Las ciencias biológicas

Las ciencias biológicas son un conjunto de ciencias de la naturaleza cuyo objeto de estudio son los seres vivos y los procesos que les son propios. A lo largo de su historia, la biología ha profundizado en el conocimiento de todas las formas de vida existentes, desarrollando teorías que la han llevado a erigirse en una ciencia. Debido a que la vida se presenta de formas muy diversas y a la gran complejidad que ésta entraña, se hace necesario abordar su estudio a través del enfoque particular de diversas disciplinas, que guardan relación entre sí y que componen, todas juntas, el cuerpo de las ciencias biológicas.

Estas disciplinas han aparecido paulatinamente como consecuencia lógica de la adquisición y acumulación de conocimientos y de la implementación de nuevas tecnologías que permitían su desarrollo.

Las principales ciencias biológicas aparecen enunciadas en la tabla 1. A su vez, existen subdivisiones para cada una de estas disciplinas. Así sucede, por ejemplo, con la zoología, que cuenta con diversas ramas especializadas, entre ellas la entomología, que se encarga del estudio de los insectos, y la carcinología, que aborda el estudio de los crustáceos.

Tabla 1. Principales ciencias biológicas y ámbito de su estudio.

Para el estudio de la ciencia biológica es necesario poseer conocimientos de disciplinas adyacentes, como la química, la física, las matemáticas, la geología o la estadística, pues estas materias ofrecen la explicación de múltiples sucesos en los que se sustenta la vida.

Historia de las ciencias biológicas

El termino biología procede de las palabras griegas bios (vida) y logos (estudio), que, juntas, significan «el estudio de la vida». El término fue acuñado en 1800 por Karl Friedrich Burdach para referirse al estudio de la morfología, la fisiología y la psicología humanas, aunque, anteriormente, aparecía mencionado en el título del tercer volumen de Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia, obra de Michael Christoph Hanov publicada en 1766. Más tarde fue popularizado en dos libros aparecidos de modo independiente en 1802: la Hydrogéologie de Jean-Baptiste Lamarck y la Biologie oder Philosophie der lebenden Natur de Gottfried Reinhold Treviranus.

En ambos textos, el concepto de biología se utilizaba para referirse al estudio organizado, planificado y metódico de todos los seres vivos. Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) definió la ciencia con las siguientes palabras:

«... todo lo que generalmente es común a los vegetales y a los animales, así como todas las facultades que son propias a cada uno de esos seres, sin excepción, debe constituir el único y vasto objeto de la biología».

Por el uso que Lamarck hizo de este término, se le atribuye ser el creador del concepto de biología en sentido moderno: «el estudio de los seres vivos».

El estudio biológico en la antigüedad

Las primeras sociedades humanas, que vivían en un estrecho contacto con la naturaleza, necesitaron conocer muy bien las características de las plantas, hongos y animales que utilizaban como alimento, vestido y medicamento; por tanto, el conocimiento empírico de los ciclos biológicos de plantas y animales se hizo imprescindible para las primitivas sociedades de cazadores-recolectores nómadas. De esta manera, a través del conocimiento de la naturaleza, los seres humanos emprendieron una nueva etapa histórica que modificaría profundamente la vida de estas tempranas sociedades: la práctica de la agricultura y la ganadería. Las nuevas actividades conllevaban, entre otras cosas, la selección de razas y semillas y el cruce selectivo de animales para obtener los caracteres deseados. Todo ello supuso el inicio de un nuevo ciclo en la historia de la humanidad en el que el hombre comenzó a hacerse con el control de su entorno natural inmediato.

La historia y la arqueología ofrecen numerosos ejemplos acerca del conocimiento biológico del medio que tuvieron en la antigüedad diversas civilizaciones. En China, entre el cuarto y el tercer milenio antes de nuestra era, se cultivaba el gusano de seda (Bombyx mori) para la producción de tan preciada materia prima. La cultura antigua china poseía también tratados médicos que recogían descripciones de plantas y animales con propiedades terapéuticas. Tenían conocimientos, incluso, de las relaciones entre especies, y empleaban una hormiga entomófaga para evitar las plagas de insectos en los árboles.

Entre las grandes civilizaciones del pasado, los antiguos egipcios destacaron por sus conocimientos científicos, aplicados a campos tan diversos como la agricultura y la ganadería (imagen de pintura mural de la XIX dinastía) o las técnicas de embalsamamiento (cabeza de momia real).

