Métodos Científicos en Biología

El Inductivismo

El inductivismo, propuesto por Francis Bacon y David Hume, postula que la ciencia comienza con la observación. A través de la observación, se interpreta y comprende el entorno. Cuando un suceso se repite constantemente, se generaliza. El inductivismo formula enunciados universales a partir de casos particulares. Sin embargo, el error del inductivismo radica en que si el suceso no se cumple en una sola ocasión, toda la tesis se desmorona. Es difícil demostrar un hecho basándose únicamente en la observación.

El Falsacionismo

El falsacionismo, propuesto por Karl R. Popper, parte de conocimientos previos y elabora una hipótesis. La experimentación comienza una vez que se establece la hipótesis para comprobar su validez. En el falsacionismo, solo son válidas las hipótesis que pueden ser refutadas. El objetivo no es confirmar la hipótesis, sino demostrar que no es cierta. Si tras la experimentación no se demuestra que la hipótesis es falsa, se convierte en ley, aunque no permanentemente, ya que puede ser refutada en el futuro.

El Relativismo de Kuhn

Según Kuhn, la ciencia funciona en base a paradigmas. Un paradigma es un conjunto de creencias, metodologías y formas de interpretar la realidad. Los paradigmas se basan en lo que el científico ha aprendido, cómo lo ha aprendido y su interpretación de ello, influyendo en su forma de hacer ciencia.

• Ciencia normal: Los científicos articulan un paradigma, es decir, un patrón o modelo. Científico dogmático.
• Ciencia revolucionaria: Algunos científicos intentan establecer un nuevo paradigma que resuelva las anomalías del anterior.

Fenómenos Astronómicos y Físicos

Eclipses

Los eclipses son fenómenos en los que cuerpos opacos, como la Luna o la Tierra, interceptan la luz del Sol. Hay dos tipos:

• Eclipse lunar: La Tierra se ubica entre el Sol y la Luna. La Luna debe estar en fase de Luna Llena y es observable desde cualquier lugar de la superficie terrestre.
• Eclipse solar: La Luna se ubica entre el Sol y la Tierra, cuando la Luna está en fase de Luna Nueva. La sombra presenta dos zonas: la umbra (sombra completa, eclipse total) y la penumbra (sombra parcial, eclipse parcial). Solo es visible en una región específica del planeta.

Mareas

La interacción gravitatoria entre la Tierra, la Luna y el Sol causa cambios en el nivel de los mares y océanos:

• Pleamar o marea alta: Ocurre en la zona de la Tierra orientada hacia la Luna.
• Marea baja o bajamar: Ocurre en el lado opuesto.
• Mareas vivas: Las variaciones entre la bajamar y la pleamar son máximas, produciéndose en Luna Llena y Nueva.
• Mareas muertas: La variación en el nivel del mar es mínima, produciéndose en Cuarto Creciente y Menguante.

Energía y sus Manifestaciones

Concepto de Energía

La energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar cambios o transformaciones en otros cuerpos. El término significa actividad, operación o fuerza de acción.

• Enfoque realista: La energía es una propiedad real y esencial de los cuerpos que permite realizar cambios (velocidad, posición, etc.).
• Enfoque instrumental: La energía es un concepto que permite predecir el comportamiento de la naturaleza.

Tipos de Energía

• Energía cinética: Energía que posee cualquier cuerpo en movimiento, dependiendo de su masa y velocidad.
• Energía potencial gravitatoria: Energía que presenta un cuerpo por encontrarse a una determinada altura sobre el suelo, dependiendo de dicha altura, la masa del cuerpo y la gravedad.

Calor

El calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos con diferente temperatura. Se expresa en Julios (J) o en calorías (cal). La energía en forma de calor pasa del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura hasta que se igualan. El calor se puede transmitir de tres formas:

1. Conducción: Contacto directo entre cuerpos de diferentes temperaturas.
2. Convección: Transferencia de calor en fluidos, generando movimiento (el agua caliente asciende y el agua fría desciende).
3. Radiación: La energía viaja en la propia radiación sin necesidad de un medio material (calor del fuego o del Sol).

