Los organismos como sistemas abiertos y complejos

 Teoría: Los organismos como sistemas abiertos y complejos

Introducción:

Los seres vivos pueden ser estudiados desde diversos enfoques teóricos. Si se trata de responder a una pregunta relacionada con el surgimiento de nuevas especies, se privilegia un enfoque evolutivo. En cambio, un enfoque sistémico (que considera a un ser vivo como sistema) es más apropiado para estudiar los intercambios y las transformaciones de materia y energía en los organismos. Cualquiera sea la perspectiva que se utilice, una idea central en biología es que los seres vivos se caracterizan por su unidad: un conjunto de funciones comunes que los hace singulares. A la vez, existe una diversidad de estructuras y comportamientos relacionados con estas funciones.

El enfoque sistémico para estudiar a los seres vivos toma la teoría de sistemas como referencia. Los sistemas se caracterizan por su estructura y su función. Los organismos son sistemas abiertos, ya que intercambian materia y energía a través de la función de nutrición. Los distintos tipos de seres vivos presentan diferentes estructuras y comportamientos relacionados con esta función.

Los sistemas:

La palabra "sistema" es un término frecuentemente utilizado. En todos los casos, al hablar de sistema se hace referencia a un conjunto de elementos relacionados entre sí, organizados de una manera particular que determina un modo de funcionamiento, también, particular. Si se modifica la disposición de los elementos de manera que el conjunto no funcione, este deja de ser considerado un sistema.

Las características de los seres vivos:

Ademas del enfoque sistemico, actualmente, la biología considera una serie de características que, tomadas en conjunto, dan cuenta de las peculiaridades del fenómeno de la vida. Algunas pueden ser analizadas desde un enfoque sistemico y otras no. Todas estas características se describen a continuación.

Los seres vivos poseen una estructura.

Todos los seres vivos están formados por células. En los organismos unicelulares, una sola célula constituye un único organismo, mientras que los pluricelulares están constituidos por muchas células. Todas las células están formadas por el mismo tejido de moléculas, formadas a su vez por los mismos elementos, que son fundamentalmente carbono, hidrógeno y oxígeno.

sin embargo, al estudiar los seres vivos es posible identificar diferentes niveles de complejidad en su estructura, son los denominados niveles de organización.

Como se ve en el esquema, la estructura del organismo humano, al igual que la de todos los vertebrados, pertenecen al nivel de organización más complejo, el denominado nivel de organismo. El organismo humano, a su vez, está integrado por otras estructuras que, a modo de subsistemas, interactuan entre si y forman un todo organizado. Cada subsistema corresponde a un nivel de organización; en orden de complejidad decreciente, son: el nivel de sistemas de órganos, el nivel de órganos, el tisular (tejidos) y el celular. Las propiedades de un determinado subsistema, por ejemplo, el tejido muscular, no se explican sólo por las características de sus componentes. Del conjunto característico de sus células, de su posición relativa en el espacio y de las relaciones que establecen, resultan las propiedades del nivel superior.

En la diversidad de seres vivos, se puede encontrar grupos de organismos de menor nivel de complejidad. Las planarias (gusanos planos) corresponden al nivel de órganos y las medusas, al nivel tisular. Los seres vivos unicelulares alcanzan solo el nivel celular, pero las células eucariotas son mas complejas que las procariotas (bacterias), ya que las primeras tienen organelas que realizan funciones especificas. Dichas organelas corresponden a un nivel de organización inferior al de las células eucariotas, pero algunas de ellas como las mitocondrias son tan complejas como una bacteria.

Los seres vivos crecen y se desarrollan.

Todos los organismos crecen debido a la incorporación de materia y energía. De este modo, fabrican las estructuras que los forman. La mayoría de los organismos pluricelulares se originan en una única célula que, al multiplicarse, genera otras nuevas. De esta manera se produce el crecimiento. Durante la multiplicación que dará lugar al organismo adulto, las células se van diferenciando y formando tejidos y órganos diferentes. En esto consiste el desarrollo que acompaña al crecimiento del organismo.

Los seres vivos tienen la capacidad de reproducirse.

Otra función común de todos los organismos es la capacidad de reproducirse. Mediante la reproducción, los seres vivos originan otros nuevos con características similares a las de sus antecesores. En este proceso, los progenitores transmiten a sus descendientes una copia de su material genético. Dicho material contiene la información característica de la especie a la que pertenecen, y que determinará, en gran medida, las características de la organización y el funcionamiento del nuevo organismo. Si bien la reproducción es una función de los seres vivos, no se considera vital para el individuo en si mismo, debido a que este puede sobrevivir sin reproducirse. Sin embargo, es esencial para la especie, ya que asegura su continuidad y evolución. 

