COLEGIO DE BIOLOGÍA ÁREA 2 BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD Grado 5° Clave 1502 Plan 96
GUÍA DE ESTUDIO
BIOLOGÍA IV
Autores:
Eduardo Adolfo Delgadillo Cárdenas María Teresa Domínguez Magallón José Manuel Gabriel Cruz Silvia López Eslava
Coordinación:
María Teresa Domínguez Magallón
Agradecimientos:
José Cosme Aguilar Bazán, por la elaboración de los dibujos. Luis Gerardo Parra Casanova, por las fotografías.
Revisión 2012:
Alma Cecilia Rosas Pulido Cecilia Verduzco Martínez
Coordinación 2012: Hilda Claudia Morales Cortés
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
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Escuela Nacional Preparatoria Directora General: Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar Secretario Académico: Biól. Alejandro Martínez Pérez
Diseño de portada: DCV. Cintia Amador Saloma Actualización de la edición: DCG. Edgar Rafael Franco Rodríguez 4ª edición: 2012 © Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria Dirección General Adolfo Prieto 722, Col. Del Valle C. P. 03100, México, D. F. Impreso en México
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PRESENTACIÓN La Escuela Nacional Preparatoria ha trabajado durante casi 145 años en la formación de jóvenes llenos de ideales y metas por cumplir, con deseos de superación y comprometidos con su país, a quienes tenemos que guiar y conducir hacia el logro de sus éxitos académicos, factores que reforzarán su seguridad personal. Las herramientas que adquieran los estudiantes, durante esta etapa escolar, serán fundamentales, columna vertebral que sostenga sus estudios profesionales, con lo que el desarrollo de habilidades y actitudes se verá reflejado en su futuro próximo. Es nuestra responsabilidad dotar a los alumnos de todos los materiales didácticos que ayuden a enfrentar los retos de adquisición del aprendizaje, para que continúen con sus estudios de manera organizada, armónica y persistente. Por lo mismo, los profesores que integran esta dependencia universitaria, trabajan de manera colegiada; ponen toda su energía en desarrollar las Guías de estudio para aquellos alumnos que, por cualquier razón, necesitan presentar un examen final o extraordinario y requieren elementos de apoyo para aprobarlos y concluir sus estudios en la Preparatoria. La presente Guía de estudio es un elemento didáctico que facilita la enseñanza y el aprendizaje. Se puede utilizar de manera autodidacta o con la ayuda de los muchos profesores que a diario brindan asesorías en cada uno de los planteles de la Escuela Nacional Preparatoria. Continuaremos buscando más y mejores elementos didácticos: presenciales y en línea, con el objetivo de ayudar a nuestros alumnos a que aprueben y egresen del bachillerato. Sólo me resta desearles éxito en su camino personal y profesional. Juntos por la Escuela Nacional Preparatoria. Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar Directora General
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PRESENTACIÓN DE LOS AUTORES La guía de estudio para el programa de BIOLOGÍA IV de la Escuela Nacional Preparatoria, tiene por objeto apoyarte en el proceso de autoaprendizaje y/o prepararte para el examen ordinario o extraordinario, mediante la orientación en el estudio de los principales procesos biológicos y temas relacionados. Se estructura de la siguiente manera: 1. Se presentan las seis unidades incluidas en el programa de Biología IV de la Escuela Nacional Preparatoria. 2. Cada unidad presenta una introducción sobre los contenidos básicos. Se abordan los contenidos generales y particulares más importantes. 3. Se anexan lecturas cortas en las que se incluyen el manejo de los conceptos fundamentales que debes conocer en cada unidad. 4. Se sugieren libros de texto que, junto con tus notas de curso, te servirán de apoyo para contestar la guía. Es pertinente aclarar que los libros sugeridos no son los únicos que puedes consultar, pero si los que se recomiendan por su nivel y que están en la biblioteca de tu plantel. 5. Se incluyen algunas sugerencias de páginas electrónicas con las cuales podrás complementar la información. 6. Este documento es solo una guía, no basta con leer los contenidos de la misma, debes consultar la bibliografía sugerida, además de hacerlo con tiempo suficiente. 7. En cada unidad encontrarás una serie de preguntas y ejercicios que te permitirán reforzar los conocimientos adquiridos. 8. Al final se ofrece un ejemplo de examen que te ayudará a evaluar tu aprendizaje y a familiarizarte con el tipo de preguntas que presentan los exámenes. Es necesario puntualizar que las preguntas de la guía son diferentes a las de los exámenes, sobre todo del extraordinario. 9. Se recomienda asistir a las sesiones de asesoría permanente que dan profesores en tu plantel, consulta los días y horarios según tu disponibilidad de tiempo.