Electricidad y Magnetismo

Tipos de Corriente Eléctrica

• Corriente continua: La intensidad es constante en el tiempo; las cargas se mueven en el mismo sentido (baterías, pilas).
• Corriente alterna: La intensidad varía con el tiempo; el sentido de las cargas se alterna periódicamente. Los electrones oscilan en la misma zona del conductor, transmitiendo energía (electricidad doméstica).

Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Es una propiedad de ciertos materiales conocida desde la antigüedad (Tales de Mileto mencionó la magnetita). Todo imán presenta dos polos, Norte y Sur. Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen.

Producción de Magnetismo

• Magnetización: Un material se comporta como un imán en presencia de otro campo magnético. Tipos de materiales:

  • Ferromagnéticos (hierro, níquel): Magnetismo intenso en presencia de un imán. El magnetismo se mantiene hasta alcanzar la temperatura de Curie.
  • Paramagnéticos (aluminio, litio, sodio): Magnetismo débil en presencia de un imán. El magnetismo desaparece al retirar el campo.
  • Diamagnéticos (agua, cobre, mercurio): Magnetismo muy débil, siendo repelidos por el imán. El magnetismo desaparece al retirar el campo.

• Electromagnetismo: Una corriente eléctrica genera un campo magnético y viceversa.

  • Experimento de Oersted: Una brújula cerca de un cable con corriente eléctrica se desvía perpendicularmente. Toda carga en movimiento genera un campo magnético.
  • Experimento de Faraday-Henry (Electroimán): Más potente que los imanes naturales. Una pieza de hierro enrollada con un cable conductor de electricidad.
  • Inducción magnética: Transformación de trabajo mecánico en electricidad dentro de un campo magnético.

Fuentes de Energía

Fuentes de Energía No Renovables

Las fuentes de energía no renovables se obtienen de la naturaleza y su cantidad es limitada. Contaminan y tienen un impacto ambiental significativo. Ejemplos:

• Combustibles fósiles:
  • Carbón: Combustible fósil del período carbonífero. Emite gases contaminantes (óxidos de azufre, nitrógeno y CO2).
  • Petróleo: Roca sedimentaria líquida formada por la transformación del plancton marino. Problemas asociados al transporte, extracción y residuos.
  • Gas natural: Combustible fósil asociado a reservas de petróleo. Más limpio que otros combustibles fósiles, pero emite CO2.
• Combustibles nucleares (plutonio y uranio):
  • Fisión nuclear: Romper el núcleo de un átomo pesado (Uranio) para liberar energía. Proceso radioactivo.
  • Fusión nuclear: Unir núcleos de átomos ligeros (isótopos de hidrógeno) para liberar energía. Proceso más limpio.

Fuentes de Energía Renovables

• Solar: Energía del sol. Inconvenientes: dispersión e intermitencia. Sistemas pasivos (sin dispositivos) y activos (colectores con conversión térmica o eléctrica).
• Eólica: Energía del aire. Aerogeneradores producen electricidad. Limpia, pero con impacto ambiental (aves, ruido, interferencias).
• Hidráulica: Energía del agua embalsada, corrientes de ríos, olas y mareas. Impacto social y medioambiental.
• Geotérmica: Calor interno de la Tierra. Aplicaciones: centrales geotérmicas, balnearios, calefacción de invernaderos, etc.
• Biomasa: Transformación de materia orgánica en combustible. Combustión directa y fermentación alcohólica (biocombustibles).

Química Básica: Iones, Moléculas y Tabla Periódica

Iones

Un ion es un átomo con carga eléctrica:

• Anión: Átomo cargado negativamente (más electrones que protones).
• Catión: Átomo cargado positivamente (más protones que electrones).

