Conocer la Naturaleza I: Introducción a las Ciencias Naturales y Niveles de Organización de la Materia

Fundamento Filosófico de las Ciencias Naturales

A la hora de encarar un estudio de carácter científico, no cabe ningún lugar a dudas que necesariamente debemos remontarnos a la Filosofía, en este caso particular a la Filosofía Natural, que era la rama del conocimiento filosófico que se encargaba de estudiar los fenómenos y hechos que hacían parte de todo lo que hoy en día está insertado en el campo de las Ciencias Físicas, Ciencias Químicas, Ciencias Astronómicas, y Ciencias Biológicas.

A nivel histórico, todo el espacio que nos rodea ha despertado un halo de fascinación en los primeros seres humanos; la Tierra, el Sol, las estrellas, las aguas, e incluso el conjunto de la naturaleza, han sido divinizados, y luego personificados en los mitos que daban sentido a la vida. No en vano, cuando en la Antigua Grecia el mitos comienza a separarse del logos; el primer problema filosófico establecido por Tales de Mileto era el Arkhe de la Physis, o traducido a nuestro idioma, el fundamento o principio primordial de la naturaleza. Posteriormente Aristóteles se ha preocupado de diversos problemas que hoy son atendidos por las Ciencias Naturales en su obra ‘’Física’’ (1). Durante la Edad Media Europea pero Edad Dorada de la Civilización Islámica, ha destacado la figura de Al-Jahiz, célebre autor musulmán destacado por dos obras, ‘’El Libro de los Animales’’, y ‘’El Libro de las Naciones’’; ambas obras destacan por presentar rudimentos propios de la Biología Moderna y la Antropología Física y Cultural. Al-Jahiz en aspectos biológicos sostiene dos premisas propias de la Biología Moderna, estas son la lucha por la existencia y la influencia del entorno ambiental y la almientación; dos aspectos tratados por la Teoría de la Evolución de Darwin, y por la Teoría Sintética de la Evolución en tiempos contemporáneos. En tiempos previos al Renacimiento, dos musulmanes y un cristiano como era el caso de Averroes, Avicena, y Santo Tomás de Aquino; en estos tiempos la naturaleza es vista como un organismo universal de carácter sinérgico (2). Ya en tiempos más cercanos a la modernidad, y como producto de la Revolución Científica, las ramas de la Filosofía Natural comienzan a volverse divergentes. La Alquimia de la Edad Media se comienza a convertir en Química a partir de Robert Boyle, nace la Física con Isaac Newton, y la Biología comienza a independizarse con Carl von Linné (3).

Si tenemos en cuenta que las Ciencias Naturales, son un saber científico, entonces resulta necesario realizar un breve repaso a la Epistemología como disciplina filosófica encargada de estudiar la Ciencia, sus fundamentos, y su metodología. Puede definirse a la Ciencia como aquella rama del saber humano constituida por el conjunto de conocimientos metodológicos, objetivos, verificables, y refutables, obtenidos mediante la observación y la experimentación; a su vez, estos son en sus principios y causas, como en su formulación y verificación de hipótesis.

Dentro de la clasificación de las ciencias nos encontramos con dos grandes familias de ciencias, estas son las Ciencias Formales y las Ciencias Fácticas. Las Ciencias Formales tratan entes ideales, se adecúan a reglas, y su consistencia es racional; tal es el caso de las Matemáticas y la Lógica. En cambio, las Ciencias Formales tratan entes materiales, se adecúan a hechos, y su consistencia es empírica. Dentro de la familia de las Ciencias Fácticas, nos encontramos con dos grandes ramas, nos referimos aquí a las Ciencias Sociales, y a las Ciencias Naturales que son las que hoy nos competen. Varias son las características propias de las Ciencias Fácticas, y el Particular de las Ciencias Naturales, entre ellas, podemos destacar las siguientes:

  1. Son fácticas porque se atienen a hechos.
  2. Basadas en datos empíricos obtenidos a través de hechos de la realidad.
  3. Son analíticas porque se basan en objetos tanto por su composición como organización interna.
  4. Especializadas porque estudian diferentes campos específicos de la realidad.
  5. Claras y precisas dado que se busca el carácter explicativo y la exactitud del conocimiento.
  6. Comunicables dado que requieren ser difundidas por canales informativos.
  7. Verificables dado que las premisas pueden ser comprobadas por cualquiera que así lo desee mediante el sometimiento a prueba.
  8. Sistemáticas dado que tienden a formar un sistema de ideas y hechos lógicamente conectados, y un cambio en alguna de las hipótesis puede obligar a cambiar todo el modelo científico.
  9. Generalistas dado que buscan generar pautas generales de carácter universal.
  10. Legales dado que se buscan leyes que se apliquen al funcionamiento de los sistemas estudiados.
  11. Explicativas dado que mediante principios y leyes explican los fenómenos de la realidad.
  12. Predictivas porque pueden realizar predicciones detalladas y predictibles del futuro.
  13. Abiertas porque pueden ser mejorables, falsables, y refutables, no constituyen dogmas.
  14. Útiles porque son eficaces en la producción de herramientas y técnicas para modificar la realidad; de esta forma constituyen la base para la promoción de la Tecnología.

