2.0: Introducción
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En el que consideramos de qué se trata la biología, es decir, los organismos y su diversidad. Descubrimos que los organismos están construidos de una o más, a veces muchas células que actúan de manera coordinada (social). Consideramos los orígenes de los organismos, sus propiedades básicas y sus relaciones entre sí.
La biología es la ciencia de los organismos, cómo los organismos funcionan, se comportan, interactúan, se adaptan y, como poblaciones, tienen y pueden evolucionar. Como veremos, los organismos son sistemas fisicoquímicos discretos, altamente organizados, acotados pero abiertos, no en equilibrio. Ahora que son muchas palabras, entonces la pregunta es ¿qué significan? ¿En qué se diferencia una roca de un hongo que parece una roca? ¿Qué es exactamente, por ejemplo, un sistema acotado y sin equilibrio? Las respuestas no son simples; asumen un conocimiento práctico de la termodinámica, un tema complejo que abordamos en el Capítulo 5. Por el momento, cuando hablamos de un sistema de no equilibrio, nos referimos a un sistema que puede hacer diversas formas de trabajo. Por supuesto eso significa que tenemos que definir a qué nos referimos con trabajo. Por simplicidad, comenzaremos definiendo el trabajo como algún resultado que toma el aporte de energía para lograr. En el contexto de los sistemas biológicos, el trabajo va desde generar y mantener gradientes moleculares y conducir otras reacciones desfavorables, es decir, que requieren energía, como la síntesis de una amplia gama de biomoléculas, incluyendo ácidos nucleicos, proteínas, lípidos e hidratos de carbono, requeridos para el crecimiento, reproducción, generación de movimiento, etc.
Nos centraremos en lo que se conoce como energía libre, que es la energía disponible para hacer que las cosas sucedan. Cuando un sistema está en equilibrio, su energía libre es 0, lo que significa que no hay cambios macroscópicos (visibles) o netos. El sistema es esencialmente estático, aunque a nivel molecular todavía hay movimientos debido a la presencia de calor. Los organismos mantienen su estado de no equilibrio (su energía libre es mucho mayor que cero) al importar energía en diversas formas del mundo externo. Los organismos son diferentes de otros sistemas de no equilibrio en que contienen un componente genético (heredable). Si bien otros tipos de sistemas de no equilibrio ocurren en la naturaleza —los huracanes y tornados son sistemas de no equilibrio—, difieren de los organismos en que son transitorios. Surgen de novo y cuando se disipan no dejan descendencia, ni bebés huracanes. En contraste, cada organismo vivo hoy en día surgió de uno o más organismos preexistentes (su (s) progenitor (s)) y cada organismo, con algunas excepciones especiales, tiene la capacidad de producir descendencia. Como vemos, la evidencia disponible indica que todos y cada uno de los organismos, pasados, presentes y futuros, tienen (o tendrán) una historia ininterrumpida que se remonta a miles de millones de años. Esta es una conclusión notable, dada la evidente fragilidad de la vida, y hace que los organismos sean únicos entre los sistemas fisicoquímicos.
La biología tiene sólo unas pocas teorías sobre arqueamiento. Una de ellas, la Teoría Celular de la Vida, explica la continuidad histórica de los organismos, mientras que la Teoría de la Evolución por Selección Natural (y otros procesos), explica tanto la diversidad de organismos como cómo las poblaciones de organismos pueden cambiar con el tiempo. Por último, la Teoría Fisicoquímica de la Vida explica cómo es que los organismos pueden mostrar sus notables propiedades sin violar las leyes que rigen todos los sistemas físicos y químicos.