Método Científico: Criterio de Validación de las Explicaciones Científicas

El método científico es un proceso sistemático utilizado para validar las explicaciones científicas. Se compone de los siguientes pasos:

1. Observación del fenómeno a explicar.
2. Proposición de un modelo explicativo.
3. Deducción de consecuencias a partir del modelo.
4. Observación y/o corroboración de los fenómenos deducidos en el paso 3.

Cuando estos 4 puntos son aceptados, la proposición del punto 2 se convierte en una explicación científica válida.

Biología de la Muerte Celular

Los telómeros son secuencias de ADN en los extremos de los cromosomas que se acortan con cada división celular. Este acortamiento se debe a que los telómeros no se duplican completamente durante la replicación del ADN. Cuando el acortamiento supera un límite crítico, se daña el material genético, lo que lleva a la degradación y muerte de la célula. Por lo tanto, la célula está programada para dividirse un número limitado de veces.

Glosario de Términos Biológicos

• Procarionte: Organismo unicelular que no posee un núcleo verdadero. Ejemplo: Bacterias.
• Eucarionte: Organismo con núcleo celular verdadero.
• Virus: Agentes infecciosos compuestos principalmente de proteínas que atacan organismos vivos.
• Homeostasis: Capacidad de los seres vivos para mantener un equilibrio interno estable, lo que implica una entropía negativa.
• Neguentropía: Entropía negativa.
• Lodos activados: Floculo de bacterias que se alimentan de materia orgánica a través del catabolismo. Ejemplo: Plantas de celulosa.
• Catabolismo: Proceso metabólico de degradación de moléculas complejas en moléculas más simples.
• Célula: Unidad fundamental morfofisiológica que conforma a los seres vivos.
• DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno. Es una medida de la cantidad de materia orgánica presente en una muestra de agua.
• Genoma: Conjunto completo de información genética de un organismo.
• Tensoactivo: Sustancia que disminuye la tensión superficial. Ejemplo: Glicerol.
• Celulosa: Polisacárido insoluble que forma la pared celular de las plantas.
• Emulsión: Mezcla de dos líquidos inmiscibles, como el agua y el aceite, en la que uno se dispersa en el otro en forma de pequeñas gotas.
• CHO: Carbohidratos y lípidos.
• CHON: Proteínas.
• CHONP: Ácidos nucleicos.
• Capilaridad: Propiedad del agua de ascender a través de tubos estrechos en contra de la fuerza de gravedad.
• Fenotipo: Expresión visible del genotipo.
• Genotipo: Conjunto de genes de un individuo.
• Termodinámica: Rama de la física que estudia el intercambio de calor y energía.
• Hidroscópico: Sustancia que atrae y absorbe la humedad del ambiente. Ejemplo: Sílice.
• Conjugación: Proceso de intercambio de material genético entre bacterias.
• Apoptosis: Muerte celular programada, también conocida como «suicidio celular». En la conjugación, el macronúcleo se degrada y el micronúcleo crece y toma su lugar.
• Necrosis: Muerte celular no programada causada por daño o enfermedad, que puede afectar a muchas células a la vez.
• Negligencia: Error cometido a pesar de tener el conocimiento para evitarlo.
• Dolo: Error cometido intencionalmente, fraude.
• Ósmosis inversa: Proceso de purificación del agua que elimina minerales y otras impurezas. Es un proceso costoso en términos energéticos.
• Carrier: Proteínas que transportan solutos a través de la membrana celular.
• Umbral de excitación: Cantidad mínima de estímulo necesaria para que una neurona se despolarice completamente.
• H2S: Ácido sulfhídrico. Los porotos tienen una alta concentración de este ácido (si la concentración de H2S es mayor a 5 ppm, puede causar la muerte).
• H2SO4: Ácido sulfúrico.

Mecanismos de Transporte Intracelular

Existen dos tipos principales de transporte intracelular:

I. Sin gasto energético:

1. Ósmosis: Paso de agua a través de una membrana plasmática semipermeable, desde una zona de mayor concentración de agua a una de menor concentración.
2. Difusión simple: Paso de moléculas pequeñas a través de la membrana plasmática, a favor del gradiente de concentración.
3. Difusión facilitada: Transporte de moléculas a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas transportadoras (carriers), a favor del gradiente de concentración.

II. Con gasto energético:

1. Transporte activo: Movimiento de moléculas a través de la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración, utilizando energía (ATP). Ejemplo: Bomba de sodio y potasio.
2. Endocitosis: Proceso por el cual la célula incorpora sustancias del exterior, rodeándolas con una porción de la membrana plasmática. Puede ser fagocitosis (incorporación de partículas sólidas) o pinocitosis (incorporación de líquidos).
3. Exocitosis: Proceso por el cual la célula expulsa sustancias al exterior, rodeándolas con una vesícula que se fusiona con la membrana plasmática.

