¿Qué son los niveles de organización de la materia?
Los niveles de organización de la materia son el orden jerárquico de complejidad creciente, que va desde el nivel subatómico hasta la biosfera. Aunque muchos fenómenos pueden explicarse a partir de la física, existen regiones de esta escala que competen más a estudios de química, biología, mineralogía, ecología, astronomía y otras ciencias naturales.
En los cimientos de la materia están las partículas subatómicas, estudiadas por la física de partículas. Subiendo los escalones de su organización, se llega al terreno de la química, para luego llegar a la biología; desde la materia disgregada y enérgica, se termina observando cuerpos mineralógicos, organismos vivos y planetas.
Los niveles de organización de la materia se integran y cohesionan para definir cuerpos de propiedades únicas. Por ejemplo, el nivel celular está integrado por el subatómico, atómico, molecular y celular, pero tiene propiedades diferentes a todos ellos. Y los niveles superiores tienen propiedades distintas.
Niveles de organización de la materia
La materia se organiza en los siguientes niveles:
- Nivel subatómico. Es el peldaño más bajo: partículas más pequeñas que el átomo. Este escalón es objeto de estudio de la física de partículas. De manera muy simplificada se tienen los quarks (up y down), los leptones (electrones, muones y neutrinos), y los nucleones (neutrones y protones). La masa y tamaño de estas partículas son tan despreciables, que la física convencional no se ajusta a su comportamiento, por lo que es necesario estudiarlas mediante la mecánica cuántica.
- Nivel atómico. Todavía en el terreno de la física (atómica y nuclear), algunas partículas primordiales se unen mediante interacciones fuertes para dar origen al átomo. Esta es la unidad que define los elementos químicos y toda la tabla periódica. Los átomos están compuestos en esencia de protones, neutrones y electrones. Los protones tienen la carga positiva del núcleo, que, junto a los neutrones, conforman casi toda la masa del átomo. Los electrones tienen la carga negativa del átomo, difundidos alrededor del núcleo en regiones densas, electrónicamente, llamadas orbitales. Los átomos se diferencian entre sí por el número de protones, neutrones y electrones que tienen. Sin embargo, los protones definen el número atómico (Z), que a su vez es característico para cada elemento químico. Así, todos los elementos tienen distintas cantidades de protones, y su ordenamiento puede apreciarse en orden creciente en la tabla periódica. En la siguiente imagen se observa una representación de un átomo, con los protones y neutrones en el núcleo y los electrones en el exterior:
- Nivel molecular. En el nivel molecular se entra en el terreno química, fisicoquímico, y un poco más distante, farmacológico (síntesis de fármacos). Los átomos son capaces de interaccionar entre sí mediante el enlace químico. Cuando este enlace es covalente, es decir, con una compartición lo más equitativa posible de electrones, se dice que los átomos se han unido para originar moléculas. Por otro lado, los átomos metálicos pueden interaccionar mediante el enlace metálico, sin definir moléculas, pero sí cristales. Siguiendo con los cristales, los átomos pueden perder o ganar electrones para transformarse en cationes o aniones, respectivamente. Estos dos forman el dúo conocido como iones. Asimismo, algunas moléculas pueden adquirir cargas eléctricas, llamándose iones moleculares o poliatómicos. A partir de los iones y sus cristales, enormes cantidades de ellos, nacen los minerales, los cuales componen y enriquecen la corteza y manto terrestres. Dependiendo del número de enlaces covalentes, algunas moléculas son más másicas que otras. Cuando estas moléculas poseen una unidad estructural y repetitiva (monómero), se dice que son macromoléculas. Entre ellas, por ejemplo, están las proteínas, enzimas, polisacáridos, fosfolípidos, ácidos nucleicos, polímeros artificiales, asfaltenos, etc. Es necesario recalcar que no todas las macromoléculas son polímeros, pero todos los polímeros son macromoléculas. Todavía en el escalón molecular, las moléculas y macromoléculas pueden agregarse mediante interacciones de Van der Walls para formar conglomerados o complejos llamados supramoléculas. Entre las más conocidas están las micelas, vesículas y la pared lipídica de doble capa. Las supramoléculas pueden tener tamaños y masas moleculares inferiores o superiores a las macromoléculas; sin embargo, son sus interacciones no covalentes las bases estructurales de un sinfín de sistemas biológicos, orgánicos e inorgánicos.
