La Ciencia: Definición, Características y Niveles de Organización Biológica - Prof. Álvare, Apuntes de Ciencias de la Educación

¡Descarga La Ciencia: Definición, Características y Niveles de Organización Biológica - Prof. Álvare y más Apuntes en PDF de Ciencias de la Educación solo en Docsity! I. LA CIÈNCIA Definició de ciència La curiositat ha estat el motor que ha permès sobreviure els individus i entendre el món en què es viu. S’entén per ciència el conjunt de coneixements obtingut mitjançant per observació i raonament, sistemàticament estructurats i dels quals se’n dedueixen principis i lleis generals per poder fer previsions exactes sobre una part de la realitat. Totes les persones preparades adequadament en comprenen la formulació de la mateixa manera, és a dir, són capaces d’efectuar les operacions que permeten establir si la formulació d’aquest coneixement és vera o falsa, prenent com a criteri de validesa l’adequació amb la realitat. Així doncs, la ciència és reproduïble. Com és la ciència? - Tracta de temes materials. - És racional i realista, és a dir, es fixa en diferents fenòmens que es donen al món i intenta buscar la seva utilitat. - És empírica, analítica, especialitzada, clara i precisa. - Comunicable (la societat ha de saber i entendre), verificable, metòdica i sistemàtica. - Explicativa, predictiva (a partir d’un resultat d’un estudi, permet fer prediccions i donar una visió més àmplia), oberta i útil. - S’autocorregeix. Com treballa la ciència? Alguns científics realitzen observacions de fenòmens per tal de trobar els patrons de fets naturals. Per tant, és ciència observacional. Altres científics realitzen observacions de fenòmens naturals sota condicions experimentals en què poden controlar certes variables. És ciència experimental. El punt en comú és que tots estan recollint les evidències de la natura o de la simulació de la natura per tal d’obtenir informació sobre com funciona la natura en un sentit més ampli. Un dels objectius principals de la ciència és trobar i fer servir noves teories que puguin explicar millor la natura, i també rebatre i deixar com a falses idees i teories anteriors. II. EL MÈTODE CIENTÍFIC Mètode científic s’entén com el “camí cap al coneixement”. Són les pràctiques utilitzades i ratificades per la comunitat científica com a vàlides a l’hora de procedir per tal d’exposar i confirmar les seves teories. Existeix més d’un mètode, no hi ha una única classificació però tots constitueixen una proposta racional per arribar a obtenir un coneixement. El mètode científic basat en Francis Bacon: Realitzar una pregunta. És a dir, troba un fenomen que crida l’atenció i realitza una pregunta. Investigació de fons. Potser la pregunta ja està resposta, de manera que cal fer una recerca bibliogràfica. Construcció d’una hipòtesi. Testar la hipòtesi amb experimentació. Analitzar resultats i planificar una conclusió. Si la hipòtesi es compleix, elaborar un informe. En cas que no es compleixi, cal reformular la hipòtesi i realitzar altra vegada tots els passos següents per tal que la hipòtesi es compleixi. Amb aquesta hipòtesi verificada, s’elabora una teoria, que és un principi general acceptable científicament i capaç d’explicar un fenomen. Si aquesta teoria també permet donar prediccions a fenòmens lligats, això que era una teoria, es convertirà en llei. Perquè esdevingui llei cal que hagi passat temps i que aquest temps permeti donar resultats a allò que s’havia estudiat i que siguin predictius (permetin fer prediccions a fenòmens relacionats). Llei: una teoria que durant un llarg període de temps ha produït prediccions veritables amb uniformitat invariable i que és quasi universalment acceptada. Informe o memòria de l’activitat I. Introducció. Què se sap del tema, quin és l’estat de la qüestió i per què és rellevant i quin és l’objectiu que et planteges. Primer cal fer la cerca bibliogràfica i a continuació cal elaborar uns objectius, amb la definició del problema a resoldre. Identificació de les variables que intervenen i formulació d’hipòtesis. II. Metodologia: disseny experimental Materials utilitzats i procediment. III. Resultats i discussió: anàlisi i interpretació dels resultats. Relacionar-ho amb altres estudis, parlar de possibles biaixos de l’estudi (punts febles), impacte que tinguin els resultats i donar recomanacions. IV. Conclusions: resposta a la pregunta o problema plantejat, formulació de la llei, prediccions. V. Referències