Los seres vivos comparten una historia evolutiva.

Al igual que sucede con la reproducción, la capacidad de evolucionar no es propia de los individuos, sino de las especies. A lo largo de la historia evolutiva, las especies, en su continua interacción con un ambiente cambiante, se han ido modificando y adaptando a las nuevas condiciones a través del mecanismo denominado selección natural. En este proceso, muchas especies dieron origen a unas nuevas y otras se extinguieron. La teoría de la evolución, al postular la existencia de un origen común, permite explicar tanto la unidad de los seres vivos como su diversidad; y lo hace mediante la formulación del mecanismo de selección natural.

Los seres vivos intercambian materia y energía con el entorno.

La subsistencia de los seres vivos depende del intercambio de materia y energía con el entorno. Este intercambio consiste en el ingreso de materia y energía al organismo, su transformación aprovechamiento, y la eliminación de los productos resultantes al exterior.

Estas transformaciones ocurren en cada una de las células de los organismos pluricelulares y consisten en reacciones químicas de diverso tipo. Se denomina metabolismo al conjunto de reacciones que sostienen la organización estructural y funcional de las células y de los organismos que estas conforman.

Existen dos tipos básicos de transformaciones metabólicas. Aquellas en las que se sintetizan sustancias complejas a partir de otras más sencillas se denominan reacciones anabólicas. Este proceso, llamado anabolismo, requiere del aporte de energía. Por su parte, el catabolismo se caracteriza por la degradación de sustancias complejas en otras más simples. Las reacciones catabólicas liberan energía. Anabolismo y catabolismo son procesos que ocurren permanente y simultáneamente en todo ser vivo.

Los seres vivos perciben los cambios y reaccionan ante ellos.

Todos los seres vivos son sensibles a los cambios que se producen en el medio tanto interno como externo. Se denomina estímulo a los cambios que se producen en el ambiente y que son percibidos por los organismos. La capacidad de percibir estímulos, procesarlos y reaccionar en consecuencia de denomina irritabilidad.

Ante un estímulo que indique peligro, los peces globos aumentan su volumen e intimidan a sus predadores.

Los seres vivos mantienen su medio interno estable.

La subsistencia de los seres vivos depende de que su cambio interno se mantenga relativamente estable. Por ejemplo, los valores de la presión sanguínea, la temperatura corporal o la concentración de ciertos solutos se mantienen siempre dentro de rangos que son considerados normales. Cuando algunos de estos valores se encuentra por fuera de los limites del rango normal, se produce un desequilibrio que puede afectar al organismo en su conjunto. Sabiendo que los seres vivos intercambian materia y energía con el ambiente externo y que, ademas, este es cambiante, cabe preguntarse como es posible que se mantenga la estabilidad de su medio interno.

La propiedad de irritabilidad, ya mencionada, es posible por la existencia de sistemas de regulación que permiten compensar los cambios percibidos. Al conjunto de fenómenos que mantienen constante el medio interno se lo denomina homeostasis.

La nutrición en los sistemas vivos.

A lo largo de su historia evolutiva, los organismos pluricelulares han desarrollado una diversidad de estructuras y funciones que posibilitan la incorporación de materia del medio, su distribución a todas las células, la recolección de desechos producidos en las reacciones metabólicas y su alimentación al exterior. A este conjunto de procesos se lo denomina nutrición.

La materia incorporada consiste en distintos tipos de sustancias que pueden estar en estado gaseoso, como el oxígeno o dióxido de carbono; en estado líquido, como el agua; o en estado sólido, como las proteínas. De todas ellas, las que resultan fundamentales para el metabolismo celular son las denominadas biomoleculas, como los lipidos, las proteínas o los hidratos de carbono, que forman parte de la materia orgánica. En la nutrición, participan también otros nutrientes, como las vitaminas y los minerales.

En el mundo viviente, existen dos formas básicas de obtener biomoleculas: la nutrición autótrofa y la nutrición heterótrofa.

