Los 19 niveles de organización de la materia

Desde las partículas subatómicas hasta cúmulos de galaxias, pasando por nuestras células y los ecosistemas. En este artículo haremos un viaje para descubrir cómo se organiza la materia en el Universo.
Niveles organización materia

Todo aquello que tenga masa y volumen y que, por lo tanto, ocupe un espacio, recibe el nombre de materia. Pero más allá de esto, los niveles de organización que puede presentar son increíblemente variados.

Desde la partícula de materia más pequeña conocida, que recibe el nombre de partícula de Planck, con un tamaño de 1’5 x 10^-34 metros hasta observar el Universo como un “todo”, con un diámetro de 93.000 millones de años luz. Eso significa que, si fuéramos capaces de viajar a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo) tardaríamos todos estos miles de millones de años en atravesarlo.

Sin duda, son cifras que se escapan de nuestra razón. Por ello, y como un intento para encontrar orden dentro de este inevitable caos, los físicos han propuesto una clasificación de la materia en distintos niveles de organización.

En el artículo de hoy emprenderemos un viaje a través del Universo, desde lo más minúsculo hasta lo más gigante. Empezando por el nivel subatómico donde las leyes de la física parecen no cumplirse hasta llegar a los límites del Universo observable, aprenderemos cómo se estructura la materia.

¿Cómo se organiza la materia en el Universo?

Todo aquello que vemos (e incluso lo que no percibimos por ser demasiado pequeño o demasiado grande) está formado de materia, la cual se organiza de la siguiente manera. Empecemos, pues, nuestro viaje a lo largo de los distintos niveles de organización de la materia del Cosmos.

1. Nivel subatómico

El nivel subatómico es, por ahora, el nivel más bajo de organización de la materia. Pero, ¿cómo se sabe esto? Porque, por el momento, no hay constancia de que las partículas que conforman este nivel estén formadas por la unión de otras partículas más pequeñas. Este “mundo” continúa siendo un enigma para los físicos, pues las leyes de la física parecen no cumplirse.

El nivel subatómico se divide en fermiones y bosones. Absolutamente todo lo que hay en el Universo está compuesto de estas partículas subatómicas. Los fermiones (donde se incluyen los electrones) es aquello que da masa a los cuerpos, mientras que los bosones, pese a no dar masa, son las partículas que median las fuerzas naturales (gravedad, electromagnetismo y fuerza nuclear) que afectan a la materia.

Estamos hablando de tamaños que se encuentran por debajo de los 10^-17 metros, algo que nuestro cerebro no es ni capaz de imaginar. Por no hablar de que la singularidad de un agujero negro, es decir, el punto de infinita gravedad es una partícula (la más pequeña conocida) con un tamaño de 10^-34 metros o que además de la materia, existe la antimateria, la cual está formada por antipartículas. Sin duda, un mundo asombroso pero increíblemente complejo.

2. Nivel atómico

Estas partículas subatómicas se organizan entre ellas para dar lugar al siguiente nivel de la materia: el atómico. En él, pese a que las cosas siguen siendo misteriosas, estas suceden de forma más similar a lo que dictan las leyes de la física. Un átomo consiste en un núcleo formado por neutrones (sin carga eléctrica) y protones (con carga positiva) alrededor del cual orbitan los electrones (con carga negativa).

Dependiendo del número de protones en el núcleo (el de electrones puede variar), estaremos ante un elemento u otro. Es decir, es el número de protones en el átomo lo que determina el elemento. El oxígeno, el carbono, el hierro, el oro… Cada uno tiene un número “intocable” de protones.

Cada átomo, pues, tiene unas propiedades químicas concretas. Es decir, cada uno interacciona con otros átomos de una forma particular, lo que determina la organización del siguiente nivel. Sea como sea, en el nivel atómico estamos hablando de tamaños que van desde los 62 picómetros (un picómetro son 10-12 metros) en el átomo de helio hasta los 596 picómetros en el átomo de cesio.

Átomo

3. Nivel molecular

Las interacciones entre los átomos conducen al siguiente nivel de organización de la materia: el molecular. Las moléculas son, pues, organizaciones de átomos. Cada molécula tiene unas propiedades únicas que nacen de las características de los distintos átomos que la forman y de los enlaces que establecen estos para unirse. El más claro ejemplo es la molécula de agua, que nace de la unión, a través de un enlace covalente (el más fuerte químicamente), de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Cuando estas moléculas están formadas por átomos de, al menos, dos elementos distintos, hablamos de compuesto químico. Además, si uno de estos elementos es el carbono, se trata de una molécula orgánica. Si tiene cualquier otro elemento menos el carbono, es una molécula inorgánica.