bibliogràfiques. A l’hora d’expressar resultats, cal presentar les mesures i els càlculs fets (en unitats concretes). Arrodonir correctament els números i afegir decimals significatius. Els resultats es poden verbalitzar, expressar en forma de taula, gràfic. Proporcionalitat directa: quan una de les variables augmenta, l’altre també ho fa. M és la constant de proporcionalitat o pendent de la recta. Proporcionalitat indirecta: quan una variable augmenta, l’altra disminueix, i viceversa. Visió científica del món. Els científics creuen que:  El món és comprensible. Estem regits per pautes i lleis. Si visquéssim en un planeta on mai canviés res, no hi hauria res per explicar, no hi hauria estímuls per a la ciència. I si visquéssim en un món on les coses canviessin de manera fortuïta o molt complexa, seríem incapaços d’explicar res i tampoc tindríem ciència. Ni estem en la uniformitat ni estem en una situació caòtica, per tant, es poden fer prediccions i ciència. Les idees científiques canvien. La ciència és un procés de producció de coneixements basat en el mètode científic. La ciència ha de comprovar, millorar o descartar noves o velles teories. No hi ha una manera d’assegurar la veritat absoluta, però es poden arribar a aproximacions cada vegada més exactes. El coneixement científic és perdurable. La modificació de les idees, més que el rebuig absolut, és la norma de la ciència. Sovint es demostra que la primera teoria és només aproximada i que es pot avançar en el perfeccionament de l’especificitat. La continuïtat i l’establiment són tant característiques de la ciència com ho és el canvi, la imaginació i l’escepticisme. Ciència, religió i pseudociència La religió. És una part de l’activitat humana consistent en creences i pràctiques sobre el considerat com a diví o sagrat, de tipus existencial, moral i espiritual. Hi ha controvèrsia entre els estudiosos per què entenem com a religió, ja que cadascú des de la seva visió li dóna un sentit diferent. Tant la visió sociològica com antropològica tenen en comú que des de la religió es tracten temes de tradició, de cultura ancestral, d’escriptures, institucions, història, místiques. La religió intenta donar resposta a preguntes que no en tenen (creences, ètica). Nicolau Copèrnic. Primer sistema de planetes basat matemàticament que gira al voltant del Sol. No creu que el seu sistema entri en conflicte amb la Bíblia. Francis Bacon. Estableix el mètode científic d’investigació sobre la base de l’experimentació i el raonament inductius. Malgrat el seu treball refusa l’ateisme. Isaac Newton. Numerologia bíblica. Albert Einstein. La ciència sense religió està coixa, i la religió sense ciència està cega. Les biomolècules Les biomolècules es poden dividir en dos grans grups: les inorgàniques i les orgàniques. La gran diferència entre ambdues és la presència o no de carboni. I. Biomolècules inorgàniques. No tenen carboni o en un percentatge molt petit. a. Aigua Està formada per molècules on troben dos àtoms d’hidrogen i 2 d’oxigen units per enllaços covalents. Els enllaços febles es troben unint les diferents molècules d’aigua, mentre que els enllaços forts es troben unint els diferents àtoms. Té una elevada tensió superficial, és a dir, tendència a mantenir aquesta unió. Té elevats punts de fusió i de vaporització (cal elevar molt la temperatura per fer-la bullir i disminuir-la molt per solidificar-a). És un bon dissolvent de substàncies polars o iòniques. Traslladant les característiques de l’aigua a l’ésser humà, caldria dir que és un bon termoregulador (com que té elevats punts de fusió i vaporització, ajuda a mantenir una temperatura corporal adequada). Permet la vida en zones fredes i és un dissolvent de biomolècules, és el medi on les biomolècules i ajuda a dissoldre-les, o a participar en les seves reaccions químiques). Ajuda a mantenir la forma cel·lular i és un lubricant i amortidor de l’organisme. És capaç de dissociar (separar) substàncies iòniques. b. Gasos c. Sals minerals II. Biomolècules orgàniques. Estan bàsicament formades per carboni (es troba en un 90% dels compostos químics d’arreu del planeta) i hidrogen. b. Glúcids (carbohidrats) Les unitats bàsiques són els monosacàrids, formant cadenes. Serveixen com a combustible, són una font energètica per l’organisme, a més tenen una funció de reserva, de forma que en un moment determinat es pugui utilitzar quan es necessiti. Encara que no sigui la funció principal, també tenen una funció