IMPORTANTE. El autoaprendizaje requiere de un mayor esfuerzo de tu parte, se necesita tiempo para la lectura y el análisis de éste y otros textos. La comprensión de algunos procesos biológicos hace necesaria la utilización de materiales didácticos como modelos, presentaciones y videos, por tanto, debes dedicar el tiempo suficiente para revisarlos. Todos ellos los encontrarás en la biblioteca de tu plantel.
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ÍNDICE
Introducción ............................................................................................................. 6
Propósitos ............................................................................................................... 7
Unidad I La biología como ciencia ......................................................................................... 9
Unidad II La célula, unidad estructural y funcional de los seres vivos .................................. 21
Unidad III Procesos para la continuidad de la vida ................................................................ 40
Unidad IV Evolución de los seres vivos ................................................................................. 55
Unidad V Historia evolutiva de la diversidad biológica .......................................................... 67
Unidad VI Los seres vivos y su ambiente .............................................................................. 75
Autoevaluación ...................................................................................................... 87
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INTRODUCCIÓN La asignatura de Biología IV es obligatoria y de carácter teórico-práctico, está incluida en el mapa curricular de la Escuela Nacional Preparatoria en el quinto grado del bachillerato y forma parte del área de formación de las Ciencias Naturales. El curso de Biología IV significará para muchos alumnos el último contacto con la asignatura, por lo que su desarrollo, más que profundizar sobre los temas, permitirá que adquieras los conceptos biológicos fundamentales, desarrolles habilidades, aptitudes y valores que complementen tu cultura biológica y formación integral. El curso inicia con la discusión del tema “la biología como ciencia”, con el fin de establecer cuál es la concepción de ciencia que se debe tener a lo largo del curso. Continúa con el estudio de los procesos celulares y el análisis de procesos biológicos como genética y evolución, hasta terminar con el análisis de los macroprocesos comunes a todos los seres vivos. La secuencia propuesta implica la necesidad de un manejo constante de los conocimientos que vas adquiriendo para reforzarlos, ampliarlos e integrarlos al estudio de temas de mayor complejidad o especializados, de tal forma que se favorezca una interacción con el objeto de estudio y esto se traduzca en un manejo real de los temas y te permita entender a la Biología como una ciencia. El curso de Biología IV tiene como antecedentes de la disciplina, los cursos de Biología de nivel medio básico (Iniciación Universitaria o Educación Secundaria) y como materias consecuentes los cursos de Biología V y Temas Selectos de Biología del sexto grado del bachillerato. Es importante mencionar que del primer grado de bachillerato se retoman conocimientos de las siguientes materias: -
Física III. Aborda el estudio de conceptos como: calor, energía y temperatura, fundamentales para la comprensión de los procesos biológicos.
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Geografía. Aporta elementos fundamentales para el estudio de la distribución de los seres vivos.
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Historia universal. Permite la ubicación de los antecedentes históricos del pensamiento científico, su evolución y la generación de conceptos basados en las principales teorías.
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Lógica. Proporciona los elementos para conceptualizar los aspectos de la ciencia y sus métodos de estudio.
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Matemáticas. Brinda las bases para el razonamiento. Así como la principal herramienta para interpretar a los fenómenos biológicos.
Las relaciones de este curso con las asignaturas de quinto grado son: - Educación para la Salud y Química III. Proporcionan elementos que te sirven para entender la composición, estructura y funcionamiento de los seres vivos a través de un enfoque científico.
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Ética, Historia y Matemáticas. Permitirán desarrollar tu capacidad de reflexión y razonamiento, además de ubicar el conocimiento en un contexto histórico-social.
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Etimologías Grecolatinas del Español. Favorece la comprensión del lenguaje común y el lenguaje especializado.
La relación con materias consecuentes es: -
Biología V. Profundiza en el estudio de los procesos biológicos.
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Química IV. Analiza la materia y la estructura en relación con la vida.
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Física IV. Estudian aspectos como ósmosis, propiedades eléctricas de la materia, capilaridad y tensión superficial, que permiten comprender mejor los procesos vitales.