Impulso Nervioso

El impulso nervioso es una señal eléctrica que se transmite a lo largo de las neuronas. Se describe en las siguientes etapas:

1. Potencial de membrana o de reposo: La neurona no está transmitiendo un impulso nervioso. En este estado, los canales de sodio están cerrados.
2. Despolarización: Cuando la neurona recibe un estímulo, se abren los canales de sodio, permitiendo la entrada de iones de sodio al interior de la célula. Si se alcanza el umbral de excitación (aproximadamente -50 mV), se produce un potencial de acción, que es una rápida inversión del potencial de membrana.
3. Repolarización: Después del pico del potencial de acción (aproximadamente +30 mV), los canales de sodio se cierran y se abren los canales de potasio, permitiendo la salida de iones de potasio al exterior de la célula. Esto hace que el potencial de membrana vuelva a su valor negativo de reposo.
4. Bomba de sodio y potasio: Esta proteína de membrana utiliza energía (ATP) para restablecer la distribución original de iones de sodio y potasio, sacando 3 iones de sodio por cada 2 iones de potasio que introduce.

Hormonas relacionadas con el estrés y la neurotransmisión:

1. Cortisol: Hormona del estrés.
2. Adrenalina: Hormona neurotransmisora.
3. Endorfinas: Hormonas relacionadas con la sensación de bienestar y la reducción del dolor, también conocidas como «hormonas del olvido».

Factores que influyen en la velocidad del impulso nervioso:

1. Células de Schwann: Forman la vaina de mielina que recubre los axones, acelerando la conducción del impulso nervioso.
2. Nodos de Ranvier: Interrupciones en la vaina de mielina que permiten la conducción saltatoria del impulso nervioso, aumentando su velocidad.
3. Diámetro de los axones: Los axones de mayor diámetro conducen el impulso nervioso más rápidamente.

El Universo: Origen y Evolución

Teoría del Big Bang

La teoría del Big Bang postula que el universo se originó hace aproximadamente 20 mil millones de años a partir de una gran explosión. Según esta teoría, toda la materia y el espacio estaban concentrados en un punto de altísima densidad. Tras la explosión, la materia comenzó a expandirse junto con el espacio.

Inmediatamente después del Big Bang se formaron protones, electrones y neutrones. Luego, la unión de protones y neutrones dio lugar a los primeros núcleos atómicos. Posteriormente, los núcleos y electrones se mezclaron en un gas llamado plasma. Finalmente, se unieron para formar átomos.

Durante el Big Bang, las reacciones nucleares permitieron la creación de los elementos químicos más ligeros, como el helio, que dieron origen a las primeras estrellas. El resto de la materia más pesada del universo, incluidos los átomos más pesados como el carbono y el oxígeno, fueron consecuencia de reacciones químicas posteriores en el interior de las estrellas.

Evidencias del Big Bang

• Radiación cósmica de fondo: Radiación residual del Big Bang que se detecta como una temperatura uniforme de 3°F en todo el universo.
• Microondas cósmicas: Eco residual del Big Bang, una radiación de microondas procedente del espacio profundo.
• Supernovas: Explosiones estelares que liberan gran cantidad de energía y proyectan al espacio despojos cósmicos que forman nuevas estrellas y planetas.
• Alejamiento de las galaxias: Se observa que las galaxias se alejan unas de otras a gran velocidad, lo que sugiere que el universo se está expandiendo.
• Paradoja de Olbers: Si el universo hubiera existido desde siempre, el cielo nocturno estaría uniformemente iluminado, lo cual no se observa.

Formación del Sistema Solar

El Sistema Solar se originó hace aproximadamente 5 mil millones de años a partir de una nube de gas y polvo en rotación, similar a una nebulosa. El Sol se formó en el centro de la nube, y el resto del material comenzó a girar a su alrededor. Posteriormente, esta rueda se habría separado en numerosos remolinos. La condensación de estos remolinos debido a las fuerzas de atracción gravitacional dio lugar a la formación de los planetas y sus satélites.

Origen de la Vida en la Tierra

Teorías sobre el Origen de la Vida

1. Abiogénesis

La abiogénesis es la hipótesis que explica el origen de la vida a partir de la interacción de sustancias químicas inorgánicas. Según esta teoría, a través de procesos aleatorios y de ensayo y error, se generaron moléculas orgánicas complejas que eventualmente dieron lugar a los primeros seres vivos.