estructural, que donen rigidesa a les estructures i donen protecció de manera que sigui difícil deformar-la. c. Lípids La seva unitat bàsica és l’àcid gras. Són llargues cadenes carbonatades amb un extrem polar, fet que fa que no siguin solubles (oli), ja que la càrrega no fa suficientment pes com per poder-se dissoldre. Aquestes cadenes són les unitats bàsiques dels lípids. Trobem els àcids, grassos, organitzats en 2 tipus: saturats i insaturats. Tenen una funció més estructural i menys energètica: Com a exemple, hi ha els antiglicèrids, que actuen com a combustible, reserva energètica, aïllants tèrmics, amortiguadors per si es produeix algun cop. Els cèrids, actuen com a impermeabilitzant. Altres exemples són els fosfolicèrids i els esfingolípids, que actuen com a components de la membrana cel·lular. Els esteroides, isoprenoides i prostaglandines, actuen com a vasodilatadors o intervenen en la coagulació. d. Proteïnes La unitat bàsica de la proteïna és l’aminoàcid, que units donen lloc a cadenes proteiques. Poden ser d’entre 2 i 100 aminoàcids (cadenes petites: pèptid) o de més de 100 aminoàcids, conegudes com a proteïnes pròpiament dites. Les proteïnes tenen una funció estructural, formen part de la membrana plasmàtica, tot i que no són els principals (ho són els lípids). L’elastina ens permet mantenir la tensió continuada o intermitent. L’actina i miosina ens permeten mantenir moviment i contracció muscular. Hi ha proteïnes que s’encarreguen de transportar substàncies via torrent circulatori. També actuen com a reserva energètica però no és la principal font energètica. Regulen el medi intern, és a dir, s’encarreguen de mantenir un pH estable. Les immunoglobulines s’encarreguen de mantenir la defensa en l’organisme. S’encarreguen de regular una funció hormonal, com la insulina. Tenen una funció enzimàtica o biocatalitzadora, és a dir, actuen com a detonant de les reaccions metabòliques. Seria un accelerant d’aquesta reacció. e. Àcids nucleics Hi ha 2 tipus d’àcids nucleics: ADN (conté la informació genètica de cada individu) i ARN (biomolècula orgànica). Ambdós estan formats per sucre, base nitrogenada i grup fosfat. La diferència es troba en què l’ARN és una cadena simple i l’ADN és una cadena doble. ADN. Biomolècula orgànica que conté la informació genètica. Es troba en el nucli cel·lular i té una gran llargada. Es troba molt recargolat per tal de poder estar encabit en el nucli cel·lular. El nivell màxim de compactació de l’ADN es troba al cromosoma. Què és un gen? Són porcions d’ADN que contenen la informació per codificar una proteïna concreta. Aquest ADN s’ha de poder llegir per poder-lo interpretar i dur a terme les funcions necessàries. Aquest ADN és igual en totes les cèl·lules de l’organisme, tot i que un gen potser s’expressa en un teixit i no en un altre perquè aquell teixit necessita una proteïna concreta i l’altre no. Dogma central de la biologia molecular: cada 3 bases nitrogenades (unitats bàsiques de l’ADN), equivalen a un aminoàcid i es va construint la cadena proteica. Es llegeixen una de les dues cadenes (de cadena motllo a transcripció), traspassada a una cadena simple d’àcid nucleic (d’ADN a ARN) que conté la mateixa informació que s’ha copiat. Cada 3 bases nitrogenades equivalen a un aminoàcid. Es llegirà aquesta cadena simple i s’anirà llegint la cadena proteica (traducció). Tinc la informació en un format, la passo per un format intermig que permet la seva interpretació (transcripció) i finalment se’n fa la interpretació total (traducció). De l’ADN es transcriu a ARN i d’aquest, es tradueix a proteïna. IV. CÈL·LULA: UNITAT FONAMENTAL EN L’ÉSSER HUMÀ La cèl·lula és el nivell més fonamental per a la forma de vida, capaç d’actuar de forma autònoma. Els virus són molt més petits que les cèl·lules i no poden “viure” sols. Per viure necessiten estar dins les cèl·lules i utilitzar els orgànuls i maquinària d’aquesta per reproduir-se. Tots els organismes vius estan formats per una o més cèl·lules. Les reaccions químiques d’un organisme viu tenen lloc a l’interior cel·lular. Les cèl·lules s’originen d’altres cèl·lules. Contenen la informació genètica dels organismes dels que són part i aquesta informació passa de la cèl·lula progenitora a la cèl·lula filla. Diferències entre cèl·lules. No totes presenten la mateixa estructura: Cèl·lules petites (no gaire complexes): procariotes (Buscar estructura, dibuix i parts). No tenen el conjunt d’orgànuls. No té nucli cel·lular