El Systema Naturae de Carlos Linneo

Clasificación linneana de las especies (1735)

En su primera edición de Systema Naturae (1735), el botánico y médico sueco Carlos Linneo introdujo un nuevo enfoque en la taxonomía.  Primero, asignó nombres latinizados a plantas y animales, basándose en su nomenclatura binomial (género y especie) que designaba cada organismo vivo de manera unívoca; el sistema sigue empleándose hoy día. Por ejemplo, el género Canis incluye perros, lobos, coyotes y chacales, que están estrechamente emparentados, y luego cada miembro tiene asignado un nombre de especie. Asimismo, Linneo desarrolló una clasificación jerárquica de múltiples niveles en la que los "rangos" más altos incorporarían grupos sucesivos en niveles inferiores. Los géneros relacionados se agruparían en familias: Canis y Vulpes (zorros) están agrupados en Canidae.  Según la clasificación linneana, el rango más inclusivo era el reino, y él contabilizaba dos reinos: el animal y el vegetal.

La clasificación linneana asignaba diferentes categorías a los organismos en función de sus características físicas y presuntas relaciones naturales, pero, un siglo más tarde, Darwin presentó pruebas convincentes de que dos animales o plantas existentes podían tener un ancestro común, y de que organismos extintos pudieron ser los ancestros de los ahora existentes. Las clasificaciones contemporáneas se basan en la sistemática filogenética, que incorpora relaciones que incluyen tanto organismos existentes como extintos. 

Las capas germinales que darán lugar al embrión

Fecundación y desarrollo embrionario

Teoría de la germinación (1759)

El desarrollo del embrión, la germinación, se mantuvo como tema de debate durante casi dos milenios, desde tiempos de Aristóteles hasta el siglo XVIII. Aristóteles proponía dos alternativas posibles: preformación y epigénesis, cada una de las cuales tenía sus defensores.

El fisiólogo y embriólogo alemán Casper Friedich Wolff revitalizó la teoría de la epigénesis y se convirtió en su principal defensor. Al estudiar embriones de pollo al microscopio, no vio nada que le confirmara la idea de una miniatura preformada que fuera haciéndose más grande. Lo que observó, en cambio, fue un crecimiento continuo y un desarrollo gradual del pollo. En 1759 Wolff explicó que los órganos no existen al iniciarse el proceso de generación, sino que se forman a partir de materia indiferenciada siguiendo una serie de pasos graduales.  Para reforzar sus argumentos demostró también que una raíz de una planta, pese a tener tejidos diferenciados, es capaz de regenerar una nueva planta aun habiéndole quitado el tallo y las otras raíces. El vigoroso apoyo de Wolff a la epigénesis y su rechazo de la preformación solo generaron controversia sobre su teoría entre la comunidad científica y dañaron su carrera profesional. Sus hallazgos fueron validados tiempo después y en 1828 sirvieron de base a la teoría de las capas germinales. 

Selección artificial y manipulación del ADN

Selección artificial (cría selectiva) (1760)

Uno de los pilares fundamentales en los que Charles Darwin sustentó la conceptualización de su teoría de la selección natural fue la cría selectiva. Darwin observó que numerosos animales y plantas domésticos procedían de la cría intencionada de ciertos individuos cuyos rasgos eran más preciados. 

Los rasgos deseables son específicos de la especie que se cría, y los individuos se cruzan para obtener un híbrido con esas características. Habitualmente, las plantas se cultivan para que rindan más, crezcan más rápido y resistan mejor las enfermedades y las condiciones climáticas adversas. En el caso de los pollos, entre los objetivos de la cría están la calidad y el tamaño del huevo, la rentabilidad de la carne y la producción de polluelos capaces de reproducirse. La acuicultura, dedicada al pescado y el marisco, no ha alcanzado aún su máximo potencial. El objetivo de la cría de pescado es aumentar sus tasas de crecimiento y supervivencia, la calidad de la carne y la resistencia a las enfermedades, y el de la del marisco, mejorar el tamaño y el color del caparazón. 

