1.6. Niveles de organización de la materia

Los átomos que forman tu cuerpo, fueron producidos en el interior de una estrella que ya no existe, y son más antiguos que el Sistema solar. La organización que tienen para constituirte, es sólo temporal.

Algunos de los átomos que ahora son parte de ti, en el pasado posiblemente fueron parte de la atmósfera, del océano, del suelo, de una planta o de un dinosaurio. Y tal vez formen parte de alguien que nacerá en el futuro, porque los átomos son reciclables.

Recordemos que vida es el estado de actividad de un organismo, constituido por al menos una célula, cuya función está controlada por un programa genético, y sustentada por energía para mantener y reproducir su organización.

El término “organización” es clave para entender el concepto de vida.

Los niveles de organización refieren un patrón de estructura, formado por varios niveles ordenados del más simple al más complejo, para simplificar el análisis de información.

Al analizar los niveles de organización que incluyen a los seres vivos, comúnmente son considerados los siguientes:

  • partículas elementales
  • átomos
  • moléculas
  • organelos
  • células
  • tejidos
  • órganos
  • sistemas
  • organismos
  • poblaciones
  • comunidades
  • ecosistemas
  • biosfera

1.6.1. Partículas subatómicas

Modelo estándar de partículas elementales. (Joniale [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Las partículas elementales, las más pequeñas de la naturaleza, están clasificadas como seis leptones y seis quarks, teniendo cada leptón y cada quark su antipartícula. Hay también otras partículas asociadas con las fuerzas fuerte (gluones), electromagnética (fotones, y débil (bosones).

De todas esas partículas elementales, para este análisis de niveles de organización de la materia son relevantes solamente tres, porque constituyen partículas subatómicas:

  • un leptón –que es el electrón
  • el quark arriba
  • el quark abajo

Nota: Por su escasez en la Vía Láctea, la antimateria no se explora en esta obra, excepto el concepto de aniquilación.

Las partículas subatómicas son las partes pequeñas que forman el átomo, expresamente: el electrón, el protón y el neutrón.

Electrón (e-). Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa, cuya masa es 1/1836 la del protón.

Protón (p+). Es una partícula con carga eléctrica positiva, cuya masa es 1.6726 x 10 elevado a la – 24 g, esto es, 1836 veces la masa del electrón.

Cada protón está formado por tres quarks: 2 quarks arriba (cada uno con una carga eléctrica de – 2/3) y 1 quark abajo (cuya carga eléctrica es – 1/3).

La carga eléctrica del protón es la suma de las cargas fraccionarias de los quarks que lo constituyen:   2 (+ 2/3) + (- 1/3) = + 1

Neutrón (n). Es una partícula sin carga eléctrica neta, cuya masa es 1.6749 x 10 elevado a la – 24 g, ligeramente mayor que la del protón.

Cada neutrón está formado por tres quarks: 1 quark arriba y 2 quarks abajo. La carga eléctrica del neutrón es la suma de las cargas fraccionarias de los quarks que lo constituyen: (+ 2/3) + 2(- 1/3) = 0

La investigación de partículas elementales es el campo de la física de alta energía, específicamente de la mecánica cuántica.

1.6.2. Átomos

Densidad de probabilidad de ubicación de un electrón para los primeros niveles de energía (Modelo atómico de Schrödinger)

Los átomos están constituidos por partículas subatómicas.

Un átomo es la partícula más pequeña que caracteriza a un elemento químico.

El átomo está formado por un núcleo denso de protones y neutrones, rodeado por una “nube” mucho más grande de electrones. Es eléctricamente neutro si tiene el mismo número de protones que de electrones.

El diámetro de un núcleo promedio es de 10 elevado a la -14 m, y el de un átomo es cercano a 10 elevado a la -10 m. En un modelo atómico a escala, si el diámetro del núcleo midiera 1 cm, el diámetro de la nube esférica de electrones debería medir 100 m.

El número de protones de un átomo se denomina número atómico, y es característico del elemento químico al que pertenece. Por ejemplo, el núcleo del átomo de carbono contiene 6 protones; por consiguiente, el número atómico del carbono es 6.

