Organización biológica

La organización biológica es la organización de estructuras y sistemas biológicos complejos que definen la vida utilizando un enfoque reduccionista . ^[1] La jerarquía tradicional, como se detalla a continuación, se extiende desde los átomos hasta las biosferas . Los niveles superiores de este esquema a menudo se denominan concepto de organización ecológica o el campo ecología jerárquica.

Cada nivel de la jerarquía representa un aumento en la complejidad organizacional, y cada "objeto" está compuesto principalmente por la unidad básica del nivel anterior. ^[2] El principio básico detrás de la organización es el concepto de emergencia : las propiedades y funciones que se encuentran en un nivel jerárquico no están presentes y son irrelevantes en los niveles inferiores.

La organización biológica de la vida es una premisa fundamental para numerosas áreas de investigación científica , particularmente en las ciencias médicas . Sin este grado necesario de organización, sería mucho más difícil -y probablemente imposible- aplicar el estudio de los efectos de diversos fenómenos físicos y químicos a las enfermedades y la fisiología (función corporal). Por ejemplo, campos como la neurociencia cognitiva y conductual no podrían existir si el cerebro no estuviera compuesto por tipos específicos de células, y los conceptos básicos de la farmacología no podrían existir si no se supiera que un cambio a nivel celular puede afectar a un organismo entero. Estas aplicaciones se extienden también a los niveles ecológicos . Por ejemplo, el efecto insecticida directo del DDT ocurre a nivel subcelular , pero afecta a niveles superiores, incluyendo múltiples ecosistemas . Teóricamente, un cambio en un átomo podría cambiar toda la biosfera .

El esquema simple de organización biológica estándar, desde el nivel más bajo hasta el más alto, es el siguiente: ^[1]

Los esquemas más complejos incorporan muchos más niveles. Por ejemplo, una molécula puede considerarse como una agrupación de elementos y un átomo puede dividirse en partículas subatómicas (estos niveles quedan fuera del ámbito de la organización biológica). Cada nivel también puede descomponerse en su propia jerarquía y los tipos específicos de estos objetos biológicos pueden tener su propio esquema jerárquico. Por ejemplo, los genomas pueden subdividirse en una jerarquía de genes . ^[4]

Cada nivel de la jerarquía puede describirse a partir de sus niveles inferiores. Por ejemplo, el organismo puede describirse en cualquiera de los niveles que lo componen, incluidos los niveles atómico, molecular, celular, histológico (tejido), orgánico y de sistema orgánico. Además, en cada nivel de la jerarquía aparecen nuevas funciones necesarias para el control de la vida. Estas nuevas funciones no son funciones que los componentes de nivel inferior puedan realizar y, por lo tanto, se las denomina propiedades emergentes .

Todo organismo está organizado, aunque no necesariamente en el mismo grado. ^[5] Un organismo no puede estar organizado a nivel histológico (tisular) si no está compuesto de tejidos en primer lugar. ^[6]

Se cree que la organización biológica surgió en el mundo primitivo del ARN cuando las cadenas de ARN comenzaron a expresar las condiciones básicas necesarias para que la selección natural operara tal como la concibió Darwin : heredabilidad, variación de tipo y competencia por recursos limitados. La aptitud de un replicador de ARN (su tasa de aumento per cápita) probablemente habría sido una función de capacidades adaptativas que eran intrínsecas (en el sentido de que estaban determinadas por la secuencia de nucleótidos) y la disponibilidad de recursos. ^{[7] [8]} Las tres capacidades adaptativas primarias pueden haber sido (1) la capacidad de replicarse con fidelidad moderada (dando lugar tanto a la heredabilidad como a la variación de tipo); (2) la capacidad de evitar la descomposición; y (3) la capacidad de adquirir y procesar recursos. ^{[7] [8]} Estas capacidades habrían sido determinadas inicialmente por las configuraciones plegadas de los replicadores de ARN (ver " Ribozima ") que, a su vez, estarían codificadas en sus secuencias de nucleótidos individuales. El éxito competitivo entre diferentes replicadores de ARN habría dependido de los valores relativos de estas capacidades adaptativas. Posteriormente, entre organismos más recientes, el éxito competitivo en niveles sucesivos de organización biológica presumiblemente continuó dependiendo, en un sentido amplio, de los valores relativos de estas capacidades adaptativas.