Entre las grandes civilizaciones del pasado, los antiguos egipcios destacaron por sus conocimientos científicos, aplicados a campos tan diversos como la agricultura y la ganadería (imagen de pintura mural de la XIX dinastía) o las técnicas de embalsamamiento (cabeza de momia real).

Las culturas india, asiria y mesopotámica también se interesaron en aspectos relacionados con la biología, la medicina, y la zootecnia, tal como se desprende de la información contenida en papiros, ilustraciones de sellos, bajorrelieves y otros documentos. Por su parte, los egipcios, a través de las técnicas de embalsamamiento, adquirieron un profundo conocimiento anatómico. Su interés por las ciencias naturales se refleja también en la recolección, durante sus expediciones, de muestras vivas de animales y plantas con los que creaban jardines zoológicos y botánicos. Sin embargo, la motivación de estas culturas en el logro del conocimiento estaba impregnada por un marcado carácter religioso y místico.

La aportación de Grecia y Roma a la ciencia biológica

La principal aportación que la civilización griega hizo a la ciencia fue el pensamiento racional, así como el principio de causalidad, según el cual cada suceso tiene una causa y cada causa particular produce un efecto particular. Con la aparición del pensamiento racional, las antiguas interpretaciones sobrenaturales del Universo se vieron desplazadas y se sentaron las bases para el estudio de la naturaleza mediante la observación y la deducción.

Tales de Mileto y Anaximandro fueron los primeros en trasladar al mundo helénico los principales aspectos del conocimiento biológico, establecidos por el saber babilónico. A Tales de Mileto (hacia el 624-hacia el 546 a.C.), tradicionalmente considerado como uno de los siete sabios de Grecia, se le atribuye la afirmación «todo es agua», que se ha interpretado en dos sentidos: bien que el agua era el elemento originario de la realidad –el principio de todas las cosas–, o bien que todas las cosas estaban constituidas o formadas por agua.

Anaximandro (hacia el 610-hacia el 545 a.C.) fue el continuador de la reflexión filosófica de Tales, por lo que a ambos se les agrupa, junto a Anaxímenes, en la denominada escuela de Mileto. Al igual que Tales, Anaximandro buscó el elemento primordial a partir del cual se habría generado la realidad, pero rechazó la idea de que dicho elemento, o arjé (término, al parecer, acuñado por Anaximandro), estuviera constituido por el agua ni por ninguna de las sustancias conocidas, sino que, al ser la fuente o principio, debía ser algo necesariamente distinto, una materia indeterminada, indefinida e ilimitada, desconocida por el hombre y a la que llamó ápeiron. Describió la Tierra como una esfera y propuso que la vida había emergido espontáneamente en el barro, siendo las primeras formas vivientes los peces, los cuales habían dado lugar a otros animales por transmutación.

Alcmeón de Crotona (siglo vi a.C.) fue uno de los discípulos de la escuela de Pitágoras en la Italia meridional. Estableció que el cerebro es el centro de la vida sensorial y psíquica, estudió el movimiento de la sangre en los vasos describiendo la diferencia en arterias y venas, descubrió el nervio óptico y la trompa de Eustaquio y realizó importantes estudios sobre el desarrollo del embrión, por lo que se le considera el fundador de la embriología.

Además de una vasta obra de contenido filosófico, Aristóteles (representado en la imagen, junto al busto de Homero, según la visión del pintor holandés Rembrandt) abordó múltiples campos del conocimiento, entre ellos la ciencia biológica. Sus reflexiones quedaron plasmadas en diferentes tipos de clasificaciones del reino animal.

Hipócrates (hacia el 460-hacia el 377 a.C.), considerado el padre de la biología científica y de la medicina, escribió una serie de tratados médicos que configuran el cuerpo hipocrático. Estos textos abordan temas relacionados con la medicina, la embriología, la fisiología y la anatomía humanas. Entre otras cosas, la trascendencia de su aportación consistió en desvincular a la medicina de toda interpretación mágica y religiosa para convertirla en una ciencia experimental. Hipócrates describió el organismo de los seres vivos como una asociación de cuatro humores: flema, bilis amarilla, bilis negra y sangre. La abundancia o escasez relativa de estas sustancias en el organismo redundaría en el temperamento del individuo, que sería flemático, colérico, melancólico o sanguíneo, respectivamente. Según la teoría hipocrática, la enfermedad es un proceso natural que se origina por un desequilibrio entre estos humores, y la dieta y la higiene son las piezas clave para el mantenimiento de la salud. Durante toda la Edad Media y el Renacimiento las ideas de Hipócrates permanecieron en plena vigencia. Así como sus predecesores, Hipócrates elaboró una teoría general sobre la composición de la materia viva, según la cual la fuerza creativa se encontraba en el aire y se veía influenciada por el calor del Sol.