- Nivel de orgánulos celulares. Las supramoléculas difieren en su naturaleza química, por lo que cohesionan entre sí de manera característica para adaptarse al medio que les rodea (acuoso en el caso de las células). Entonces es cuando aparecen diferentes orgánulos (mitocondrias, ribosomas, núcleo, aparato de Golgi, etc.), cada uno destinado a cumplir una función específica dentro de la colosal fábrica viviente que conocemos como célula (eucariota y procariota): el “átomo” de la vida.
- Nivel celular. En el nivel celular, la biología y la bioquímica (además de otras ciencias afines) entran en juego. En el organismo se tiene una clasificación para las células (eritrocitos, leucocitos, espermatozoides, óvulos, osteocitos, neuronas, etc.). La célula se puede definir como la unidad básica de la vida y hay dos tipos principales: eucariotas y procariotas.
- Nivel multicelular. Conjuntos distinguidos de células definen tejidos, estos tejidos originan órganos (corazón, páncreas, hígado, intestinos, cerebro), y finalmente los órganos integran varios sistemas fisiológicos (respiratorio, circulatorio, digestivo, nervioso, endocrino, etc.). Este es el nivel multicelular. Por ejemplo, un conjunto de miles de células componen el corazón:
- Organismos. Dependiendo del tipo de célula, el ADN y los factores genéticos, las células terminan construyendo organismos (vegetales o animales), como el ser humano. Este es el escalón de la vida, cuya complejidad y vastedad es inimaginable incluso en la actualidad. Por ejemplo, un tigre se considera un organismo.
- Nivel poblacional. Los organismos responden a las condiciones del entorno y se adaptan creando poblaciones para subsistir. Cada población es estudiada por una de las tantas ramas de las ciencias naturales, así como las comunidades que de ellas derivan. Están los insectos, mamíferos, aves, peces, algas, anfibios, arácnidos, octópodos y muchos más. Por ejemplo, un conjunto de mariposas componen una población.
- Ecosistema. El ecosistema incluye las relaciones entre los factores bióticos (que tienen vida) y los factores abióticos (sin vida). Consiste en una comunidad de especies distintas que comparten un mismo lugar donde vivir (hábitat) y que usan componentes abióticos para poder sobrevivir. Agua, aire y suelo (minerales y rocas), definen los componentes abióticos (“sin vida”). Mientras, los componentes bióticos se componen de todos los seres vivos en toda su expresión y comprensión, desde las bacterias hasta los elefantes y ballenas, los cuales interaccionan con el agua (hidrosfera), aire (atmósfera) o suelo (litosfera). El conjunto de ecosistemas de toda la Tierra compone el siguiente nivel; la biosfera.
- Biosfera. La biosfera es el nivel compuesto por todos los seres vivos que viven en el planeta y sus hábitats. Regresando brevemente al escalón molecular, las moléculas por sí solas pueden componer mezclas de exorbitantes dimensiones. Por ejemplo, los océanos se forman por la molécula del agua, H₂O. A su vez, la atmósfera se forma por las moléculas gaseosas y gases nobles. Todos los planetas aptos para la vida tienen su propia biosfera, aunque el átomo de carbono y sus enlaces sigan siendo obligatoriamente sus cimientos, sin importar cuán evolucionadas estén sus criaturas. Si se quiere seguir ascendiendo en la escala de la materia, entraríamos finalmente en las cumbres de la astronomía (planetas, estrellas, enanas blancas, nebulosas, agujeros negros, galaxias).
Referencias
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning.
- Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
- Morales Vargas, S.G. Levels of Organization of Matter. Recuperado de uaeh.edu.mx.
- Level of organization of matter. Recuperado de scientificskeptic.com.
- ¿Cuáles son los niveles de organización de la materia? Recuperado de apuntesparaestudiar.com.