Moléculas

Las moléculas están formadas por la unión de dos o más átomos. Son la porción más pequeña de una sustancia química que conserva sus propiedades. Todos los elementos químicos se asocian para formar moléculas, excepto los gases nobles.

Clasificación de la Materia

• Sustancias puras: Formadas por el mismo tipo de átomos (un solo tipo de molécula). Ejemplos: O2, H2O, diamante.
  • Simples: Moléculas de átomos idénticos (O2, O3, N2).
  • Compuestas: Moléculas con átomos de diferentes elementos (H2O, NH3, C6H12O6).
• Mezclas: Combinación de diferentes sustancias sin unión química entre moléculas.
  • Heterogéneas: Componentes y propiedades distinguibles (granito, zumo de naranja, agua con arena).
  • Homogéneas (Disoluciones): Componentes no distinguibles.

Tabla Periódica

Moseley ordenó los elementos químicos en orden creciente de número atómico (Z). Los elementos en la misma columna (grupo) tienen estructura atómica y propiedades físico-químicas similares. Cada fila se denomina periodo.

Reacciones Químicas

• Reacción endotérmica: Se suministra energía a los reactivos para transformarse en productos.
• Reacción exotérmica: La energía se libera junto con los productos.

Estructura Interna de la Tierra

• Corteza: Capa externa, sólida, formada por silicatos de aluminio (8-35 km de profundidad). Límite con el manto: discontinuidad de Mohorovicic.
• Manto: Bajo la corteza, hasta 2900 km de profundidad (discontinuidad de Gutenberg). Silicatos de magnesio en estado semifundido.
• Núcleo externo: Desde la discontinuidad de Gutenberg hasta la discontinuidad de Wiechert-Lehman (5100 km). Hierro y níquel fundidos. Corriente eléctrica genera el campo magnético terrestre.
• Núcleo interno: Desde la discontinuidad de Wiechert-Lehman hasta el centro de la Tierra (6370 km).

Métodos de Investigación de la Estructura Terrestre

• Métodos directos: Investigación de materiales del interior de la Tierra (minería, erupciones volcánicas). Información limitada a la corteza y parte superior del manto.
• Métodos indirectos: Interpretación de datos (meteoritos, método sísmico).
• Ondas sísmicas:
  • Ondas P (comprensión): Primarias, rápidas, se propagan en cualquier medio.
  • Ondas S (transversales): Secundarias, solo se propagan en sólidos.
  • Ondas R, L (superficiales).

Tectónica de Placas

Teoría de la Deriva Continental

Wegener propuso que los continentes estuvieron unidos en un supercontinente llamado Pangea, rodeado por el océano Pantalasa. Los continentes se separaron hasta sus posiciones actuales. Pruebas:

• Geográficas: Encaje de los límites continentales.
• Biogeográficas: Restos de animales y plantas extintos en lugares alejados.
• Paleoclimáticas: Tipos de rocas en diferentes continentes.
• Geológicas: Rocas del mismo período en lugares alejados.

Límites de Placas

• Límites constructivos (Dorsales oceánicas): Cordilleras submarinas por donde sale magma del manto, formando nueva corteza oceánica.
• Límites destructivos (Zonas de subducción): Destrucción de corteza oceánica antigua, causando el desplazamiento de las placas.
• Límites pasivos (Fallas transformantes): Fricción entre placas, liberando energía en forma de terremotos (Falla de San Andrés).

Mineralogía y Petrología

• Minerales: Sustancias puras, sólidas, inorgánicas, de composición química definida, formadas por varios elementos químicos.
• Rocas: Agregados de minerales. La composición química de cada fragmento puede variar.

Biología Celular

Células Procariotas

Forman el grupo más numeroso de seres vivos. Son sencillas. Ejemplos: bacterias. Características:

• No tienen núcleo.
• ADN disperso en el citoplasma.
• Simples, con pocos orgánulos.
• Un solo cromosoma (ADN circular).
• Un solo orgánulo: ribosomas.
• No forman tejidos (organismos unicelulares).