Aristóteles (384-322 a.C.), discípulo de Platón y uno de los mayores exponentes de la historia de la filosofía, abordó numerosas cuestiones relativas a la lógica, la filosofía natural, la ontología, la ética, la política, la gramática, la estética y, también, a la biología. Su pensamiento ejerció una influencia tal que sus ideas se mantuvieron vigentes durante muchos siglos después. Aristóteles fue el primero en concebir la idea de un sistema taxonómico global para clasificar a los seres vivos. A partir de sus innumerables observaciones sobre el reino animal, diseñó varias clasificaciones, la más célebre de las cuales es la que establece la diferencia entre «animales con sangre» y «animales sin sangre», asignación que con posterioridad se demostró prácticamente coincidente con la de animales vertebrados e invertebrados. Además de la presencia o ausencia de sangre, Aristóteles elaboró otras clasificaciones, menos conocidas, basadas en otros criterios discriminantes, como el modo de locomoción (bípedos, cuadrúpedos y ápodos) o la forma de reproducirse (vivíparos, ovíparos, ovovivíparos y generación de larvas y/o generación espontánea).

Gran parte del trabajo de Aristóteles estuvo dedicado al estudio de la reproducción y la herencia. En este aspecto identificó varios tipos de reproducción, apoyándose para ello en algunas teorías de sus predecesores. Particular relieve alcanzó su idea del surgimiento de especies desde una primigenia vida en el barro, es decir, de la aparición natural –generación espontánea– de vida a partir de la materia inerte para los organismos más elementales. Esta tesis perduró durante centurias hasta que fue refutada por Louis Pasteur en el siglo xix.

Aristóteles consideraba que las especies biológicas eran fijas y no podían cambiar, y además sugería que su origen no era casual, sino que seguía un plan predeterminado regido por causas finales. Se cree que Aristóteles escribió al menos dos tratados sobre plantas, los cuales, si existieron, no han llegado hasta nuestros días. Por fortuna, sí se tiene constancia del trabajo de uno de sus discípulos, Teofrasto (hacia el 372-hacia el 287 a.C.), a quien se deben las primeras obras botánicas. Teofrasto clasificó las plantas superiores en monocotiledóneas (un solo cotiledón) y dicotiledóneas (dos cotiledones), y emprendió varios estudios sobre la nutrición de las plantas. Una de sus grandes aportaciones fue la de establecer una terminología científica para los diferentes órganos de los vegetales.

A partir de Aristóteles y Teofrasto, el principal foco de desarrollo de la ciencia griega se trasladó a la ciudad de Alejandría, en cuyo seno se produjeron avances muy significativos para la biología a través de la práctica médica. Los médicos Herófilo de Calcedonia (h. el 335-h. el 280 a.C.) y Erasístrato de Ceos (siglo iii a.C.) realizaron notables aportaciones al conocimiento anatómico mediante la disección de cadáveres humanos.

Más tarde, durante el Imperio romano se desarrollaron estudios aplicados a la ganadería y la agricultura, entre los que cabe citar las descripciones de las plantas de Catón (234-149 a.C.) en su libro De agricultura. Debido a que la práctica de la disección no tuvo aceptación en el mundo romano, las obras de esta época que trataron temas relativos a la biología tuvieron un fuerte carácter filosófico, fácilmente verificable en el libro de Lucrecio (hacia el 96-hacia el 50 a.C.) De natura rerum (De la naturaleza de las cosas), en el cual se sugiere la idea de la sucesión de las especies. La Historia Natural de Plinio el Viejo (23-79 d.C.), la obra de Dioscórides (hacia el 40-hacia el 90 d.C.) De materia medica y las teorías de Galeno (129-hacia el 199 d.C.) sobre el funcionamiento del cuerpo humano fueron otros importantes textos de este periodo que abordaron de un modo u otro aspectos de la ciencia biológica.