En las Ciencias Naturales, el conocimiento es construido en base a seguir el Método Científico, el cual consta de 5 etapas. En primer lugar, se plantea un problema que será objeto de estudio. En segundo lugar, se plantea una hipótesis sobre el problema y su resolución. En tercer lugar, se elaborar las predicciones pertinentes. En cuarto lugar, se verifica la hipótesis. En quinto lugar, se sacan las conclusiones. En caso de que las conclusiones sean falsas, se requiere volver necesariamente a las instancias previas (4).

Aclarados ya los presupuestos filosóficos y epistemológicos, podemos decir que las Ciencias Naturales son aquellas ciencias que se encargan del estudio de la materia, sea ésta viva o inerte. Entonces, nos encontramos con que las principales ciencias que integran las Ciencias Naturales son: las Ciencias Físicas, las Ciencias Químicas, las Ciencias Astronómicas, las Ciencias Geológicas, y las Ciencias Biológicas. A partir de este momento, resulta imprescindible tratar aunque sea de forma breve la Organización de la Materia, al ser esta el objeto de estudio de las Ciencias Naturales.

Niveles de Organización de la Materia

La Materia es todo aquello, y sólo aquello que posea masa y volumen ocupando un espacio determinado, y además se rija por las cuatro fuerzas fundamentes; a saber, fuerza de gravedad, fuerza electromagnética, fuerza nuclear débil, y fuerza nuclear fuerte. Dentro del nivel primario de la organización de la material, nos encontramos 3 niveles fundamentales; estos son principalmente estudiados por la Física y la Química. Luego del nivel primario, nos encontramos con 3 niveles, los cuales componen a las células, y estos constituyen el nivel secundario. A partir de la existencia de la célula, puede hablarse estrictamente de vida, y por lo tanto, nos encontramos ante el nivel terciario. Finalmente, por encima de la conformación del organismo, ya nos encontramos con los niveles ecológicos, en términos materiales, el nivel cuaternario.

Partículas Fundamentales: Estas partículas son la porción más pequeña de la materia, son aquellas partículas que conforman las partículas subatómicas, y los átomos; todo nivel superior de organización, está básicamente compuesto por partículas fundamentales. Dentro de estas partículas fundamentales podemos encontrar a los leptones, los cuales se unen para formar electrones; y a los hadrones y quarks que se unen para formar protones y neutrones, los cuales constituyen el núcleo atónico (5).

Partículas Subatómicas: Estas partículas son aquellas que conforman a un átomo. Los protones son partículas con carga positiva, constituyen la identidad del átomo, y en la Tabla Periódica de los Elementos conforman el número atómico, y junto con los neutrones que son partículas de carga neutra, conforman el núcleo atómico. Finalmente, nos encontramos con los electrones, los cuales son de carga negativa (6).

Nivel Atómico: Un átomo es la partícula más pequeña y estable que tiene todas las propiedades de un elemento. Como anteriormente habíamos dicho, un átomo se encuentra compuesto por protones, neutrones, y electrones. La carga electrónica de los átomos es neutra. En caso de que los átomos tengan divergencia en la cantidad de neutrones, estamos ante la presencia de isótopos; y en el caso que aparezcan elementos que tengan cargas positivas y/o negativas, estamos ante la presencia de iones, cationes en el caso de positivos y aniones en el caso de negativos. Dentro del nivel atómico, si nos atenemos a la Biología, es necesario recordar los bioelementos; claves para comprender el origen de la vida en la Tierra (7).

  1. Bioelementos primarios: Cumplen una función estructural y son los elementos mayoritarios en la materia viva, constituyendo un 95 % de la materia viva. Estos elementos son el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P), y el azufre (S). Conocidos por la sigla CHONPS, conforman los glúcidos, lípidos, proteínas, y ácidos nucleicos, por ende las estructuras celulares.
  2. Bioelementos secundarios: son elementos que cumplen funciones tanto estructurales como catalizadoras. Estos elementos son principalmente el sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Ma), el calcio (Ca), el cloro (Cl), y el iodo (I).
  3. Bioelementos terciarios: Se trata de elementos que tienen un carácter vestigial y son escasos en los organismos, pero no por ello son menos importantes dado permiten el funcionamiento de las facultades bioquímicas en los organismos. Estos bioelementos terciarios se encuentran compuestos por el cobalto (Co), el hierro (Fe), y el zinc (Zn).