PROPÓSITOS Al revisar esta unidad deberás ser capaz de: 1. Reconocer la importancia de la biología para el desarrollo científico y social. 2. Conocer los conceptos fundamentales y principios unificadores de la biología que le permitirán la comprensión de la estructura y funcionamiento de los seres vivos, para con ello, valorar la vida en todas sus formas y así fomentar en él una actitud responsable frente a la naturaleza y el ambiente. 3. Iniciarte en la aplicación de la metodología de investigación básica, desarrollando actividades de búsqueda de información bibliográfica y experimental, de organización y análisis de la información obtenida, para aplicarla en el reconocimiento, planteamiento o resolución de problemas cotidianos y particulares de la disciplina. 4. Iniciarte en el manejo básico de equipo y de materiales de laboratorio y adquiera una disciplina de trabajo y responsabilidad en las tareas a realizar. 5. Reconocer como un ser vivo integrante de la naturaleza y busque aplicar los conocimientos biológicos en las actividades cotidianas para mejorar su calidad de vida. 6. Emitir juicios críticos y desarrollar actitudes serias y responsables frente a su vida, la naturaleza y la sociedad. 7. Desarrollar el interés por la materia e inclusive por una carrera del área de las Ciencias Biológicas y de la Salud que se refleje en un incremento de la matrícula de los alumnos en dicha área del sexto grado de bachillerato y de estas licenciaturas.
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Unidad I La Biología como ciencia
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INTRODUCCIÓN Estudiarás la importancia de la biología como generadora de conocimiento, sus métodos de estudio, su relación con otras ciencias y su papel en el desarrollo de la tecnología para beneficio de la sociedad. Deberás recordar como es tu laboratorio y las normas de seguridad que debes seguir para tu cuidado y el de tus compañeros. Con esta base, emplearás los elementos de la metodología de investigación como eje para el desarrollo de conocimientos en las siguientes unidades.
PROPÓSITOS Al revisar esta unidad deberás ser capaz de: 1. Reconocer las características que distinguen a la ciencia. 2. Reconocer que la biología es una ciencia. 3. Comprender como se ha dado el proceso de construcción del conocimiento biológico. 4. Entender que la biología tiene amplia relación con otras ciencias. 5. Reconocer que la biología tiene relación con la tecnología y con la sociedad. 6. Saber que la biología utiliza diversos métodos para la obtención de conocimiento, y discutir la validez del método científico experimental. 7. Reconocer como es tu laboratorio de biología y reconocer cuáles son los materiales y equipos básicos. 8. Observar las reglas básicas de seguridad y comportamiento en el laboratorio. 9. Recordar cuáles son los principios unificadores que comparten los seres vivos.
1. EL CARÁCTER CIENTÍFICO DE LA BIOLOGÍA. Cómo se construye el conocimiento científico. El conocimiento que se genera a través de la ciencia se debe a la interpretación de los datos percibidos mediante los sentidos. Podemos ver, oír, saborear, oler o tocar para conocer. Sin embargo, la cercanía con el fenómeno no es siempre la misma, a medida que contamos con más y mejores instrumentos, obtenemos nueva información, lo que nos permite conocer mejor el fenómeno. Las explicaciones científicas difieren según los instrumentos con que se cuente y el modo como se aborde el estudio, por lo anterior se tendrá una explicación distinta del mismo fenómeno. Las teorías científicas son producto de un complicado proceso mental que se inicia cuando se realiza voluntariamente la búsqueda de conocimiento. Las preguntas que se hacen los investigadores son qué buscar, por qué buscar y cómo buscar. ¿Cómo investigan los científicos?, ¿Es de la misma manera en todos los casos? La forma en que los hacen depende, además de los equipos, instrumentos y técnicas disponibles en una época determinada, de su formación académica, filosófica, política y hasta religiosa. Es cierto que la investigación científica debe ser objetiva, se deben evitar la subjetividad, sin embargo, el hecho de que la ciencia es una actividad realizada por seres
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humanos, en ocasiones existe un cierto grado de subjetividad en la interpretación de los fenómenos, debido principalmente a las influencias familiares, de la sociedad, académicas y en general de las experiencias vividas. Las teorías científicas deben aplicarse a la mayoría de los casos, es decir deben generalizarse. Estas son válidas mientras sirvan para interpretar los resultados de las investigaciones que se realizan en ese momento y si es que sirven de marco teórico para la realización de otras.