La biología en la Edad Media y el Renacimiento

Durante la Edad Media se detuvo casi por completo el avance del conocimiento científico. Los trabajos de índole científica se redujeron a reflexiones sobre las obras de Aristóteles y Galeno, cuyas versiones en árabe se tradujeron activamente entre 1125 y 1280. El médico, filósofo y científico persa Avicena (980-1037) realizó además aportaciones originales en sus obras El libro de la curación y El canon de la medicina. Averroes (1126-1198) también escribió comentarios sobre la obra de Aristóteles y desarrolló una enciclopedia médica.

Dos eruditos árabes sustentaron los conocimientos científicos durante la Edad Media: Avicena (ilustración de una página de su obra El canon de la medicina) y Averroes (estatua conmemorativa).

Dos eruditos árabes sustentaron los conocimientos científicos durante la Edad Media: Avicena (ilustración de una página de su obra El canon de la medicina) y Averroes (estatua conmemorativa).

En general, el interés medieval por el mundo natural se limitó al estudio de las plantas medicinales y de determinados aspectos de la zoología aplicables en cetrería. Por otra parte, a raíz de la fundación de las universidades se produjo en Europa, a lo largo del siglo xiii, una revitalización de los estudios sobre anatomía.

El estudio científico recobró su importancia en la etapa siguiente al medievo, conocida bajo el término de Renacimiento. En esta época de florecimiento de la cultura y revalorización del saber en sí se retomaron los elementos propios de las civilizaciones griega y romana, tan vinculadas al interés científico. Si a ello se añade que el periodo renacentista se distinguió por la visión antropocentrista (el hombre como centro) del Universo, es fácil entender que en ese contexto se produjera un resurgimiento del interés por los estudios anatómicos y fisiológicos del ser humano.

Leonardo da Vinci (1452-1519), uno de los maestros del Renacimiento, realizó innumerables estudios sobre el cuerpo humano y animal, que trascendieron el carácter meramente artístico y se convirtieron en magníficas aportaciones al conocimiento anatómico. Efectuó también numerosas disecciones de cadáveres, tanto de hombres como de animales, que le sirvieron para establecer comparaciones entre las estructuras anatómicas de las distintas especies.

Genio en diversas facetas tanto del arte como de la ciencia, Leonardo da Vinci realizó numerosos estudios del cuerpo humano y de los animales que aportaron notables avances al campo de la anatomía. En la ilustración, uno de sus estudios sobre caballos y jinetes.

Andreas Vesalio (1514-1564), médico y anatomista flamenco, realizó también estudios anatómicos basados en la disección de cadáveres, cuyos resultados recogió en su obra de 1543 De humani corporis fabrica libri septem (Siete libros sobre la estructura del cuerpo humano), que quedó configurada como el primer libro moderno de anatomía.

El español Miguel Servet (1511-1553), médico y teólogo, describió la circulación pulmonar de la sangre en su libro Christianismi restitutio, obra que le valió ser detenido por hereje y condenado a morir en la hoguera. En ese texto, de carácter teológico y no anatómico –ya que para él la esencia del alma humana residía en la sangre– refiere cómo el fluido sanguíneo no atraviesa el septo central del corazón, tal y como se creía en la época, sino que discurre desde el ventrículo derecho del corazón hasta los pulmones, permitiendo la transformación de la sangre venosa en arterial.

Los conocimientos acerca del mundo vegetal también se vieron enriquecidos por los listados botánicos de Otto Brunfels, Hieronymus Bock y Leonhard Fuchs, padres de la botánica alemana, que realizaron tratados botánicos cuyas descripciones e ilustraciones superaban claramente en calidad a las obras anteriores. Por otro lado, el descubrimiento de América permitió completar las colecciones de ejemplares vegetales con numerosas especies desconocidas hasta entonces en Europa, y se inició la creación de jardines botánicos por parte de las universidades.

Los estudios de biología en los siglos xvii y xviii

En el siglo xvii, René Descartes (1596-1650) sentó las bases del pensamiento racional y del método científico. No obstante, su idea de que era necesario un método para dirigir bien la razón y alcanzar el conocimiento ya había sido reivindicada anteriormente por Francis Bacon (1561-1626) y Galileo (1564-1642).

Durante este siglo la biología no sólo se enriqueció con aportaciones del mundo de las ideas, sino que se vio favorecida por las mejoras de la incipiente tecnología óptica, que permitieron por primera vez la observación de la vida microscópica.