Los átomos de un mismo elemento con diferentes números de neutrones se denominan isótopos. Los átomos de carbono, por ejemplo, contienen 6 protones, y pueden tener 6, 7 u 8 neutrones.

Ya que el número de masa de un átomo es la suma de protones y neutrones en su núcleo, hay átomos de carbono con números de masa 12, 13 y 14, y se simbolizan respectivamente:

  • 12/6 C
  • 13/6 C
  • 14/6 C

Los 92 diferentes átomos naturales más aquellos que han sido producidos experimentalmente –más allá del uranio–, están clasificados por su número atómico en la tabla periódica de los elementos.

Los átomos son tema de estudio de la física y la química.

1.6.3. Moléculas

Las moléculas están constituidas por átomos.

Una molécula es un conjunto de al menos dos átomos, los cuales se mantienen unidos por enlaces covalentes –compartiendo electrones.

Son ejemplos de moléculas sencillas:

  • oxígeno
  • agua
  • dióxido de carbono

Algunas moléculas complejas son:

  • carbohidratos
  • adenosín trifosfato
  • ADN

Además, varias moléculas pueden ensamblarse sin establecer enlaces covalentes entre sí, para formar complejos moleculares. Son ejemplos:

  • hemoglobina
  • ribosoma
  • ARN polimerasa

La biología molecular estudia la vida a nivel molecular.

Imagen del efecto que produce al caer una gota de agua en la superficie del líquido.

1.6.4. Organelos

Los organelos están formados por moléculas y complejos moleculares.

Un organelo es un órgano pequeño o compartimiento que posee su propia membrana y realiza una función específica dentro de una célula.

Son organelos celulares:

  • núcleo
  • retículo endoplásmico
  • complejo de Golgi
  • cloroplasto
  • mitocondria

1.6.5. Células

Las células están constituidas por átomos, moléculas, complejos moleculares y pueden contener organelos o no.

Una célula es la unidad estructural y funcional de toda forma de vida.

Hay dos tipos celulares:

  • célula procariótica
  • célula eucariótica

Todos los organismos vivos están compuestos por al menos una célula.

Organismo unicelular (Paramecium) rompiéndose y liberando sus organelos.

La bacteria Escherichia coli, por ejemplo, es una célula; mientras que el cuerpo humano, formado por aproximadamente 100 billones (10 elevado a la potencia 14) de células, comenzó su desarrollo siendo una sola célula –un óvulo fertilizado.

Todas las células poseen esencialmente una membrana celular y un citoplasma interior con ADN, ARN, proteínas y otras moléculas.

Una célula procariótica no tiene núcleo celular ni otros organelos, y su ADN es una molécula circular anclada a la membrana plasmática. Las células procarióticas son las bacterias y las arqueas.

Una célula eucariótica sí tiene núcleo celular y otros organelos, y su ADN estructura cromosomas lineales. Son ejemplos: levadura, célula vegetal y célula animal.

Los organelos y las células son el campo de estudio de la biología celular.

1.6.6. Tejidos

Los tejidos están constituidos por células.

Un tejido es un conjunto de células semejantes, que realizan coordinadamente una función o un conjunto de funciones específicas.

Imagen de tejido humano visto en un microscopio electrónico de barrido

Las células conjuntadas son semejantes en forma y función, y la definición de tejido incluye además las sustancias intercelulares producidas por ellas.

Son ejemplos de tejidos vegetales:

  • epitelial
  • parénquima
  • vascular
  • meristemático

Son ejemplos de tejidos animales:

  • epitelial
  • conectivo
  • muscular
  • nervioso

Los tejidos son el campo de estudio de la histología.

1.6.7. Órganos

Los órganos están constituidos por tejidos.

Un órgano es un conjunto de tejidos organizados en una unidad estructural y funcional de un organismo.

Son ejemplos de órganos vegetales:

  • hoja
  • pétalo
  • raíz primaria

Son ejemplos de órganos animales:

  • hígado
  • corazón – cerebro

1.6.8. Sistemas

Sistema nervioso y respiratorio

Los sistemas están constituidos por órganos.

Un sistema es un conjunto de órganos que realizan coordinadamente una función específica.

