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La Ciencia de la Biología

Hace cerca de 180 años un joven naturalista Inglés llamado Charles Darwin alzó velas y se dirigió a un viaje alrededor del mundo en el Barco H.M.S. Beagle. Lo que Darwin aprendó en su viaje de cinco años condujo directamente al desarrollo de su

Teoría de evolución por selección natural, una teoría que se ha vuelto el pilar de la ciencia de la biología.

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Charles Darwin

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Charles Darwin

• Sirvió como naturalista en una expedición de mapeo geográfico alrededor de la costa de Sur América.

– Argumento la operación de leyes naturales producian cambio a lo largo del tiempo, evolución.

Explicado por la seleción

naturalLas especies cambian

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Evidencia Evolutiva Post-Darwin

• Anatomía Comparada– Estructuras Homologas

Tienen el mismo origen evolutivo, pero diferente estructura y función

– Estructuras Analogas Tienen estructura similar y función, pero

diferente origen evolutivo.

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Homología Entre Miembros Vertebrados

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La Ciencia

• Es el proceso de observar, explicar, y entender las cosas en nuestro mundo; significa “tener conocimiento”. La ciencia se divide en cuatro áreas generales: química, física, ciencia de la vida, y ciencias de la tierra.

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Como se hace la ciencia

• Toda la ciencia comienza con una observación.

– Una hipótesis es una explicación sugerida que explica una observación.

Un experimento es usado para comprobar una hipótesis, y/o eliminar una o más multiples hipótesis.

En un experimento controlado, todas las variables, menos una, se mantienen constantes.

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Como se hace la ciencia

• Predicciones deben desarrollarse antes de que el experimento sea conducido para poder examinar la validez de la hipótesis.

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• Einstein comparaba la ciencia con una novela policial. Se trata de un misterio no resuelto, del cual no podemos estar seguros que tenga solución. El libro viene a ser la naturaleza, todo lo que existe. A medida que lo leemos vamos conociendo más acerca de sus personajes, nos emocionamos, descubrimos pistas, etc. Pero a pesar de que leamos mucho estamos lejos de la solución y no sabemos con seguridad si ésta existe

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• Pudimos explicar ciertos datos de manera coherente pero luego aparecen otros que nos hacen cambiar de parecer. En las novelas policiales llega un momento en le que se disponen de todos los datos, en la novela policial de la naturaleza nunca se disponen de todos los datos. Tampoco se puede ir a la última página del libro a ver la solución.

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• El hombre de ciencia tiene que buscar los datos ordenarlos coherentemente. Pero el científico no cuenta con un crimen ya cometido, tiene que cometerlo él, para luego investigarlo.

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Temas Unificadores de la Ciencia

• Teoría Celular– Todos los organismos vivos están hechos

de células, y todas las células vivientes vienen de otras células vivas.

• Bases Moleculares de la Herencia– El AND codifica genes los cuales hacen y

controlan a los organismos vivos.

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Temas Unificadores de la Ciencia

• Cambio Evolutivo– Las formas vivas han evolucionado

características varianbles para adaptarse a ambientes variantes.

• Conservación Evolutiva– Algunas características de organismos

ancestrales son preservadas y han pasado a generaciones futuras.

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Como se hace la ciencia

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El método científico

• El método científico es una serie de procesos de solución de problemas usado por los científicos; puede incluir los siguientes pasos básicos: determinar el problema, hacer una hipótesis, comprobar una hipótesis, analizando los resultados, y emitir conclusiones.

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Método Científico

• Lo primero es identificar el problema• Luego debe redactarse una hipótesis:

La hipótesis es una predicción a cerca de un problema que puede ser comprobada. Usted puede hipotetiar que una pared construida en la base de una pendiente servirá como barrera al suelo. Ahora usted está listo para comprobar su hipótesis.

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El Método Científico

Observación

Colectar y organizar datos

Hacer Preguntas

Hipótesis

Experimento: Uso de variables

Colectar datos

Compartir resultados

Los resultados Los resultados

apoyan la hipótesis no apoyan la hipótesis

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El Método Científico

• Variables y Control. Un experimento debe ser comprobado con solo una variable a la vez.