Aunque el microscopio había sido inventado en 1590 por el holandés Hans Janssen y su hijo Zacharias, e introducido en la investigación por Galileo, fue Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) quien optimizó de manera espectacular la técnica del tallado de las lentes, consiguiendo una capacidad de aumento y definición muy superiores a las hasta entonces obtenidas. Al parecer, Leeuwenhoek, que en realidad era un comerciante de telas y carecía de formación científica, se inspiró en la obra Micrographia, escrita en 1665 por su coetáneo Robert Hooke (1635-1703). En ella aparece por primera vez el concepto de célula, con el que se denominan unas celdillas de la estructura microscópica del corcho, a las que se les aplica ese nombre –«célula» (del latín cella, celda)– por su semejanza con las celdas de un panal. Sin embargo, Hooke creía que dichas celdas eran espacios vacíos, por lo que sería necesario esperar algo más de un siglo para que se conformara la teoría celular y se le otorgara el significado actual a la palabra.

Microscopio antiguo. Las lentes fabricadas por el holandés Antonie van Leeuwenhoek mejoraron considerablemente el aumento y la definición de las imágenes de microscopía.

Tras leer el trabajo de Hooke, Leeuwenhoek elaboró sus propias lentes, con las que realizó numerosas observaciones de la vida microscópica, cuyas descripciones y dibujos son lo suficientemente claros como para permitir la identificación de los organismos observados (bacterias, hongos, protozoos, espermatozoides, etc.). Sus observaciones, puntualmente enviadas a la Royal Society of London, despertaron gran interés entre los científicos de la época y reavivaron el debate entre los defensores de la idea de la generación espontánea y sus detractores.

Durante la centuria siguiente, el racionalismo de Descartes influyó decisivamente en el desarrollo del conocimiento. En la época de la Ilustración, cuando la razón fue considerada la única herramienta válida para encontrar la verdad de las cosas, creció el interés por la investigación –debido al valor explicativo y práctico de las ciencias–, lo que posibilitó nuevos trabajos y descubrimientos.

La principal aportación al desarrollo de la biología que cabe destacar durante el siglo xviii fue la realizada por el botánico sueco Carlos de Linneo (1707-1778), quien desarrolló la nomenclatura para nombrar, ordenar y clasificar los organismos vivos en su Systema Naturae, obra publicada en 1735. La nomenclatura binomial, aún hoy día vigente para designar científicamente a todos los seres vivos, asigna dos nombres en latín para cada especie y proporciona un sistema jerárquico de clasificación. La tabla 2 ofrece una serie ejemplificativa.

En su Systema Naturae, el sueco Carlos de Linneo estableció la nomenclatura y las pautas de clasificación de los organismos vivos. Para designar la taxonomía de las plantas partió de la descripción rigurosa de sus órganos vasculares.

Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788), desarrolló otro sistema de clasificación, rechazando el de Linneo por considerarlo artificial. En su obra Histoire Naturelle realizó un interesante trabajo de biología de las especies, analizando el posible carácter fijo o variable de éstas y prestando atención a su distribución biogeográfica.

Tabla 2. Ejemplo de las categorías taxonómicas a las que pertenece la especie Mus musculus o ratón común.

A lo largo del siglo xviii se retomó la cuestión aristotélica de la generación espontánea de los «organismos inferiores» desde una primitiva materia orgánica. Francesco Redi (1626-1697) cuestionó la veracidad de la idea en 1674 a partir de sus resultados experimentales. Esto motivó el reinicio del debate una centuria después, a cargo principalmente de John Needham (1713-1781) y Lazzaro Spallanzani (1729-1799). El primero, que se inspiró en el descubrimiento de los protozoos y de la vida microscópica de Leeuwenhoek, llegó a la conclusión –errónea– de que sí existía la generación espontánea, al encontrar la presencia de microorganismos en un caldo de carnero previamente hervido. Con el propósito de refutar la idea, Spallanzani realizó la misma maniobra pero con un mejor control de las condiciones experimentales, y no obtuvo ningún microorganismo. A partir de ahí se suscitó entre ellos un caluroso debate científico que se mantuvo a través de su relación epistolar.

A finales de la centuria hicieron aparición las primeras teorías evolucionistas en Alemania, Inglaterra y Francia. Hasta ese momento habían prevalecido los conceptos fijistas, que consideraban a las especies como entidades fijas, no cambiantes, debido a su origen divino y perfecto. Frente al fijismo, comenzó a emerger un pensamiento contrario que se manifestó a través de diversas versiones. El conde de Buffon, en Francia, aceptó la posibilidad de cambio para ciertas especies que «no tenían origen divino».