i, per tant, el material genètic està dispers pel citoplasma. Cèl·lules grans (complexes): eucariotes (Buscar estructura, dibuix i parts). Formen part d’animals i vegetals. Tenen nucli cel·lular amb material genètic. Teoria endosimibiòtica: es considera que una cèl·lula eucariota va incorporar dins seu una cèl·lula procariota per tal de ser protegida. Estructura cel·lular: membrana plasmàtica. Delimita l’interior de l’exterior. Aquesta membrana està formada per lípids. Estructura cel·lular: el citoplasma (Hialoplasma: medi aquós en el que es troben dissoltes certes substàncies a la cèl·lula, orgànuls cel·lulars) Estructura cel·lular: el nucli cel·lular. Conté, en cas d’una cèl·lula eucariota, el material genètic. Seria el dogma central de la biologia. La informació continguda a l’ADN es traduïa o donava lloc a les proteïnes (un altre tipus de biomolècula orgànica). Aquestes proteïnes, un cop traduïdes en sortir del nucli, s’empaqueten i es “tunegen” (afegir tot allò que considerem per al bon funcionament de la proteïna fins que arribem a la formació d’unes vesícules que contenen aquesta proteïna ja tunejada i que farà que sigui funcional per a la cèl·lula i es quedarà a la cèl·lula perquè la necessita o sortirà d’aquesta). Funcions del nucli. Marcar l’ADN de l’individu, marcar el punt en què la cèl·lula ha de deixar descendència (cèl·lules filles) i marcar els processos metabòlics.La informació genètica continguda en el nucli cel·lular es tradueix i dóna lloc a les proteïnes. Aquestes, un cop traduïdes, en sortir del nucli, s’empaqueten fins que arriben a la formació d’unes vesícules que contenen aquesta proteïna que faran que pugui funcionar. Diferències cèl·lula eucariota animal i vegetal El límit de la cèl·lula vegetal es veu molt clar. Tot i que tots els orgànuls són comuns als dos tipus de cèl·lules, en la cèl·lula animal no hi ha cloroplast. Autòtrofs vs heteròtrofs  Els autòtrofs (vegetal) generen el seu propi aliment, és a dir, fan la fotosíntesi. Els heteròtrofs (animal) necessiten d’altres processos per generar aliment, ja que no el poden generar directament. Els heteròtrofs obtenen energia gràcies a la respiració, “cremant” aliments que ingereixen. Estructura cel.lular: cél.lula eucariota nucli cel.lular The Cell Nucleus hitp://www.genome.gov/Pages/EducatiovDNADay/ Teaching Tools/HowProteinsAre Made:hHtmi endoplásmid rugoso Núcleo nucledlo membrana nuclear pared celular A Menbrera plasmática > eucariota animal vs eucariota vegetal Teixits. Són conjunts de cèl·lules especialitzades en fer una determinada activitat, molt semblants entre sí i que tenen un mateix origen embriològic. Òrgans. Conjunt associat de teixits que tenen la mateixa tasca específica. Són les unitats estructurals i funcionals d’un ésser viu. Sistemes. Conjunts d’òrgans que actuen coordinadament en la realització d’una funció. Organisme (individu). Ésser viu capacitat per a intercanviar matèria i energia amb el medi i per reproduir-se. Són capaços de fer un cicle vital, contenen conjunts d’òrgans que funcionen coordinadament formant un tot individual diferenciat del món exterior. D’on va sorgir la vida? Característiques Homeostasi: mantenir els nivells constants de l’organisme (PH). Organització: els éssers vius estan formats per cèl·lules organitzades. Metabolisme: cada individu té un metabolisme determinat. Creixement: tots els individus creixen. Adaptació: s’adapten al medi. Reproducció: Resposta als estímuls externs a l’organisme. Transmissió d’informació genètica a la descendència. Què és una espècie? Conjunt d’éssers vius que tenen semblances fonamentals entre sí i que són en general capaços de creuar-se sexualment entre ells donant descendència fèrtil. Població Conjunt d’organismes que comparteixen un mateix espai i temps, compartint certes propietats biològiques, generalment éssers de la mateixa espècie. Això es produeix per la supervivència i reproducció d’una espècie. Comunitat Conjunt d’éssers vius que comparteixen elements en comú, com costums, ubicació geogràfica, vivint les poblacions de les espècies juntes. Ecosistema És la comunitat i el medi abiòtic que serveix de suport i actuen com a una unitat. Està format pels éssers vius i el medi físic (no viu) que els envolta. Biosfera Escosistema global format per un conjunt d’organismes i espècies que es relacionen entre sí juntament amb el medi físic que conformen aire, terra i oceans. S’estén des dels 15 km de profunditat al mar fins als 10 km d’alçada. V. DARWIN I L’EVOLUCIÓ Els gens es troben al DNA. La informació genètica que conté un organisme és el genotip. El genotip amb interacció amb l’ambient ens dóna les característiques observades (fenotip). Mutació: canvis en la seqüència de DNA. Com es produeix? 