Oh mi palabra. Que pregunta.
Si piensas que la ciencia divide los fenómenos naturales en sus causas, la física es la más fundamental, con la física de partículas, la teoría cuántica y las fuerzas básicas. La química se basa en estas fuerzas para explicar la naturaleza de los enlaces químicos (y otras relaciones atómicas) y todas las innumerables formas en que se pueden romper y formar estos enlaces. La biología, en su nivel más básico, puede usar la química para explicar el metabolismo, la función celular y muchas de las interacciones que los sistemas vivos usan para, bueno, mantenerse con vida.
Si está buscando una lista de temas básicos, creo que puede encontrarlos en cualquier libro de texto de introducción o página wiki. Pero si está buscando “conceptos de umbral” para cada disciplina, solo puedo comenzar a darle una idea.
- ¿Por qué se considera la física más importante que la biología y la química?
- ¿Por qué el agua se mueve hacia la región donde se agrega la sal, en una configuración para juzgar la ósmosis?
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Biología
Evolución. Los rasgos organismales se transmiten a través de los genes de manera compleja. Si bien son bastante constantes, estos genes pueden sufrir mutaciones y recombinación de tal manera que pueden aparecer nuevos rasgos en una población (como una resistencia bacteriana a un nuevo fármaco) y pueden “seleccionarse naturalmente” para aumentar la capacidad de supervivencia de ese organismo. Dado el tiempo suficiente, las diferencias en la geografía y otros factores pueden causar diferencias en los rasgos que conducen a nuevas especies.
Estructura = Función. A nivel molecular, dentro de una célula, la idea de que la forma de las proteínas, el ADN y otras macromoléculas está directamente relacionada con su función fue revolucionaria. El ADN tiene una doble hélice, y cada lado es una copia del otro, lo que lleva a una forma fácil de copiar el ADN (cada lado se puede producir del otro) y enviar mensajes. La capacidad de una proteína para catalizar una reacción, o unirse a un receptor de señal, o lo que sea, depende totalmente de la forma tridimensional de esa proteína.
Orden del caos. Otra gran idea en biología es el orden que emerge del caos. A nivel microscópico y del ecosistema, los resultados medidos fácilmente (como el tamaño de la población o la velocidad de una reacción) generalmente tienen una amplia gama de interacciones en su raíz (como la densidad de población, los hábitos de los depredadores, las consecuencias del microbioma, etc.).
Química
Mientras que la biología pasa mucho tiempo preocupándose por eventos, sistemas complejos y anatomía (entendiendo la orientación física y la relación de las cosas), la química categoriza y define mucho más las relaciones específicas. Aquí hay algunos grandes.
Enlaces químicos. Los enlaces químicos se forman cuando dos átomos se acercan lo suficiente como para compartir sus electrones. Los enlaces químicos se forman cuando esta disposición es más estable que si los electrones solo estuvieran asociados con uno de los átomos. La energía siempre se libera cuando se forman enlaces químicos (desafortunadamente, a muchos estudiantes de biología se les enseña esto incorrectamente), y siempre se necesita energía para romper un enlace químico .
Varios factores pueden entrar en por qué, qué tan fuertes, etc., se forman ciertos enlaces químicos. En química orgánica, dos factores que surgen mucho son la electronegatividad y el “obstáculo estérico”
Electronegatividad Este es un gráfico (en su mayoría preciso) de electronegatividad.
Esta es una escala completamente arbitraria de 0 a 4 que califica la fuerza con que cada elemento “tira” de los electrones. El flúor es el más electronegativo, lo que explica por qué es el elemento más reactivo en la tabla periódica. La arena no te salvará esta vez Podemos usar la electronegatividad para explicar mucho cómo se comparten los electrones en los enlaces químicos. Por ejemplo, en un enlace flúor-hidrógeno, los electrones “pasan la mayor parte de su tiempo” alrededor del átomo de flúor, mientras que en un enlace carbono-carbono, los electrones se comparten de manera completamente uniforme. En moléculas más grandes, esto puede explicar propiedades más grandes de reactividad.
“Obstáculo estérico” se refiere a la selectividad de las moléculas para unirse de manera que los átomos y los electrones tengan más espacio para moverse. Una molécula más grande de 15 átomos tenderá a organizarse de manera tal que ninguna parte de ella se tope regularmente entre sí.
La química es comprender mucho estas interacciones y luego manipularlas y ver qué sucede.
Siendo esta la categoría que no he estudiado en profundidad, seré breve.
La física pasa mucho tiempo hablando de leyes. Leyes de movimiento, gravedad, magnetismo, termodinámica, etc.
La física, mucho más que la química o la bio, utiliza fórmulas y ecuaciones para explicar los fenómenos naturales. Ya sea movimiento o transferencia de calor, fuerzas estáticas u ondas de vibración, los físicos usan las matemáticas para modelar y predecir con precisión cómo funcionan las cosas en la naturaleza.
Clausura
En este momento estoy trabajando en un laboratorio de síntesis de proteínas en el Departamento de Bioquímica y Biofísica de la UNC. Usamos computadoras para elaborar modelos físicos de proteínas para predecir la estabilidad, y luego tratamos de sintetizarlas y purificarlas para diversos fines biológicos. Lo que es realmente emocionante para mí es poder comprender cómo piensa un físico, químico o biólogo y luego aplicarlo a los otros campos. Un bioquímico interesado repentinamente en la herencia o un físico que se pregunta sobre la función molecular ha realizado una gran cantidad de investigaciones sorprendentes.
Si está más interesado en la historia de cómo la investigación en biología ha progresado en los últimos cien años, le recomiendo la obra maestra narrativa que es “El gen: una historia íntima” de Siddhartha Mukherjee.
PD: No tengo idea si esto fue útil o no. Esperemos que suficientes personas respondan de diferentes maneras para darle una buena respuesta a una pregunta tan amplia.