Son ejemplos de sistemas vegetales:

  • raíz
  • tallo
  • flor
  • fruto

Son ejemplos de sistemas animales:

  • gastrointestinal
  • circulatorio
  • respiratorio
  • reproductor
  • nervioso

Órganos y sistemas son el campo de estudio de anatomía y fisiología.

1.6.9. Organismos

Los organismos menos complejos están constituidos por una célula; y los más complejos, por sistemas.

Un organismo es un ser vivo individual.

Son ejemplos de organismos vegetales:

  • palmera
  • rosal
  • manzano

Son ejemplos de organismos animales:

  • salmón
  • cisne
  • tigre

Los organismos son tema de estudio de la microbiología, la botánica y la zoología.

1.6.10. Poblaciones

Las poblaciones están constituidas por organismos.

Una población es un conjunto de organismos de una misma especie, que habitan un área delimitada.

Una especie es un conjunto de organismos que pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil.

En la actualidad existen grupos de científicos interesados en definir a las especies con base en la información genética contenida en los organismos.

El catálogo de especies en una base de datos equivaldría a la versión actualizada del Systema Naturae, de Carolus Linnaeus.

Son ejemplos de especies constituyentes de poblaciones:

  • Escherichia coli (bacteria)
  • Saccharomyces cerevisiae (levadura)
  • Arabidopsis thaliana (planta)
  • Canis familiaris (perro)
  • Homo sapiens (ser humano)

1.6.11. Comunidades

Las comunidades están constituidas por poblaciones.

Una comunidad es un conjunto de poblaciones en un área delimitada.

Una comunidad puede estar constituida por poblaciones diversas como:

  • bacterias
  • hongos
  • pastos
  • pinos
  • peces
  • serpientes
  • tortugas
  • búhos
  • avestruces
  • ardillas
  • antílopes
  • jirafas
  • cebras
  • leones
  • elefantes

1.6.12. Ecosistemas

Un ecosistema está constituido por una comunidad y el ambiente.

Un ecosistema es el conjunto de comunidad y ambiente en un área delimitada.

Son ejemplos de ecosistemas:

  • tundra
  • taiga
  • sabana
  • bosque
  • selva
  • desierto
  • arrecife de coral

1.6.13. Biosfera

La biosfera está constituida por todos los ecosistemas del planeta.

La biosfera es el conjunto de todos los seres vivos y ambientes en la tierra.

Las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas y la biosfera son el campo de estudio de la ecología.


Examen de repaso

1. Complete el siguiente párrafo para construir un enunciado verdadero:

Los átomos que forman el cuerpo humano son más antiguos que el Sistema solar, la ____________ que tienen para constituir esa estructura viva es sólo temporal

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

2. Es un conjunto de al menos dos átomos, los cuales se mantienen unidos por al menos un enlace covalente:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

3. Varias moléculas pueden ensamblarse sin establecer enlaces covalentes entre sí, para formar complejos moleculares. Es un ejemplo de complejo molecular:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

4. Es un órgano pequeño o compartimiento que posee su propia membrana y realiza una función específica dentro de la célula:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

5. Es la unidad estructural y funcional de toda forma de vida:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

6. Es el tipo de célula que no tiene núcleo ni otros organelos, y su ADN es una molécula circular anclada a la membrana plasmática:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

7. Es el tipo de célula que sí tiene núcleo y otros organelos, y su ADN estructura cromosomas lineales.

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

8. Es un conjunto de células semejantes, que realizan coordinadamente una función o un conjunto de funciones específicas.

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

9. Es un conjunto de tejidos organizados en una unidad estructural y funcional de un organismo, por ejemplo: hoja, raíz primaria, corazón, hígado, etcétera.

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

10. Es un conjunto de órganos que realizan coordinadamente una función específica, por ejemplo: tallo, flor, circulatorio, nervioso, etcétera.

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

11. Es un ser vivo individual:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

12. Es un conjunto de organismos que pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

13. Es un conjunto de organismos de una misma especie que habitan en un área determinada:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

14. Es el conjunto de poblaciones en un área determinada:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

15. Es el conjunto de comunidad y ambiente en un área determinada:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...

16. Es el conjunto de todos los seres vivos y ambientes en la Tierra:

Ver resultados

Cargando ... Cargando ...