En Inglaterra, Erasmus Darwin (1731-1802), abuelo de Charles Darwin, argumentó, con ideas del mecanismo evolutivo semejantes a las de Lamarck, que las especies de plantas y animales podían verse modificadas a lo largo del tiempo al adaptarse a su medio ambiente. Erasmus Darwin también planteó la idea de que la selección sexual y la competencia podrían ser el germen de cambios en las especies.

George Cuvier (1769-1832), fundador de la anatomía comparada y pionero en el estudio de los fósiles, fue uno de los principales oponentes a las teorías evolutivas. Tenaz defensor del concepto de inmutabilidad, Cuvier pretendió explicar la extinción de las especies mediante la teoría del catastrofismo, teoría que afirmaba que los grandes cataclismos sobrevenidos a lo largo de la historia geológica habían provocado masivas extinciones de especies, tras lo cual sucesivos actos creacionistas habían propiciado la aparición de nuevos seres. Cuvier fue un vigoroso adversario de Lamarck, firme defensor del evolucionismo.

Para Jean-Baptiste Lamarck, la evolución de las especies se sustentaba en la mayor o menor utilización de sus órganos, que se transfería por herencia de caracteres. De esta forma explicaba, por ejemplo, la longitud del cuello de las jirafas, debida, según el científico francés, a su constante esfuerzo por alcanzar las hojas más altas de los árboles que les servían de alimento.

La teoría de Lamarck afirmaba que los organismos más complejos habían evolucionado a partir de los más simples –debido al mayor o menor uso de sus órganos–, mediante la herencia de los caracteres adquiridos. Un clásico ejemplo ilustrativo de esta tesis es el de la longitud del cuello de las jirafas: según Lamarck, las jirafas habían conseguido alargar su cuello mediante el continuo esfuerzo por alcanzar las hojas más altas de los árboles que utilizaban como alimento y dicho carácter, su largo cuello, había sido legado a su descendencia. La falta de pruebas que permitieran demostrar que dichos caracteres eran efectivamente adquiridos acabó por favorecer las ideas fijistas frente a las evolucionistas.

Teorías y ensayos sobre biología en el siglo xix

Durante el siglo xix se desarrollaron las principales teorías y conocimientos que habrían de servir de fundamento a las modernas ciencias biológicas. La teoría de la evolución de Charles Darwin (1809-1882) y Alfred Russel Wallace (1823-1913), los trabajos de Mendel sobre genética y la teoría celular destacaron en el panorama científico del momento.

La teoría de la evolución revolucionó no sólo el campo de la ciencia, sino que transformó profundamente la visión del mundo y del ser humano y ejerció una poderosa influencia sobre la sociedad de la época. De manera independiente, Darwin y Wallace llegaron a las mismas conclusiones: las especies no son fijas, sino que evolucionan a través del mecanismo de la selección natural, y descienden de un único antepasado común. Darwin publicó esta tesis en su obra El origen de las especies por medio de la selección natural en 1859.

El concepto de célula como unidad morfológica y funcional básica de los seres vivos apareció también en esta centuria. Las mejoras instrumentales y técnicas conseguidas por los microscopios permitieron un acercamiento más detallado al mundo de los microorganismos. En 1824, Henri Dutrochet (1776-1847) aseveró, por primera vez en la historia de la biología, que todos los animales y plantas estaban constituidos por células de diferentes clases. Sus observaciones corroboraron el esbozo de teoría celular enunciado en dos textos de sendos científicos alemanes: Sobre la fitogénesis, libro escrito en 1838 por Matthias Schleiden (1804-1881), y Observaciones microscópicas sobre la conformidad de la estructura y del crecimiento en los animales y en las plantas, obra redactada en 1839 por Theodor Schwann (1810-1882). Según estos textos, quedaba establecida la teoría celular bajo el siguiente enunciado: «Cada célula es una unidad constitucional y funcional de los seres vivos, capaz de mantener su propia existencia independientemente».