4. Nivel macromolecular

Nos vamos acercando a la vida como la conocemos. Y es que en determinadas ocasiones, las moléculas orgánicas pueden interaccionar entre ellas formando polímeros, es decir, moléculas más grandes. Estas macromoléculas son la base de la vida, pues su mayor complejidad estructural deriva en una mayor complejidad funcional, pudiendo desarrollar funciones biológicas. En este sentido, moléculas orgánicas sencillas pueden organizarse entre ellas para dar lugar a las cuatro macromoléculas que representan el pilar de la vida: ácidos nucleicos (el ADN), proteínas, hidratos de carbono y lípidos.

Con estas macromoléculas, los seres vivos tienen lo que necesitan para existir. Y es que estas macromoléculas, cuando trabajan juntas, permiten la entrada en el siguiente nivel de organización y, en definitiva, la formación de la vida.

5. Nivel celular

Llegamos por fin, después de este viaje, a la vida. No olvidemos que cada nivel de organización deriva del anterior, por lo tanto, es importante tener en cuenta que todas nuestras células vienen del primer nivel que hemos visto: el subatómico. Sea como sea, el nivel celular nace de la interacción entre macromoléculas, moléculas orgánicas y moléculas inorgánicas. La célula es la entidad de materia más pequeña que reúne las características para “estar viva”. En los organismos unicelulares (como las bacterias) la organización termina aquí, pero para los pluricelulares (como los humanos) continúa.

6. Nivel tisular

Las células se organizan entre ellas para dar lugar al siguiente nivel de la materia: el tisular. Los tejidos de los seres vivos nacen de la unión de células similares tanto en morfología como en fisiología, es decir, especializadas en desempeñar una función concreta. Tenemos, por ejemplo, el tejido muscular, que surge de la organización de células musculares.

7. Nivel orgánico

Los tejidos, a su vez, se organizan entre ellos para dar lugar a los órganos, que son estructuras del organismo especializadas en desarrollar una función muy concreta. En este sentido, el tejido muscular que comentábamos anteriormente se une con otros para dar lugar, por ejemplo, al corazón. De igual modo, el cerebro, los ojos, el estómago, los intestinos, la piel, los pulmones… Todos ellos son órganos que surgen de la organización entre tejidos.

8. Nivel sistémico

Los órganos del cuerpo, a su vez, se organizan entre ellos para formar sistemas de órganos. En este sentido, el corazón se organiza con los vasos sanguíneos para formar el sistema cardiovascular. De igual modo, tenemos el sistema nervioso, respiratorio, locomotor… Una vez el organismo tiene sus sistemas en buenas condiciones, puede desempeñar adecuadamente sus funciones biológicas.

9. Nivel organísmico

El nivel organísmico es el último nivel de organización de los seres vivos y nace de la unión de todos los sistemas de órganos. Cada uno de nosotros, como individuos, conformamos este nivel de organización, el cual, recordemos, viene de la suma de los ocho niveles anteriores. En el caso de los organismos unicelulares, el nivel organísmico y el celular son el mismo.

Y dependiendo de cómo sea el individuo en este nivel, este pertenecerá a una especie concreta, ya sea animal, vegetal, bacteriana o fúngica. Lo importante es que, a pesar de que ya tengamos un individuo en sí, los niveles de organización de la materia no terminan. De hecho, estamos lejos del final de nuestro viaje.

10. Nivel poblacional

Este nivel de estructuración de la materia nace de la unión de individuos de una misma especie. En este sentido, todos los seres humanos, como bloque, constituimos este nivel poblacional de la materia. Y sucede lo mismo con todas las otras especies.

11. Nivel comunitario

Pero como es obvio, en un mismo ambiente habitan distintas especies. Por ello, el siguiente nivel de organización de la materia es el que nace de la interacción entre las distintas especies que comparten un mismo ecosistema. El nivel comunitario está formado por nosotros y todas las especies animales, vegetales, bacterianas y fúngicas que comparten un espacio con nosotros.

Perro

12. Nivel ecosistémico

Pero seguramente a lo largo de este artículo te has preguntado: “¿Y qué pasa con toda aquella materia que no son seres vivos”? Aquí llegamos. Los ríos, las montañas, las piedras, los gases de la atmósfera… Toda aquella materia inorgánica (que viene, de nuevo, del nivel molecular) con la que interaccionamos en nuestro ecosistema debe ser tenida en cuenta. Por ello, el siguiente nivel de organización de la materia es el ecosistémico, que nace de la unión entre el nivel comunitario (el conjunto de especies de un ambiente) y toda la materia inorgánica con la que los seres vivos interaccionan.

13. Nivel biosfera

El último recorrido por nuestro mundo antes de abordar la infinidad del Universo. El nivel biosfera es el que nace de la unión entre todos los ecosistemas de la Tierra, con todas y cada una de sus especies y todos los ambientes inorgánicos que la constituyen. Y esto es extrapolable a cualquier otro planeta del Cosmos, tengan o no vida en su superficie.