Las branquias, el sistema respiratorio de los peces que capta el oxígeno disuelto en el agua por difusión

Intercambio gaseoso por difusión en los alvéolos de los pulmones de los mamíferos

Sistema traqueal de los insectos

La difusión de gases: oxígeno y dióxido de carbono

Intercambio de gases (1789)

En 1789 el noble y químico francés Antoine Lavoisier demostró la importancia del oxígeno y el dióxido de carbono en la respiración. En el siglo XX apareció la descripción detallada del papel de estos gases en el metabolismo de los componentes ricos en energía, como los carbohidratos y las grasas, así como en las reacciones químicas de la respiración celular. La respiración requiere de una toma de oxígeno y una eliminación de dióxido de carbono, que el producto final del metabolismo. Ese intercambio gaseoso a través de una superficie respiratoria ocurre por difusión, por lo que los gases descienden de zonas con mayor concentración a otras con menor concentración.

En los organismos unicelulares, como las bacterias, los gases atraviesan fácilmente la membrana celular, mientras que en los anfibios y las lombrices de tierra el intercambio ocurre a través de la piel. En la superficie corporal de los insectos, unos espiráculos se abren al exterior formando tubos de respiración llamados tráqueas. Los peces extraen el oxígeno disuelto en el agua. A medida que van nadando, el agua les entra en la boca y por las branquias, que tienen una superficie muy extensa para la difusión gaseosa y múltiples capilares dispuestos muy juntos. El oxígeno pasa a través de las branquias en una dirección, mientras que la sangre que contiene el dióxido de carbono fluye en la dirección opuesta y se elimina del cuerpo. En los mamíferos, tanto el oxígeno como el dióxido de carbono son transportados por todo el cuerpo por la sangre, que entra y sale de capilares adyacentes, y el intercambio gaseoso tiene lugar a través de los alvéolos, que ofrecen una superficie respiratoria total del tamaño de un campo de tenis. 

Las plantas, en cambio, durante la fotosíntesis absorben dióxido de carbono y liberan oxígeno. Pero también respiran, absorbiendo oxígeno y liberando dióxido de carbono. Con la luz disminuye la respiración que, no obstante, no cesa. Los gases se difunden a través de los estomas, poros de las hojas, y del mesófilo, el tejido ubicado en el interior de la hoja. 

Conexión entre el axón de una neurona y la dendrita de otra, en donde se observa el espacio sináptico y la liberación de neurotransmisores a la siguiente neurona

La neurona y la transmisión sináptica

La comunicación del sistema nervioso (1791)

Según la teoría neuronal de Ramón y Cajal, por la que ganó el Nobel en 1906, cada neurona es una unidad distinta separada de las neuronas y músculos adyacentes por la sinapsis. Mientras que los impulsos eléctricos son los responsables de la comunicación a larga distancia en la neurona, las sustancias químicas (neurotransmisores) llevan mensajes a corta distancia a través de la sinapsis. La liberación de un neurotransmisor es la respuesta a impulsos eléctricos y transmite el mensaje a otras neuronas o fibras musculares. 

Georges Cuvier, el padre de la paleontología

Charles Lyell

Paleontología (1796)

La paleontología es el estudio de los fósiles, restos de formas de vida antiguas cuyas impresiones se han conservado en roca.

En el siglo XVIII empezaron a coleccionarse y clasificarse fósiles. Hacia finales de ese siglo, el naturalista y zoólogo Georges Cuvier reconoció que los fósiles eran restos de seres vivos del pasado, y el registro de fósiles se basó en el orden en que se apilaban en estratos (capas de roca sedimentaria). Cuvier observó que los fósiles de los estratos más antiguos diferían más de las formas de vida actuales y que, mientras que algunas especies desaparecían y se extinguían, otras nuevas aparecían. En 1796, en uno de los primeros escritos sobre paleontología, Cuvier se basó en restos de esqueletos fósiles y de animales vivos para argumentar que los elefantes africano e indio eran especies diferentes y que el mastodonte también era distinto de aquellos dos. Asimismo, llegó a la conclusión de que los grandes reptiles vivieron antes que los mamíferos.  Cuvier argumentó que una única catástrofe había destruido la vida, que fue reemplazada por las formas de vida existentes.

En 1830, Charles Lyell afirmó la existencia del uniformitarismo, es decir, que los cambios en la Tierra se producían por procesos naturales, graduales e imperceptibles. Ese concepto impactó profundamente a Charles Darwin, que durante su viaje de cinco años en el Beagle recogió decenas de fósiles y, tras leer las obras de Lyell, llegó a ver la evolución como un uniformitarismo biológico que ocurría a los largo de generaciones y, por tanto, era demasiado lento como para percibirlo.