Estructuras:

• Pared bacteriana: Estructura externa, protege la membrana plasmática (Gram+ o Gram-).
• Membrana plasmática: Rodea la bacteria, intercambio de sustancias.
• Citoplasma: Contiene ribosomas, cromosoma bacteriano y plásmidos.
• Ribosomas: Sintetizan proteínas.
• Cromosoma bacteriano: ADN circular con información para el metabolismo.
• Cápsula: En bacterias patógenas, protege de la deshidratación y permite formar colonias.
• Flagelos: Permiten el desplazamiento (no en todas las bacterias).
• Pili: Intercambio de material genético.
• Plásmido: Resistencia a antibióticos.

Células Eucariotas

Más complejas que las procariotas. ADN asociado a proteínas, varios cromosomas. En organismos unicelulares y pluricelulares (animales y vegetales). Estructuras básicas:

1. Membrana plasmática: Doble capa lipídica con proteínas y glúcidos. Delimita la célula, regula el intercambio de sustancias, reconocimiento celular.
2. Citoplasma: Espacio entre la membrana plasmática y el núcleo. Contiene orgánulos:
   • Citoesqueleto: Red de filamentos de proteínas.
   • Mitocondrias: Doble membrana, ribosomas y ADN. Obtienen energía (respiración celular).
   • Ribosomas: Sintetizan proteínas. Libres en el citoplasma o unidos al retículo endoplasmático rugoso.
   • Retículo endoplasmático: Rugoso (RER) si tiene ribosomas (síntesis de proteínas extracelulares), liso (REL) si no los tiene (síntesis de grasas).
   • Aparato de Golgi: Sacos aplanados (cisternas). Modifica proteínas y lípidos añadiendo glúcidos, y los expulsa. Forma la pared celular vegetal, la matriz extracelular, los lisosomas, el acrosoma de los espermatozoides y el nematocisto.
   • Centriolos: Exclusivos de la célula animal, implicados en la división celular.
   • Cloroplastos: Doble membrana, ribosomas y ADN. Tilacoides con clorofila. Fotosíntesis en células vegetales.
   • Vacuolas: Almacenan sustancias de reserva y desecho.
3. Núcleo: Dirige la vida celular (contiene el ADN). Componentes:
   • Nucléolo: Sintetiza subunidades de ribosomas.
   • Nucleoplasma: Fracción líquida con ADN disperso. El ADN puede estar como cromatina (no reproducción) o cromosomas (reproducción).

Aparato Circulatorio

Transporte de sustancias por el cuerpo. Nutrientes, oxígeno, sustancias de desecho, dióxido de carbono, hormonas, vitaminas, fármacos. Regula la temperatura corporal. Componentes:

1. Sangre: Plasma (acuoso, con sales minerales, proteínas, glúcidos, lípidos, sustancias de desecho) y células sanguíneas (formadas en la médula ósea):
   • Glóbulos rojos: Hemoglobina, transportan oxígeno y dióxido de carbono.
   • Glóbulos blancos (leucocitos): Defensa contra infecciones.
   • Plaquetas: Coagulación de la sangre.
2. Vasos sanguíneos:
   • Arterias: Sangre sale del corazón. Válvulas sigmoideas impiden el retorno.
   • Venas: Sangre retorna al corazón.
   • Capilares sanguíneos: Intercambio de nutrientes y desechos con las células.
3. Corazón: Bombea la sangre. Tabique longitudinal, dos cavidades en cada lado (aurícula y ventrículo). Válvulas (tricúspide y mitral). Movimientos:
   • Sístole: Contracción. Auricular (sangre a ventrículos), ventricular (sangre al cuerpo).
   • Diástole: Relajación, entrada de sangre.