Investigaciones desarrolladas por Robert Brown en relación al núcleo celular en 1833 y por Carl Welheim von Nägeli, en 1840, sobre el proceso de división celular siguieron ampliando la visión de la estructura de la célula y su funcionamiento. En 1858, Rudolf Virchow (1821-1902) publicó su tratado Patología celular, en el que apoyaba los descubrimientos de Schleiden y Schwann y los completaba con su famoso aforismo «omnis cellula e cellula» («toda célula procede de otra célula»). La teoría celular, completada de esta forma con las mencionadas aportaciones, establecía que la célula era la unidad morfológica y funcional del ser vivo, y sus enunciados se resumían así: todo ser vivo está compuesto por una o más unidades vivientes llamadas células; cada célula es capaz de mantener su propia vitalidad por sí misma; cada célula proviene de otra previamente existente.

Microfotografía de las células de la sangre humana. Los estudios de Rudolf Virchow corroboraron que la célula era la unidad morfológica de los seres vivos y que cada una de ellas tenía la capacidad de mantener su propia vitalidad.

En el transcurso de la centuria, Gregor Mendel (1822-1884) realizó sus célebres trabajos sobre la herencia recogidos en las denominadas «leyes de Mendel». El científico austriaco demostró que los caracteres hereditarios se encuentran en unas unidades discretas que se redistribuyen por separado cuando se transmiten a una nueva generación. Estas unidades discretas son hoy conocidas como genes.

Louis Pasteur (1822-1895) y Robert Koch (1843-1910) sentaron las bases de la microbiología al descubrir el origen microbiano de numerosas enfermedades infecciosas. Pasteur inventó el proceso que lleva su nombre, la pasteurización (método de esterilización comúnmente empleado en la producción de alimentos como el vino y la leche), y desarrolló vacunas contra varias enfermedades. Asimismo, consiguió refutar la idea de la generación espontánea de la vida.

Esterilización de la leche de vaca. Además de protagonizar notables avances en los campos de la química y la microbiología –entre ellos la vacuna contra la rabia–, Louis Pasteur inventó la denominada pasteurización, un método de esterilización de alimentos ampliamente usado en la actualidad.

Los descubrimientos biológicos del siglo xx

Una vez establecidas las teorías fundamentales de la biología en el periodo decimonónico, durante el siglo xx se produjo un espectacular desarrollo de esta ciencia. El conocimiento básico de la estructura celular pudo relacionarse con los trabajos de Mendel, y comenzaron a interpretarse los fenómenos hereditarios en relación al comportamiento de los cromosomas. Thomas Hunt Morgan (1866-1945) publicó la teoría cromosómica de la herencia, en la que estableció que los factores hereditarios (genes) estudiados por Mendel se ubicaban físicamente en los cromosomas. A partir de aquí quedaron sentadas las bases de la genética experimental moderna.

Hasta mediados de la centuria aún no se había definido la naturaleza química del material hereditario y se creía que probablemente eran las proteínas las biomoléculas que conformaban los cromosomas. En 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que éstos estaban constituidos por el ácido desoxirribonucleico, al que denominaron, abreviadamente, adn. Tras este hallazgo, muchos científicos se interesaron en descifrar su estructura. Entre ellos se encontraban Francis Crick (1916-2004) y James Watson (nacido en 1928), quienes, partiendo de los estudios realizados por Rosalind Franklin (1920-1958) y Maurice Wilkins (1916-2004), desvelaron la estructura de doble hélice helicoidal del adn en 1953. Crick, Watson y Wilkins recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1962 en atención a sus descubrimientos.

Refutada ya la idea de la generación espontánea por Pasteur en el siglo xix, Alexandr Oparín (1894-1980) y John Haldane (1894-1964) propusieron la teoría del origen físico-químico de la vida, basada en la combinación de las condiciones físicas y químicas presentes en la atmósfera terrestre primitiva y el azar. En 1936 Oparín publicó su tesis en el libro El origen de la vida sobre la Tierra, y poco después Haldane propuso una explicación similar sobre el tema.

El método científico

La ciencia en general, y por tanto las ciencias biológicas, fundamenta su conocimiento en la investigación, la cual, para poderse llevar a efecto, precisa un adecuado método de trabajo. El llamado «método científico», que no pretende ser otra cosa que un modo ordenado de proceder para llegar al conocimiento de la verdad, tiene por objeto averiguar la veracidad de las proposiciones que se plantean en el contexto de una investigación. A su vez, es un conjunto sistemático de criterios de acción y de normas que orientan dicho proceso.

El método científico experimental se basa en la recopilación de datos, su ordenamiento y su posterior análisis. Los pasos de los que se compone se establecen en la tabla 3.