Los componentes de la atmósfera primitiva formaron parte de una gran masa de agua caliente depositada en las depresiones de la corteza terrestre. Esta masa de agua se formó como consecuencia de extensas lluvias. Estos elementos y factores constituían un medio apropiado para que ocurrieran nuevas reacciones químicas, y se formara una asombrosa gama de productos como aminoácidos, monosacáridos, bases nitrogenadas y ácidos grasos, compuestos que son las bases de las moléculas de los seres vivos.

A medida que avanzó el tiempo, estas sustancias simples reaccionaron entre sí generando sustancias orgánicas más complejas como:

1. Polisacáridos: Unidades de monosacáridos combinados.
2. Ácidos nucleicos: Unidades de nucleótidos combinados.

Estas grandes moléculas orgánicas se fueron asociando gradualmente para formar agregados denominados coacervatos, que se consideran las primeras expresiones precursoras de la vida. A través del intercambio con el medio ambiente, estas asociaciones moleculares fueron aumentando su tamaño y haciéndose más sensibles a la fragmentación. Por lo tanto, el más remoto de los seres vivos surgió de un «caldo» de moléculas orgánicas, en ausencia de oxígeno.

2. Generación Espontánea

Los experimentos del físico italiano Francesco Redi (1621-1697) refutaron la idea de que la vida surge espontáneamente a partir de materia inerte.

3. Panspermia

La panspermia es la hipótesis que propone que la vida en la Tierra se originó a partir de microorganismos o precursores de la vida provenientes del espacio exterior.

¿Qué fue primero, el ADN o el ARN?

Se cree que el ARN fue anterior al ADN. Se ha descubierto ARN autocatalítico que contiene y sintetiza ribozimas. Además, existen los priones, que son proteínas infecciosas que pueden sintetizar ADN a partir de ARN (ejemplo: enfermedad de las vacas locas).

Evidencias de la Evolución

Fósiles

Los fósiles son restos o impresiones de organismos que vivieron en el pasado. Proporcionan evidencia paleontológica del cambio evolutivo a lo largo del tiempo. El estudio de los fósiles ha permitido dividir la historia geológica de la Tierra en cinco eras, y subdividirlas a su vez en varios períodos.

Anatomía Comparada

La anatomía comparada estudia las similitudes y diferencias en la estructura de los organismos. Aporta datos para comprender la evolución. Considera tres tipos de estructuras:

• Órganos homólogos: Estructuras que tienen un origen embrionario y una estructura interna similares, pero que pueden tener diferentes funciones y apariencias externas. Ejemplo: El brazo humano, la aleta de una ballena y el ala de un murciélago.
• Órganos análogos: Estructuras que tienen funciones similares, pero que tienen un origen embrionario y una estructura interna diferentes. Ejemplo: Las alas de un insecto y las alas de un ave.
• Estructuras vestigiales: Estructuras que aparentemente no cumplen ninguna función en la actualidad, pero que son remanentes de estructuras que sí tenían una función en los ancestros de la especie. Ejemplo: El apéndice humano.

Teorías sobre la Evolución

A lo largo de la historia se han propuesto diferentes explicaciones sobre la evolución de los seres vivos. Las más reconocidas son:

1. Creacionismo: Doctrina que sostiene que los seres vivos fueron creados por un ser supremo.
2. Origen espacial: Hipótesis que sugiere que la vida en la Tierra se originó a partir de microorganismos o precursores de la vida provenientes del espacio exterior (similar a la panspermia).
3. Teoría de la evolución por selección natural: Propuesta por Charles Darwin, sostiene que las especies evolucionan a lo largo del tiempo a través de un proceso de selección natural.

Teoría de la Selección Natural de Darwin

La selección natural es el proceso por el cual los individuos mejor adaptados a su entorno tienen mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse, transmitiendo sus características a su descendencia. Darwin llamó selección natural a la conservación de las variaciones individuales favorables y a la desaparición de las variaciones perjudiciales.

Principios fundamentales de la teoría de la evolución de Darwin:

1. La evolución es un proceso lento que implica cambios a nivel genético que son favorables para la especie.
2. El aislamiento geográfico favorece la formación de nuevas especies.
3. La adaptación del individuo está condicionada a las características del ambiente.
4. A mayor disponibilidad de alimentos, mayor variedad de seres vivos.
5. Los individuos compiten por la supervivencia y, por lo tanto, por la posibilidad de reproducirse.
6. Se produce, de generación en generación, un mecanismo de selección natural.

Mecanismos del proceso de selección natural:

1. El medio ambiente influye en qué individuos sobreviven y cuáles no.
2. No todos los individuos de una especie tienen las mismas posibilidades de sobrevivir.
3. El medio ambiente presenta recursos limitados, por lo que se genera competencia entre los organismos.
4. Mediante la evolución, las especies han desarrollado características diferentes para sobrevivir.