Los organismos autótrofos, como las plantas, las algas y algunas bacterias, incorporan del medio sustancias sencillas con las que sintetizan la materia orgánica necesaria para el metabolismo. El proceso mas común entre los seres vivos autótrofos es la fotosíntesis, durante la cual, con el aporte de energía solar, se sintetiza glucosa a partir de dióxido de carbono, agua y minerales. Como consecuencia de este proceso, se libera oxigeno. La glucosa así obtenida puede ser transformada luego en otras biomoleculas.

Los organismos heterótrofos incorporan materia orgánica mediante la ingestión de otros seres vivos, que constituyen su alimento. Las biomoleculas que forman el alimento son la materia prima a partir de la cual los heterótrofos sintetizan sus propias biomoleculas. Entre los organismos heterótrofos, se encuentran los animales, los hongos y los protozoos.

La mayoría de los organismos, tanto autótrofos como heterótrofos, obtienen energía por medio de la respiración celular, que consiste en la combinación química de la glucosa con el oxígeno. En esta reacción, la glucosa se degrada y da lugar a sustancias sencillas, como dióxido de carbono y agua.

La nutrición en los animales: Unidad y diversidad.

Los animales son organismos heterótrofos y pluricelulares. Incorporan alimentos del ambiente y los nutrientes contenidos en ellos deben ser distribuidos en todas las células.

El alimento ingerido es degradado hasta obtener por separado las biomoleculas que lo componen. Esto posibilita su ingreso a cada una de las células. En el interior celular, se producen diversos procesos metabólicos; entre ellos, la respiración celular en la que interviene el oxígeno. Tanto las biomoleculas como el oxígeno son transportados a todas las células del organismo. Además, los productos del metabolismo celular son transportados desde cada célula hacia el exterior.

Estos procesos forman parte de la nutrición y son funciones comunes a todos los animales.

En las diferentes especies de animales, las funciones involucradas en la nutrición son llevadas a cabo por una diversidad de estructuras que pueden presentar distinto grado de complejidad.

Los sistemas de nutrición: En el organismo humano.

El organismo humano puede considerarse como un sistema abierto y complejo. Materia y energía ingresan a él a través de los alimentos y son transformadas en el sistema digestivo. El oxígeno necesario para liberar la energía de los alimentos es incorporado a través del sistema respiratorio. Estos dos sistemas, junto con el circulatorio y el excretor, participan de la nutrición. Su regulación depende de sistemas de control, como el nervioso y el endocrino. En los animales, la estructura que lleva a cabo estas funciones pueden ser similares a las humanas o muy diferentes.

Los sistemas de nutrición de la especie humana presentan características similares al resto de los mamíferos:

• El sistema digestivo es completo. Durante el proceso digestivo, se producen transformaciones mecánicas y químicas que hacen posible el pasaje de las sustancias nutritivas a la sangre y sus transporte a las células.
• El sistema circulatorio es doble y cerrado; la sangre está compuesta por el plasma y distintos tipos de células: los glóbulos rojos, los glóbulos blancos y las plaquetas. La circulación sanguínea es impulsada por un corazón de cuatro cámaras. La porción izquierda y derecha están separadas por un tabique. Los intercambios de gases, nutrientes, desechos, hormonas, enzimas, etcétera, entre la sangre y los tejidos, se realizan a través de las paredes de los capilares. La circulación linfática recoleta el líquido de los espacios intercelulares y lo retorna a la circulación sanguínea, y también, recoge los lipidos asimilados en el intestino y los vierte en la sangre.
• El sistema respiratorio es pulmonar; el entra en los pulmones y sale de ellos a través de conductos. En los alvéolos pulmonares, se realiza la hematosis: el oxígeno del aire inspirado difunde hacia la sangre y el dióxido de carbono desechado por las células pasa desde la sangre hacia el interior de los pulmones.
• El sistema urinario y las glándulas sudoríparas regulan el contenido de agua y de otras sustancias presentes en el cuerpo. En los riñones, se forma la orina. El principal desecho celular que se elimina mediante la excreción es la urea.

La alimentación humana se relaciona con aspectos biológicos de la especie y, también, refleja la diversidad social y cultural. La alimentación es uno de los factores que determina el estado sanitario de las personas. Se considera que una dieta es saludable cuando contiene la variedad necesaria de nutrientes y es suficiente en cuanto a las calorías que aporta. Los requerimientos nutricionales varían de acuerdo con la actividad, el sexo, la edad, el metabolismo y la contextura física de cada persona. La producción mundial de alimentos permitiría abastecer a toda la población, pero debido a una distribución desigual, millones de personas no tienen acceso a una alimentación sana ni al agua potable.