• Variable. Es un factor cambiante en un experimento. Construyendo una pared es la variable que usted examinaría. Otras variables que usted podría decidir examinarlas una a la vez son el plantar mas vegetación en la pendiente, reemplazar el suelo con otro tipo, o cambiar el ángulo de la pendiente.

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El Método Científico

• Un Control: es un estándar para comparación. La pendiente antes que la pared sea construida era el control en su experimento. Comparando al control con otras pruebas, usted podría decir si la pared detuvo el problema.

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Como se hace la Ciencia

• Luego de hacer observaciones cuidadosas concernientes a un área particular de la ciencia, los científicos construyen una hipótesis, la cual es la explicación sugerida que explica esas observaciones. Una hipótesis es una propuesta que puede ser verdadera. Aquellas hipótesis que no han sido todavía desaprobadas son retenidas. Ellas son útiles porque ellas se ajustan a los hechos conocidos, pero ellas están sujetas a futuras rejection si, en la luz de la nueva información, se encuentra que están incorrectas.

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Como se hace la ciencia

• Estableciendo los controles. • A menudo estamos interesados en aprender

acerca de los procesos que están influenciados por muchos factores, o variables. Para poder evaluar las hipótesis alternativas acerca de una variable, todas las otras variables deben de mantenerse constantes. Esto se hace haciendo dos experimentos en paralelo: En el primer experimento, una variable es alterada de

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Como se hace la ciencia

• una manera específica para probar una hipótesis en particular; en el segundo experimento, llamado el experimento control, la variable se deja sin alterar. En todos los otros aspectos los dos experimentos son idénticos, así que cualquier diferencia en los resultados de los dos experimentos deben resultar de la influencia de la variable que fue cambiada. Mucho del reto de la ciencia experimental

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Como se hace la ciencia

• recae en diseñar experimentos control que aísle a una variable en particular de otros factores que puedan influenciar un proceso.

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Razonamiento

• Razonamiento deductivo– Aplica los principios generales para

predecir resultados específicos. La lógica fluye de lo general a lo específico. Es el razonamiento de matemáticas y filosofía. Un biólogo utiliza el razonamiento deductivo para inferir la especie de un especimen desde sus características.

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Razonamiento inductivoUtiliza observaciones específicas para construir principios generales. La lógica va de lo específico a lo general. Si los gatos poseen pelo, y los perros poseen pelo, y todo aquel mamífero que usted observa tiene pelo, entonces usted puede inferir que talvez todos los mamíferos poseen pelo. El razonamiento inductivo lleva a generalizaciones que pueden ser probadas. Empezó a tener importancia para la ciencia en los años 1600 en Europa.

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Teorias

• Una teoria es:– Una explicación soportada por resultados

obtenidos de ensayos repetidos o experimentos.

• Una Ley Científica es una rela de la naturaleza que describe el comportamiento de algo en la naturaleza. Las leyes predicen o describen que sucedera en una situación determinada pero no explica el porque. Ejemplo: La primera ley de Newton del movimiento.

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La Primera Ley del movimiento de Newton

• Un objeto continúa en movimiento, o en reposo, hasta que es afectado por una fuerza externa.

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Biología

• Ciencia que estudia los seres vivos• Bios = vida• Logos = estudio

Generales

Ciencias Biológicas

Específicas

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• Conocimiento de los seres vivos

Microbiología Botánica

Zoología

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Ciencias Auxiliares de la Biología

• Ramas de la Biología.• Zoología = estudia los animales• Botánica = estudia las plantas• Genética = estudia la herencia• Ecología = estudia los organismos y su relación con el medio• Anatomía = estudia la estructura de los seres• Fisiología = estudia las funciones de los organismos• Citología = estudia las células• Embriología = estudia los embriones• Patología = estudia las enfermedades• Entomología = estudia los insectos• Biología marina = estudia los mares• Etología = estudia el comportamiento• Edavología = estudia los suelos• Limnología = estudia las aguas continentales• Microbiología = estudia los organismos• Paleontología = estudia los fósiles• Taxonomía = estudia la clasificaciónes

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Propiedades de la Vida• Características de los Seres Vivos

– Organización celular = todos los seres vivos están formados por una o más células. Las célular realizan las actividades básicas de vida

– orden– Sensibilidad = irritabilidad = es la capacidad de

responder a los estímulos (dolor, luz) – crecimiento, desarrollo, y reproducción: originar

seres semejantes; cambio de tamaño. Todos poseen moleculas hereditarias que son transmitidas a progiene asegurando la especie

– Utilización de energía– Adaptación evolutiva = ajustarse al medio – Homeostasis = Metabolismo = son las funciones

de los seres vivos. Mantienen condiciones cons.

