Organización biológica

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

Cada nivel de la jerarquía representa un aumento en la complejidad organizativa, y cada "objeto" se compone principalmente de la unidad básica del nivel anterior. 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 varios 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 todo un cuerpo. organismo. 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 más altos e incluye múltiples ecosistemas.

Niveles

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

Para niveles más pequeños que los átomos, consulte Partícula subatómica
Nivel acelular y nivel precelular	Átomos
Molécula	Grupos de átomos
complejo biomolecular	Grupos de (bio)moléculas
Nivel subcelular	orgánulo	Grupos funcionales de biomoléculas, reacciones e interacciones bioquímicas
nivel celular	Celúla	Unidad básica de toda la vida y la agrupación de orgánulos.
Nivel supercelular (nivel multicelular)	Pañuelo de papel	Grupos funcionales de células.
	Organo	Grupos funcionales de tejidos.
Sistema de órganos	Grupos funcionales de órganos.
Niveles ecológicos	Organismo	El sistema vivo básico, una agrupación funcional de los componentes de nivel inferior, que incluye al menos una célula.
Población	Grupos de organismos de la misma especie.
Comunidad (o biocenosis)	Grupos interespecíficos de poblaciones que interactúan
Ecosistema	Grupos de organismos de todos los dominios biológicos junto con el entorno físico (abiótico)
bioma	Agrupación de ecosistemas a escala continental (áreas contiguas climática y geográficamente con condiciones climáticas similares).
Biosfera o Ecosfera	Toda la vida en la Tierra o toda la vida más el entorno físico (abiótico)
Para niveles más grandes que Biosfera o Ecosfera, vea la ubicación de la Tierra en el Universo

Los esquemas más complejos incorporan muchos más niveles. Por ejemplo, una molécula puede verse como una agrupación de elementos y un átomo puede dividirse en partículas subatómicas (estos niveles están fuera del alcance de la organización biológica). Cada nivel también se puede dividir en su propia jerarquía, y los tipos específicos de estos objetos biológicos pueden tener su propio esquema jerárquico. Por ejemplo, los genomas se pueden subdividir en una jerarquía de genes.

Cada nivel en la jerarquía puede ser descrito por sus niveles inferiores. Por ejemplo, el organismo puede describirse en cualquiera de sus niveles de componentes, incluidos los niveles atómico, molecular, celular, histológico (tejido), órgano y sistema de órganos. Además, en cada nivel de la jerarquía aparecen nuevas funciones necesarias para el control de la vida. Estos nuevos roles no son funciones de las que sean capaces los componentes de nivel inferior y, por lo tanto, se denominan propiedades emergentes .

Todo organismo está organizado, aunque no necesariamente en el mismo grado. Un organismo no puede organizarse a nivel histológico (tejido) si no está compuesto de tejidos en primer lugar.

Surgimiento de la organización biológica.

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 las capacidades de adaptación que eran intrínsecas (en el sentido de que estaban determinadas por la secuencia de nucleótidos) y la disponibilidad de recursos. Las tres capacidades adaptativas primarias pueden haber sido (1) la capacidad de replicar 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.Estas capacidades habrían estado 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 los organismos más recientes, el éxito competitivo en los sucesivos niveles de organización biológica presumiblemente siguió dependiendo, en un sentido amplio, de los valores relativos de estas capacidades adaptativas.

Fundamentos

Empíricamente, una gran proporción de los sistemas biológicos (complejos) que observamos en la naturaleza exhiben una estructura jerárquica. En términos teóricos, podríamos esperar que los sistemas complejos fueran jerarquías en un mundo en el que la complejidad tuvo que evolucionar desde la simplicidad. El análisis de jerarquías de sistemas realizado en la década de 1950 sentó las bases empíricas de un campo que sería, a partir de la década de 1980, la ecología jerárquica .

Los fundamentos teóricos se resumen en la termodinámica. Cuando los sistemas biológicos se modelan como sistemas físicos, en su abstracción más general, son sistemas abiertos termodinámicos que exhiben un comportamiento autoorganizado, 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 Simón"; Simon 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 los relojeros imaginarios.

Parábola de los relojeros

Había una vez dos relojeros, llamados Hora y Tempus, que hacían relojes muy finos. Los teléfonos de sus talleres sonaban con frecuencia; nuevos clientes los llamaban constantemente. Sin embargo, Hora prosperó mientras Tempus se empobrecía más y más. Al final, Tempus perdió su tienda. ¿Cuál fue la razón detrás de esto?Los relojes constaban de unas 1000 piezas cada uno. Los relojes que fabricaba Tempus estaban diseñados de tal manera que, cuando tenía que dejar un reloj parcialmente ensamblado (por ejemplo, para contestar el teléfono), inmediatamente se desmoronaba y tenía que volver a ensamblarse a partir de los elementos básicos.Hora había diseñado sus relojes para que pudiera armar subensamblajes de unos diez componentes cada uno. Diez de estos subensamblajes podrían juntarse para formar un subensamblaje más grande. Finalmente, diez de los subconjuntos más grandes constituían el reloj completo. Cada subensamblaje podría colocarse sin desmoronarse.