Empíricamente, una gran proporción de los sistemas biológicos (complejos) que observamos en la naturaleza exhiben una estructura jerárquica. Desde un punto de vista teórico, podríamos esperar que los sistemas complejos fueran jerarquías en un mundo en el que la complejidad tuviera que evolucionar a partir de la simplicidad. El análisis de jerarquías de sistemas realizado en la década de 1950, ^{[9] [10]} sentó las bases empíricas para un campo que sería, a partir de la década de 1980, la ecología jerárquica . ^{[11] [12] [13] [14] [15]}

Los fundamentos teóricos se resumen en la termodinámica. Cuando los sistemas biológicos se modelan como sistemas físicos , en su abstracción más general, son sistemas termodinámicos abiertos que exhiben un comportamiento autoorganizado , ^[16] y las relaciones conjunto/subconjunto entre estructuras disipativas se pueden caracterizar en una jerarquía.

Una forma más simple y directa de explicar los fundamentos de la "organización jerárquica de la vida", fue introducida en Ecología por Odum y otros como el " principio jerárquico de Simon "; ^[17] Simon ^[18] enfatizó que la jerarquía " emerge casi inevitablemente a través de una amplia variedad de procesos evolutivos, por la sencilla razón de que las estructuras jerárquicas son estables ".

Para motivar esta idea profunda, ofreció su “parábola” sobre relojeros imaginarios.

Parábola de los relojeros

Había una vez dos relojeros, llamados Hora y Tempus, que fabricaban relojes de gran calidad. Los teléfonos de sus talleres sonaban con frecuencia y los llamaban nuevos clientes constantemente. Sin embargo, Hora prosperaba mientras Tempus se empobrecía cada vez más. Al final, Tempus perdió su taller. ¿A qué se debió esto? Los relojes estaban compuestos por unas 1000 piezas cada uno. Los relojes que Tempus fabricaba estaban diseñados de tal manera que, cuando tenía que dejar de lado un reloj parcialmente ensamblado (por ejemplo, para contestar el teléfono), se desmoronaba inmediatamente y había que volver a ensamblarlo a partir de los elementos básicos. Hora había diseñado sus relojes de forma que pudiera ensamblar subconjuntos de unos diez componentes cada uno. Diez de estos subconjuntos podían ensamblarse para formar un subconjunto más grande. Finalmente, diez de los subconjuntos más grandes constituían el reloj completo. Cada subconjunto podía desmontarse sin que se desmoronara.

• Evans, FC (1951), "Ecología e investigación del área urbana", Scientific Monthly (73)
• Evans, FC (1956), "El ecosistema como unidad básica en ecología", Science , 123 (3208): 1127–8, Bibcode :1956Sci...123.1127E, doi :10.1126/science.123.3208.1127, PMID  17793430
• Huggett, RJ (1999). "¿Ecosfera, biosfera o Gaia? ¿Cómo llamar al ecosistema global? SONDEO ECOLÓGICO". Ecología global y biogeografía . 8 (6): 425–431. doi :10.1046/j.1365-2699.1999.00158.x. ISSN  1466-822X.
• Jordan, F.; Jørgensen, SE (2012), Modelos de la jerarquía ecológica: de las moléculas a la ecosfera , ISBN 9780444593962
• Margalef, R. (1975), "Factores externos y estabilidad del ecosistema", Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie , 37 (1): 102–117, Bibcode :1975AqSci..37..102M, doi :10.1007/BF02505181, hdl : 10261/ 337692 , S2CID  20521602
• O'Neill, RV (1986), Un concepto jerárquico de los ecosistemas , ISBN 0691084378
• Pavé, Alain (2006), "Organización jerárquica de los sistemas biológicos y ecológicos", en Pumain, D. (ed.), Jerarquía en las ciencias naturales y sociales , Nueva York, Nueva York : Springer-Verlag , ISBN. 978-1-4020-4126-6
• Postlethwait, John H.; Hopson, Janet L. (2006), Biología moderna , Holt, Rinehart y Winston , ISBN 0-03-065178-6
• Pumain, D. (2006), Jerarquía en las ciencias naturales y sociales , ISBN 978-1-4020-4127-3
• Simon, HA (1969), "La arquitectura de la complejidad", Las ciencias de lo artificial , Cambridge , Massachusetts: MIT Press
• Salomón, Eldra P.; Berg, Linda R.; Martin, Diana W. (2002), Biología (6ª ed.), Brooks/Cole , ISBN 0-534-39175-3, C.L.C.N.  2001095366
• Wicken, JS; Ulanowicz, RE (1988), "Sobre la cuantificación de conexiones jerárquicas en ecología", Journal of Social and Biological Systems , 11 (3): 369–377, doi :10.1016/0140-1750(88)90066-8

• Fisiología celular (en Fisiología humana ) en Wikilibros
• Características de la vida y naturaleza de las moléculas (en Biología general ) en Wikilibros
• organización dentro de la biosfera (en Ecología ) en Wikilibros
• Discusión teórica/matemática del 2011.