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Organización gerárgica

• Nivel Celular– Molécula

organeloscélulas

• Nivel organísmico– tejidos

órganosSistemas de órganos

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Organización gerargica

• Al nivel Poblacional– población

especieComunidad biologica

ecosistema

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Temas Unificadores de la Ciencia• Organización de la Vida. La Teoría Celular

– Las células fueron descubiertas en 1665 En Inglaterra por Robert Hook con un microscopio que magnificaba 30x. Unos pocos años después el científico holandes Anthon van Leeuwenhoek utilizó un microscopio que magnificada 300x y descubrió todo un mundo de vida microscópica en una gota de agua de charco.

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• Sin embargo tomó casi 200 años para los biólogos se percataran y completamente comprendieran el significado de las células. En 1839, los biologos alemanes Matthias Scheliden y Theodor Schwann resumieran una gran cantidad de observaciones de ellos y otros, concuyendo que: Todos los organismos vivos están hechos de células (la teoría celular), y todas las células provienen de otras células vivas.

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• Continuidad de la Vida: La base Molecular de la herencia

– El ADN codifica genes los cuales hacen y controlan a los organismos vivos.

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TAT A

C

G

T A

T A

TA

T A

C

G

G C

C G

G C

Molécula de ADN

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

40Macromolécula de ADN

Fig. 1.2a3(TE Art)Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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ORGANISMAL LEVEL

Tejido

Organo

Sistemas de Organos

Organismo

Nivel Organismico

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Temas Unificadores de la Ciencia

• El cambio evolutivo– Las formas de vida han evolucionado

variando las características para adaptarse a los diferentes medios.

• La conservación evolutiva– Algunas características de organismos

tempranos se han preservado y pasado a generaciones futuras.

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BacteriaArchae-bacteria AnimaliaFungiProtista Plantae

BACTERIA ARCHAEA EUKARYA

Fig. 1.18(TE Art)Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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Charles Darwin

• Served as naturalist on mapping expedition around coastal South America.

– Argued operation of natural laws produced change over time, evolution.

explained by natural selectionspecies are not immutable

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Darwin’s Evidence

• Fossils of extinct organisms (armadillos) were similar to modern species.

• Characteristics of similar species varied from place to place.

– gradual change of organismal lineages organisms on young volcanic islands

resembled those on mainland coast

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Darwin and Malthus

• Thomas Malthus (Essay on the Principle of Population) pointed out populations of organisms tend to increase geometrically.

– Unchecked populations should lead to population explosions, but most remain fairly constant between years.

Only a limited number of individuals survive.

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Geometric and Arithmetic Progression

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Darwin and Malthus

• Darwin suggested individuals with superior physical or behavioral attributes are more likely to survive and reproduce than those without such attributes.

– Selection artificial - domesticated breeds natural - organisms in the wild

• Alfred Russel Wallace independently and almost simultaneously developed same idea.

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Post-Darwin Evolution Evidence

• Fossil record– Earth is older than previously believed

• Mechanisms of heredity– modern genetics

molecular evidencemolecular clocksphylogenetic trees

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Post-Darwin Evolution Evidence

• Comparative anatomy– Homologous structures

Have same evolutionary origin, but different structure and function.

– Analogous structures Have similar structure and function, but

different evolutionary origin.

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Homology Among Vertebrate Limbs

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Unifying Themes of Science

• Cell theory– All living organisms are made of cells, and

all living cells come from other living cells.• Molecular basis of inheritance

– DNA encodes genes which make-up and control living organisms.

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Unifying Themes of Science

• Evolutionary change– Life-forms have evolved varying

characteristics to adapt to varied environments.

• Evolutionary conservation– Some characteristics of earlier organisms

are preserved and passed on to future generations.

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Summary

• Properties of Life• Hierarchical Organization• Reasoning• Scientific Theory• Darwin

– Natural Selection– Post Darwin Evidence

• Unifying Themes of Science

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