denominado método científico. La investigación científica es un trabajo planificado, que intenta buscar soluciones a determinados hechos, se parte de los conocimientos existentes para ampliarlos, se concluye cuando se obtienen unos resultados que tienen valor universal, y cuyas conclusiones se puedan reproducir siempre. El método científico El método científico es una línea común de procedimiento que ha sido aceptada por toda la comunidad científica. En las ciencias experimentales el método utilizado se denomina método científico, un método hipotético-deductivo de cinco etapas bien determinadas. Primera fase: mediante la observación se define el problema que se desea explicar y se recogen y clasifican los datos que aporta un determinado fenómeno. A través de la observación, se plantean las preguntas o interrogantes que es necesario contestar, pero antes de proponer una respuesta a lo observado, es necesario conocer lo que se sabe sobre el tema y las posibles partes del problema que están ya solucionadas por la ciencia anteriormente.
- 2. 2 El estudio de la documentación y la bibliografía, que tengan relación con un problema, es esencial como paso previo para plantear una investigación. Con ello se evita la repetición de estudios realizados con anterioridad. Segunda fase: para la formulación de una hipótesis se elaboran posibles explicaciones sobre el problema observado. Las hipótesis se admiten provisionalmente hasta comprobar su validez. Una vez formulada ha de ser sometida a una comprobación y verificación, siendo refutada mediante una serie de pruebas para ver si se puede mantener como verdadera. Una hipótesis debe cumplir una serie de requisitos: ha de formularse en términos claros y concretos, debe explicar la relación causa-efecto entre los hechos; si es posible, debe formularse en términos cuantitativos y ser comparable, y ha de ser probada mediante observación o experimentación, además de ser reproducible. Tercera fase: se diseñan diferentes experimentos relacionados con el fenómeno estudiado con el fin de contrastar la hipótesis planteada usando diferentes variables. Los experimentos son observaciones controladas que se pueden reproducir en cualquier momento y lugar. Cuarta fase: se analizan los resultados obtenidos y se comparan con los que se esperarían si la hipótesis fuera cierta. Se extraen conclusiones con las que aceptar o rechazar la hipótesis. Si es rechazada se modifica o plantea otra nueva repitiendo las etapas anteriores. Quinta fase: se establece una ley científica cuando la hipótesis ha sido verificada repetidamente por la observación y la experimentación, se procede al enunciado de teorías o modelos de funcionamiento del fenómeno en cuestión. Una vez contrastada y aceptada la hipótesis se manifiesta como una conclusión. Los científicos comunican sus resultados en diversos foros para que el resto de científicos puedan analizarlos y comprobarlos. En Matemáticas, en Física y en Química es normal encontrarse las leyes en términos matemáticos, mientras que en Biología y en Geología suelen expresarse mediante palabras. Si posteriormente esa ley encaja con otras leyes de fenómenos relacionados entre sí, se habla de una teoría científica. Son ejemplos, la teoría celular y la teoría de la evolución. El laboratorio de biología Un laboratorio de biología suele estar equipado con diferentes instrumentos o equipos con los que se realizan los experimentos de las investigaciones científicas. El trabajo de laboratorio consiste en manipular variables únicas mientras que otras variables se mantienen constantes o bajo control. El instrumental entre laboratorios de distintas aéreas difiere mucho. Algunos materiales característicos son: microscopio óptico, frasco lavador, binocular, placa Petri, balanza, microtomo de mano, autoclave, vidrio de reloj, gradilla, bandeja de disección, tubos de ensayo, pinzas para tubos de ensayo, mechero Bunsen o la pipeta.
- 3. 3 Cuando se trabajaen un laboratorio existe el peligro potencial de accidentes, debido a las sustancias y elementos que se utilizan, y a la posibilidad de cometer algún error al realizar un experimento. Por ello, el trabajo de laboratorio requiere de una serie de normas de seguridad. El trabajo de campo El trabajo de campo en biología supone estudiar a los seres vivos en su entorno natural. Intenta recoger la totalidad de variables implicadas en las interrelaciones de los seres vivos y su entorno. Para ello precisa un cuaderno de campo, cazamariposas, bolsas y recipientes de plástico, prismáticos, lupa de bolsillo, caja limneana, etiquetas y rotulador, maquina fotográfica, mapas de la zona, brújula, o guías de campo. Los estudios de campo no deben de basarse en la muerte de los individuos. Hay que evitar, en la mayor medida posible, recolectarlos o capturarlos de manera indiscriminada. Debemos aprender a reconocer y observar los animales y vegetales causando el menor impacto posible. Para ello, a la hora de salir al campo es preferible apoyarnos en métodos como los dibujos o la fotografía, y si conocemos una especie, anotar su nombre en el cuaderno. La captura de ejemplares vivos, sin la liberación posterior, debe limitarse a ejemplares imprescindibles, asegurándose que no están considerados como especies protegidas ni catalogadas en convenios de conservación. El microscopio Un gran número de elementos de estudio en biología son de pequeño tamaño. Dado que el ojo humano es incapaz de distinguir objetos que midan menos de una decima de milímetro, es preciso usar instrumentos que aumenten dicho poder de resolución. Los microscopios son aparatos que nos permiten observar imágenes aumentadas de objetos muy pequeños. Existen básicamente dos tipos de microscopios: el óptico y el electrónico. Microscopio óptico Un microscopio óptico consta básicamente de dos juegos de lentes de aumento: el ocular y el objetivo. Funcionan con una fuente de luz visible que atraviesa la muestra, que debe ser muy fina (con un espesor medio entre 5 y 15 μm) para que la luz pueda atravesarla. La resolución de los microscopios ópticos está condicionada por la longitud de onda de la luz, por lo que los mejores tienen un poder de resolución máximo de 0,2 μm, lo que correspondería a un aumento de 2500 veces. Mediante este tipo de microscopio se puede observar material vivo y la imagen que muestra puede ser en color o en blanco y negro. En un gran número de casos, para poder observar las muestras al microscopio deben someterse a una serie de procesos mecánicos y químicos, entre los que destacan:
- 4. 4 Fijación. Consiste en matar a las células sin alterar gravemente sus estructuras vitales, su organización interna y su composición química. Los conservantes o fijadores más utilizados son el alcohol etílico al 70 %, el formol, el glutaraldehido y las sales de plata. Inclusión. Se lleva a cabo cuando el material a observar es demasiado blando. Se deshidrata la muestra y se sumerge en parafina fundida, u otra sustancia que proporcione la consistencia adecuada para evitar la deformación durante el corte, una vez que solidifique. Microtomía. El bloque sólido de parafina se coloca en un aparato de corte denominado microtomo. Estos aparatos realizan cortes muy finos, generalmente entre 6 y 12 μm. Desparafinado e hidratación. Los cortes obtenidos se depositan en un portaobjetos impregnado en albumina de Mayer para que se peguen. A continuación se desparafinan, sumergiendo el porta en disolventes adecuados, como xileno o tolueno. Seguidamente se hidrata sumergiéndola en una disolución de etanol, quedando limpia para ser tenida. Teñido. Se utilizan colorantes o tinciones selectivas, en las que se usan más de un colorante, de modo que cada uno tina diferentes estructuras. Destacan: el azul de metileno, el violeta de genciana, la hematoxilina, la eosina y la safranina. Montaje. Sobre el portaobjetos se coloca un cubreobjetos de vidrio que proteja la muestra.
- 5. 5 Unidades empleadas enmicroscopía La unidad de longitud más utilizada en microscopia es el micrómetro (μm), que es la milésima parte de un milímetro. También se utilizan otras unidades menores para hacer referencia a orgánulos celulares, como el nanómetro (nm) y el ángstrom (A) Microscopio electrónico El microscopio electrónico es el único instrumento que permite visualizar las ultraestructuras biológicas. Posee un poder de resolución mucho mayor que el óptico, alcanzando resoluciones de unos 0,2 nm; es decir, unas 500 000 veces la resolución del ojo humano. Utiliza haces de electrones que salen de un filamento (cátodo). Los electrones pasan por una columna, a la que se le ha hecho el vacio, y en la que existe una serie de lentes electromagnéticas que enfocan el haz. Los electrones tienen un bajo poder de penetración, por lo que para poder atravesar la preparación, esta debe ser muy fina, con un espesor medio de 0,5 μm. Para conseguir cortes tan extremadamente finos se utilizan aparatos muy precisos denominados ultramicrotomos. • Microscopio electrónico de transmisión (MET). Forma la imagen con los electrones que atraviesan la muestra, mostrándola en una pantalla fluorescente. Se consigue una imagen plana en blanco y negro, aunque pueden colorearse artificialmente. • Microscopio electrónico de barrido (MEB). Forma una imagen con los electrones que rebotan de la superficie de la preparación. El material ha de ser metalizado; es decir, recubierto de una superficie metálica sobre la que reboten los electrones, para lo que se suele usar oro. Se consigue una imagen tridimensional en blanco y negro. Técnicas de estudio en biología El desarrollo de una rama entera de la biología ha dependido del descubrimiento de una técnica adecuada, como ocurrió con el microscopio y el estudio de la estructura celular. Las técnicas de análisis de la materia viva se pueden agrupar según la escala de observación: • Técnicas macroscópicas. Se realizan sin ningún tipo de instrumento óptico. La observación queda limitada a las partes visibles de los seres vivos. • Técnicas microscópicas. Se realizan utilizando algún tipo de instrumento óptico que nos permita ver componentes tan pequeños que no pueden ser observados a simple vista. Para el estudio de la morfología se utilizan
- 6. 6 fundamentalmente la lupabinocular y el microscopio óptico, si lo que se quiere observar es la ultraestructura, se utiliza el microscopio electrónico. Dependiendo de las condiciones en las que se realice, se diferencian dos tipos de estudios: • Estudios in vivo. El estudio del ser vivo o de alguna parte de él se realiza sobre el organismo vivo, bajo las mismas condiciones que se desarrolla normalmente, formas: – Ex situ. Aislando el objeto que se estudia de su entorno natural. – In situ. En el mismo lugar que se desarrolla. • Estudios in vitro. El estudio se realiza en el laboratorio, en un tubo de ensayo o en cualquier otro recipiente, generalmente mediante cultivos. La biología como ciencia La biología (del griego bios, vida, y logos, estudio) es una de las ciencias de la naturaleza que se encarga del estudio de la vida. Así, la biología investiga los seres vivos en todas sus formas niveles, desde los unicelulares hasta los pluricelulares, desde su origen y evolución hasta sus propiedades. También se encarga del análisis de las moléculas que forman parte de los seres vivos, y de las relaciones de los seres vivos con el entorno a gran escala. Aéreas de estudio:
- 7. 7 El objeto deestudio de la biología son los seres vivos, en cualquiera de sus facetas. Todos los seres vivos, a diferencia de la materia inerte, estamos formados por células y somos capaces de alimentarnos, respirar, liberar sustancias de desecho, responder a cambios en el medio, y reproducirnos. Estas funciones que nos diferencian de la materia inerte se denominan funciones vitales.