1. Per acció d’agents sobre el DNA: agents químics (per acció de gasos químics)o agents físics. 2. Durant la replicació del DNA. Abans de fer-se la divisió cel·lular, cal fer una còpia exacta de la cadena de DNA que hi ha a la cèl·lula mare. En aquest procés de còpia es poden produir variacions. Els canvis no tenen per què ser sempre sinònim de malaltia, sinó que n’hi ha que poden variar amb diferents formes funcionals, de les quals varia el percentatge. (Variabilitat). Variació: tot i així, algunes mutacions poden persistir i incrementar la variació genètica d’una població. Les variants d’un mateix gen es coneixen com a al·lels. Prefaci: conceptes que cal conèixer L’evolució és el procés mitjançant el qual una espècie dóna lloc a l’aparició d’una altra. L’arbre de la vida està molt relacionat amb el concepte de l’evolució: hi ha un arbre on totes les espècies estan relacionades. Totes les espècies tenen un ancestre comú. Es pot dibuixar un arbre de la vida per mostrar com cada espècie es relaciona amb les altres. L’arbre de la vida creix i es modifica. Part 1: Com es va descobrir l’evolució? Teories de l’evolució La teoria de l’evolució és com l’evolució succeeix. És una explicació sotmesa a debat científic i, per tant va canviant. A més de ser una teoria, l’evolució és un fet, ja que hi ha una quantitat enorme de proves que ho evidencien. Els coneixements aportats des de diferents àmbits fan evident l’evolució. Fins al segle XVIII es creu en el creacionisme, de manera que no permetien l’evolució i el canvi dels éssers vius. Es considera que l’aparició i desaparició d’espècies va lligada a catàstrofes. L’any 1800. Es deixa de banda el creacionisme i apareixen les primeres idees de l’evolucionisme. El segle XIX. Apareixen dues idees: el Lamarckisme: l’evolució de cada una de les espècies és de forma lineal i no permet la relació entre diferents espècies. Sí que veia que les espècies tenien necessitat d’adaptar-se al medi i que, per tant, canviaven per sobreviure. Ho va plantejar a partir de la llei de l’ús i del desús: 1. L’ús freqüent i mantingut d’un òrgan qualsevol el fortifica, desenvolupa i engrandeix poc a poc. 2. La falta constant d’ús d’un òrgan el debilita, en disminueix les facultats i acaba fent-lo desaparèixer. Llei de l’herència dels caràcters adquirits: mecanismes de l’herència per explicar la transmissió als seus descendents de certes mutacions adquirides pels éssers vius (per exemple, de generació en generació les girafes tenien el coll més llarg). I el Darwinisme: hi ha un ancestre comú del qual surten diferents branques que donen lloc a les diferents espècies. 1. Les formes de vida no són estàtiques, evolucionen: “les espècies canvien constantment, unes s’originen i les altres s’extingeixen”. 2. L’evolució és gradual, lenta i contínua. 3. Els organismes semblants estan emparentats i venen d’un avantpassat comú. 4. L’evolució s’explica per la selecció natural. Els que tenen una major capacitat per adaptar-se al medi continuaran vivint i aquells que no s’adaptin tant bé al medi, acabaran desapareixent. Va demostrar que el fixisme era fals i que existia l’evolució. Teoria de la selecció natural Variabilitat: els individus d’una població presenten variacions. Com que les condicions canvien, el que a dia d’avui són formes favorables i està essent seleccionada, en un altre moment pot deixar de ser una forma saludable i reaparèixer altres formes que s’adaptin a les noves condicions. Herència: algunes variacions es poden transmetre a la descendència. Aquestes variacions que cadascú presenta, són heretats per la descendència. Lluita per l’existència: els individus d’una població han de superar les condicions del medi per sobreviure i reproduir-se. El fet que hi hagi un creixement poblacional i uns recursos limitats, hi ha una lluita per l’existència. Aquells que sobreviuen són els que es reprodueixen i, per tant, com que tenen característiques més favorables, donen lloc a noves generacions. Adaptació: els individus que sobreviuen i es reprodueixen tenen variacions més favorables per afrontar el medi. En conclusió, la selecció natural és la reproducció i supervivència dels individus més adaptats al medi on viuen.