Circulación Sanguínea (Doble)

• Circulación general: Sangre oxigenada sale del ventrículo izquierdo (arteria aorta), se reparte por el cuerpo (capilares), vuelve al corazón (venas cava, aurícula derecha).
• Circulación pulmonar: Sangre con dióxido de carbono sale del ventrículo derecho (arteria pulmonar), va a los pulmones (intercambio gaseoso en alvéolos), vuelve al corazón (venas pulmonares, aurícula izquierda).

Sentidos: Vista y Oído

Vista

Sentido más importante. Ojo: órgano para percibir estímulos visuales. Capas:

• Esclerótica: Externa, blanca, protectora. Córnea (parte anterior transparente).
• Coroides: Intermedia, alimenta estructuras. Pupila (entrada de luz), iris (dilata/contrae pupila, parte coloreada).
• Retina: Interna, neuronas estimuladas por la luz.

Cristalino: Estructura transparente detrás de la pupila. Se curva/estira (músculos ciliares) para enfocar la imagen en la retina. Humor acuoso (delante del cristalino), humor vítreo (entre cristalino y retina).

Oído

Audición y equilibrio. Regiones:

• Oído externo: Oreja y conducto auditivo (conduce el sonido).
• Oído medio: Tímpano vibra, transmite vibración a huesecillos (martillo, yunque, estribo) hasta el caracol.
• Oído interno: Caracol, vestíbulo, canales semicirculares. Estribo golpea caracol, endolinfa mueve células ciliadas, impulso nervioso (nervio auditivo) al cerebro.

Sistema Nervioso

Sistema Nervioso Central (SNC)

Percibe estímulos, procesa información, transmite impulsos. Encéfalo y médula espinal. Protegidos por meninges (duramadre, piamadre, aracnoides) y huesos (cráneo, columna vertebral).

• Encéfalo: Cerebro (hemisferios, funciones cognitivas, percepciones sensoriales, lenguaje, memoria, sentimientos), cerebelo (movimientos suaves, precisos, coordinados), tronco encefálico.
• Médula espinal: Desde la base del tronco encefálico, recorre la columna vertebral. Dirige impulsos al cerebro, elabora respuestas (actos reflejos).

Sistema Nervioso Periférico (SNP)

Encéfalo y médula espinal unidos a órganos sensoriales, músculos y glándulas a través de nervios y ganglios.

• Sistema nervioso parasimpático (involuntario): Movimientos involuntarios, controlados por centros secundarios (médula espinal, ganglios). Actos reflejos. Relajación (respiración, latido cardíaco, digestión).
• Sistema nervioso simpático (voluntario): Actos desde la corteza cerebral. Información de órganos sensoriales llega a la corteza, respuesta voluntaria y consciente. Memoria, aprendizaje, estado de ánimo. Aceleración (corazón, respiración).
• Acto Reflejo: Respuesta urgente del SNC para evitar daño. La médula espinal toma el mando, envía orden a músculos sin que el impulso llegue al cerebro.

Genética Básica

• ADN: En células, forma cromosomas.
• Gen: Fragmento de ADN en un cromosoma, información para una característica.
• Genotipo: Conjunto de genes de un individuo.
• Fenotipo: Manifestación externa del genotipo, influenciada por el entorno.
• Alelos: Pareja de genes que codifican para un mismo carácter.
  • Alelo dominante: Siempre se expresa en el fenotipo.
  • Alelo recesivo: Solo se expresa en ausencia del dominante.

Teorías de la Evolución

Lamarckismo

• Los organismos se adaptan al medio desarrollando o atrofiando órganos.
• Características desarrolladas se transmiten a la descendencia.
• Tendencia evolutiva hacia la complejidad.

Darwinismo

• Variabilidad entre individuos de una población.
• Lucha por la supervivencia.
• Selección natural: el medio selecciona a los más adaptados.
• Evolución adireccional (sin fin concreto).

Neodarwinismo

Combina la selección natural con las mutaciones y la recombinación génica. Los genes y el entorno determinan las características. Las mutaciones son modificaciones aleatorias del ADN, transmitidas a la descendencia (neutras, negativas o positivas).