Tabla 3. Pasos precisos para un correcto desarrollo del método científico experimental.

Una vez realizadas las observaciones sobre un fenómeno determinado, que es el objeto de estudio, debe realizarse el planteamiento correcto del problema que se suscita al pretender explicar lo observado. Es entonces cuando se formulan las hipótesis, que son las respuestas anticipadas que se dan para explicar el fenómeno, y que deben ser verificadas mediante la experimentación. Para ello, se diseña un modelo experimental en el que se recrea el fenómeno de modo simplificado; del experimento se obtienen una serie de datos que deben ser recogidos sistemáticamente. A partir del registro de datos se establecen las relaciones entre éstos. Si el experimento confirma las hipótesis previas, éstas se dan como ciertas. Es importante que el experimento sea reproducible para que cualquier persona pueda comprobarlo.

Las ciencias biológicas en la actualidad

En el año 1985 Kary Mullis inventó una técnica que iba a revolucionar el mundo de la biología, la reacción en cadena de la polimerasa (pcr, por sus siglas en inglés: polymerase chain reaction), por la que recibió el Premio Nobel de Química en 1993. Su objetivo no era otro que lo que en jerga biológica se denomina «amplificar» el adn, es decir, producir un gran número de copias de hebras de adn a partir de una única hebra utilizada como molde. Para ello utilizó la actividad enzimática de una proteína presente de forma natural en las células y sometió al adn a diversos ciclos de temperatura.

El invento de Mullis, que se automatizó mediante el uso de un aparato llamado termociclador, tuvo repercusiones inmediatas en el trabajo cotidiano en el laboratorio. En primer lugar, facilitó extraordinariamente la secuenciación (obtención de la secuencia de nucleótidos que componen la hebra de adn), cuyo empleo se veía limitado precisamente por la cantidad de adn disponible. Por otro lado, se desarrollaron técnicas más específicas basadas en el uso de la pcr.

Las aplicaciones prácticas de la técnica de la pcr son muchas y muy variadas: consecución de adn para secuenciación, estudios evolutivos, obtención de huellas dactilares de adn, prueba de paternidad y diagnóstico de enfermedades de origen genético. La secuenciación de adn, a su vez, permite su aplicación en otros ámbitos, como en la biología de la conservación –para identificar especies– o en la biología evolutiva –para conocer la relación de una especie desaparecida con una actual–. Por otra parte, la obtención de huellas dactilares de adn se emplea en medicina forense y en la investigación policial.

La técnica de la PCR, o reacción en cadena de la polimerasa, permitió replicar múltiples veces una sola hebra de ADN. En la imagen, representación de una hebra o cadena del ácido desoxirribonucleico.

La proliferación de estudios que emplean como herramienta la técnica de la pcr en cualquiera de sus variantes es impresionante, y abarca áreas en apariencia tan lejanas a la genética como la ecología. En este sentido debe reseñarse la reciente eclosión de líneas de investigación y de publicaciones científicas especializadas en ecología molecular.

De este modo, el siglo xxi se inició con el apelativo de la «era del genoma» por parte de los medios de comunicación. Desde que el 26 de junio de 2000 se completara el ambicioso proyecto, iniciado diez años atrás, de secuenciar la totalidad del genoma humano, se vislumbran perspectivas hasta entonces impensables, entre ellas la prevención y la curación de enfermedades consideradas mortales.

Muchos de los conocimientos aportados por las modernas investigaciones de la ciencia biológica han encontrado su aplicación práctica en la elaboración de nuevos y más eficaces productos farmacéuticos.

La ingeniería genética y las nuevas biotecnologías cambiarán nuestro modo de entender el mundo, la visión que tenemos de nosotros mismos y nuestra misma forma de vida. Las aplicaciones posibles de la clonación, la ingeniería de tejidos y la transgénesis adquieren repercusión sobre multitud de áreas que traspasan el ámbito de la medicina, como la agricultura, el medio ambiente y la producción farmacéutica.

Sin embargo, la polémica está servida también y son muchas las objeciones que se plantean a la ingeniería genética. El debate ético que rodea a la selección de embriones, las reticencias que produce en la sociedad el consumo de alimentos transgénicos, el problema de la concesión de patentes sobre los genes, el posible uso discriminatorio de los datos genéticos y la hipotética repercusión de la manipulación genética sobre la diversidad biológica son sólo algunas de las cuestiones que suscitan desasosiego entre diversos grupos sociales.