Nivel Molecular: Las moléculas consisten en uniones químicas de distintos tipos de elementos (átomos) que forman un sistema material de mayor complejidad. Estas moléculas pueden ser de carácter orgánico como el caso de la glucosa, los lípidos, y las grasas; como también pueden ser de carácter inorgánico como en el caso de agua, sales minerales, gases, y óxidos. Dentro del nivel molecular, podemos encontrarnos con las macromoléculas que conforman proteínas y ácidos nucleicos, como así también con los virus, los cuales si bien no tienen vida, tienen información genética (ácidos nucleicos) que le permite reproducirse en caso de infectar una célula. Este campo, es estudiado tanto por la Química, como por la Biología, siendo un área particularmente estudiada por la Bioquímica (8).

Nivel Subcelular: Este nivel incluye a las moléculas que se unen para formar estructuras de mayor complejidad, como es el caso de los orgánulos que componen a la célula tales como la membrana plasmática, el aparato de Golgi, el núcleo, etc. Este nivel, es estudiado por la Biología Celular.

Nivel Celular: A partir de la existencia de la célula, puede hablarse de la existencia de vida, la célula es la unidad básica de todo organismo dado que además de información genética y capacidad reproductiva, tienen vida propia, pudiendo ser estas autótrofas o heterótrofas. Las células pueden ser de dos tipos, procariotas para el caso las especies del Dominio Archaea y del Dominio Bacterya, y eucariotas para el caso de las especies del Dominio Eukarya. El primer organismo vivo ha sido de carácter unicelular, incluso en la actualidad los protozoos, las amebas, bacterias, y arqueas, son de carácter unicelular. Este nivel, al igual que el anterior, es estudiado por la Biología Celular.

Nivel Tisular: Para dar origen a estructuras más complejas que las células, las mismas se organizan en tejidos, tal como puede ser el epitelial, nervioso, conectivo, muscular. En el caso de las plantas, tenemos que hablar de parenquinas. Este nivel es estudiado por la Histología.

Nivel Organular: Los órganos, son la forma en la cual se estructuran los tejidos para dar origen a estructuras con complejas funciones. Si hablamos de órganos, necesariamente hablamos de corazón, hígado, pulmones, cerebro, etc; para el caso de las plantas, hablamos de tallo, hoja, raíz. Este nivel, es estudiado por la Fisiología.

Nivel Sistémico: Es el nivel en el cual los órganos se conjugan y organizan para dar lugar a funciones mucho más complejas, como puede ser el caso del sistema respiratorio, el sistema digestivo, etc. Este nivel, es estudiado por la Anatomía.

Organismo: Un organismo es el mayor nivel de organización de mayor complejidad en cuanto a vida individual. En este nivel, las células, los tejidos, los órganos, y los sistemas dan lugar a una organización superior de vida dentro de los Seres Vivos. Un organismo, necesariamente forma parte de una especie, y la misma tiene dos características principales; compartir ancestros evolutivos comunes, y reproducirse dando lugar a descendencia fértil. Este nivel, es estudiado por la Taxonomía.

Población: Es un conjunto de organismos de una misma especie en tiempo y espacio. A partir de este momento, este nivel, y los próximos, constituyen el campo de estudio de la Ecología.

Comunidad: Es un conjunto variado de individuos de distintas especies que comparten un tiempo y un espacio determinado.

Ecosistema: Es el conjunto de comunidades, y su interacción biológica con el medio físico. Por ejemplo, puede ser un bosque de una localidad.

Paisaje: Es un nivel de organización superior que comprende a varios ecosistemas dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, puede ser un conjunto de bosques dentro de un radio territorial en donde se compartan características similares.

Región: Es un conjunto de paisajes y ecosistemas dentro de una región geográfica determinada. Se puede poner como ejemplos de regiones a la Selva Amazónica, la Tundra Siberiana, o la Puna del Atacama.

Bioma: Un Bioma puede ser clasificado como aquellas regiones que independientemente de su geografía, comparten características ambientales definidas tales como humedad, temperaturas, y se basan en el predominio de una especie. Por ejemplo, podemos hablar de biomas cuando hablamos de desiertos, selvas, bosques, tundras, taigas, etc.

Biósfera: El conjunto de los Seres Vivos y la materia inerte que compone al Planeta Tierra en su conjunto.

Matías Nicolás Benitez

Profesor de Historia, Instituto Superior de Formación Docente N°1, Avellaneda, Buenos Aires, Argentina.Estudiante del Profesorado Técnico en Ciencias Físicas/Ciencias Químicas, Instituto Próspero Alemandri, Avellaneda, Buenos Aires, Argentina.

Bibliografía:

  1. Nietzsche, Friedrich; 1873. La Filosofía en la Época Trágica de los Griegos.
  2. Von Aster, Ernst; 1932. Historia de la Filosofía.
  3. Kuhn, Thomas; 1962. La Estructura de las Revoluciones Científicas.
  4. Bunge, Mario; 1960. La Ciencia, su Método, y su Filosofía.
  5. Serway, Raymond; Jewett, John; 1982. Física para Ciencias e Ingeniería.
  6. Di Rizio, Cecilia; Roverano, Mario; Vázquez Isabel; 2018. Química Básica.
  7. Idem.
  8. Idem.
  9. Audesirk, Teresa; 1988. Biología: La Vida en la Tierra.

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