14. Nivel astronómico

Como hemos dicho, abandonamos la Tierra. Y llegamos así al siguiente nivel de organización de la materia: el de los cuerpos astronómicos. En este nivel se incluyen todos los objetos con masa que se encuentran en el espacio, pero considerándolos como cuerpos individuales. Planetas, satélites, estrellas, agujeros negros, polvo cósmico, cometas, asteroides… Todos ellos son cuerpos astronómicos, aunque, como veremos, pueden seguir organizándose.

15. Nivel de sistemas de estrellas

Normalmente, cada uno de estos cuerpos astronómicos se relaciona con otros por acción de la gravedad. Y cuando esto sucede es porque, generalmente, hay una estrella que ejerce una potente atracción sobre los objetos que se encuentran dentro de su “anillo” de gravedad. En este sentido, el sistema solar sería un claro ejemplo de este nivel de organización de la materia, donde incluimos en un mismo “pack” al Sol, los 8 planetas que orbitan a su alrededor y sus respectivos satélites, además de otros objetos atrapados por la gravedad de nuestra estrella.

Nuestro sistema solar tiene un tamaño de 12.000 millones de kilómetros, lo que significa que un rayo de luz tarda casi medio día en atravesarlo.

16. Nivel de cúmulo estelar

De todos modos, nuestro Sol es una más de las miles de millones de estrellas presentes en nuestra galaxia. Y si vamos a un nivel mucho más alto, podemos ver cómo las estrellas se “organizan” entre ellas, aunque lo que de verdad sucede es que por acción de su gravedad conjunta, permanecen relativamente unidas (aunque nuestra estrella más cercana está a cuatro años luz) formando los conocidos como cúmulos estelares. Estas regiones presentes dentro de las galaxias están constituidas por agrupaciones de hasta varios millones de estrellas. Por lo tanto, en este nivel estamos hablando de distancias de miles de años luz.

17. Nivel galáctico

Estos cúmulos estelares, a su vez, se organizan entre todos ellos para formar una galaxia. Este nivel galáctico es una agrupación de miles de millones de estrellas que permanecen unidas entre ellas por la acción gravitatoria de un agujero negro inmenso presente en el centro de la galaxia en cuestión. En nuestro caso formamos parte de la Vía Láctea, una galaxia con un tamaño de 52.800 años luz. Y aunque resulte asombroso, no es ni por asomo de las más grandes del Universo. Sin ir más lejos, nuestra galaxia vecina (Andrómeda) es el doble de grande.

18. Nivel de cúmulo galáctico

Seguimos aumentando de nivel. Y es que nuestra galaxia es simplemente una más de las miles de millones que hay en el Universo. E igual que sucedía con las estrellas dentro de cada una de las galaxias, estas propias galaxias, por acción de la gravedad, forman cúmulos. Estos cúmulos galácticos son agrupaciones de entre decenas y miles de galaxias relativamente juntas por la atracción entre ellas.

Nuestra galaxia se encuentra dentro del conocido como Grupo Local, un cúmulo galáctico con una extensión de 5.000.000 de años luz y formado por unas 40 galaxias unidas por la gravedad, aunque las distancias que las separan son increíblemente grandes. De todos modos, tal es la atracción que se estima que nuestra galaxia y Andrómeda terminarán colisionando y fusionándose en una galaxia mayor. Aunque estamos tan separadas (y eso que es la más cercana y que nos acercamos a 300 kilómetros por segundo) que esto no sucederá hasta dentro de 5.000 millones de años.

19. El Universo

Terminamos aquí nuestro viaje. No hay nada más grande. La materia no puede organizarse (hasta que no se descubra que realmente existe el multiverso, es decir, que nuestro Universo sea uno más de muchos o infinitos otros Cosmos) en ningún nivel superior. Toda la materia se encuentra dentro de los límites del Universo observable, que nace de la unión de todos los cúmulos galácticos.

El Universo tiene un diámetro de 93.000.000.000 de años luz. Y teniendo en cuenta que un año luz son aproximadamente 10.000.000.000.000 de kilómetros, es imposible visualizar lo increíblemente inmenso que es.

Universo

Referencias bibliográficas

  • Shapshak, P. (2018) “Astrobiology - an opposing view”. Bioinformation.
  • Wu, E. (2015) “Subatomic Particle Structures and Unified Field Theory Based on Yangton and Yington Hypothetical Theory”. American Journal of Modern Physics.
  • Krishnamurthy, K.V., Bahadur, B. (2015) “Organization at the Cellular Level”. Springer India.
  • Javadi, H. (2019) “What is the Universe made of? And how it works? From the point of view of CPH theory”. The General Science Journal.
  • Sen Gupta, T. (2020) “From nothing to everything: Formation of universe”. International Journal of Engineering Science Invention.
Pol Bertran Prieto

Pol Bertran Prieto

Microbiólogo y divulgador

Pol Bertran (Barcelona, 1996) es Graduado en Microbiología por la Universidad Autónoma de Barcelona. Máster en Comunicación Especializada con mención en Comunicación Científica por la Universidad de Barcelona. Apasionado por la divulgación de la salud y la medicina y aficionado del deporte y el cine.