Características de la ciencia. La ciencia nace cuando civilizaciones antiguas como los griegos, empezaron a recopilar, organizar y sistematizar conocimientos acumulados a través del tiempo, otorgándole a este conocimiento un carácter racional, generando conceptos y en algunos casos teorías que fueron acabando con las explicaciones sobrenaturales o metafísicas y que fueron los primeros intentos del hombre por explicar lo que sucedía en su entorno. Actualmente, la ciencia se ha convertido en una actividad social fundamental para la humanidad, sin embargo, su desarrollo y explicaciones han variado a lo largo del tiempo dependiendo del estado que guardan algunos factores sociales, históricos, filosóficos y de desarrollo de nuevos conceptos científicos. Para tratar de entender lo que es la ciencia, tenemos que remontarnos a dos propuestas que realizaron dos grandes pensadores de la antigüedad: Aristóteles y Galileo. Aristóteles sostenía que las explicaciones científicas se realizaban siguiendo un camino inductivo, que comprendía la observación de los fenómenos hasta el establecimiento de principios generales o principios explicativos. Galileo, por otro lado, propuso que los fenómenos se podían medir, es decir, lo que sucedía en la naturaleza se podía explicar mediante leyes cuantificables. Durante la revolución industrial, en el siglo XIX, las ciencias que utilizaban el método experimental, puesto de moda durante el siglo XVII por Galileo, eran las que tenían el respeto de la comunidad, mientras que la filosofía y las ciencias sociales eran despreciadas por la mayoría. Posteriormente, algunos filósofos de la ciencia como Karl Popper, Thomas S. Kuhn e Imre Lakatos entre otros, han tratado de explicar la ciencia tomando en cuenta su papel histórico, la forma en que se construyen las teorías, los métodos para llevarla a cabo y el papel que juegan los científicos. La ciencia: - Es una actividad humana que trata de comprender y explicar fenómenos sociales y naturales del mundo que nos rodea. - Surge de la sociedad y constituye una parte importante de ella. No existe ciencia fuera de la sociedad. - Las explicaciones científicas se desarrollan por diferentes estructuras o unidades de cambio conceptual y metodológico: hipótesis, teorías, paradigmas o programas de investigación. - Las teorías científicas se desarrollan de forma deductiva. Se parte de un marco teórico de referencia y se diseñan hipótesis de trabajo para comprobar su validez o no. - Las teorías científicas tienen una validez histórica, es decir, no existen verdades absolutas. Son aceptadas en un contexto histórico, político, social y científico determinado y siempre son susceptibles al cambio, rechazo o mejoramiento. Estos son los llamados paradigmas científicos.
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- Los experimentos se diseñan basados en la teoría y no al revés. - Existe una pluralidad metodológica para el desarrollo de la ciencia y estos métodos dependen del objeto de estudio y los fines que persigue la ciencia. - Los científicos intentan desarrollar su actividad científica apegados a la objetividad, sin embargo, debido a que es una actividad humana siempre se pueden presentar un cierto grado de subjetividad debido a preferencias políticas, religiosas, familiares o económicas. La ciencia no es moralmente neutra. - La ciencia en la mayoría de los casos responde a los intereses de la sociedad en el poder, es decir es clasista. - Los conocimientos generados por la ciencia, en muchas ocasiones no avanzan en línea recta, a veces se estancan, y luego pueden dar grandes saltos o modificarse completamente. Esto se debe al modo como se construyen estas explicaciones científicas. Si esto ocurre, existe un cambio de paradigma. Con las consideraciones anteriores una definición de ciencia podría ser: “Es una actividad humana que trata de comprender y explicar fenómenos sociales y naturales del mundo que nos rodea, surge de la sociedad y constituye una parte importante de ella. Sus explicaciones se desarrollan por diferentes estructuras o unidades de cambio conceptual, lo hacen de forma deductiva, tienen una validez histórica, es decir, no existen verdades absolutas. Existe una pluralidad metodológica que depende del objeto de estudio y los fines que persigue la ciencia. El método científico experimental no es el único camino para desarrollar la actividad científica y los experimentos se diseñan basados en la teoría. La ciencia debe ser objetiva pero existe un pequeño grado de subjetividad debido a que no es moralmente neutra. La ciencia puede ser clasista”.
La biología como ciencia. Un ejemplo acerca de la historia del desarrollo de la biología La biología es una ciencia ya que cumple con todas las características y propiedades que utilizamos para definirla como “ciencia”. Nace en el siglo XIX, tiene un cuerpo teórico y metodológico propio, los biólogos trabajan en comunidades especializadas, utilizan paradigmas y cuando éstos ya no explican los fenómenos estudiados entonces construyen otros nuevos. Los científicos diseñan proyectos de investigación y deben comunicarlos a otros científicos a través de congresos, foros, publicaciones, etcétera y además someter al escrutinio de otros científicos la validez de sus teorías. Utiliza diferentes métodos para el desarrollo de sus teorías, sobre todo el experimental, pero no es el único. Las observaciones y los experimentos siempre se hacen en el marco de una teoría.
El objeto de estudio de la biología. Por definición, el objeto de estudio de esta ciencia ha sido definida como el estudio de la vida, pero ¿cómo definimos lo que está vivo? La biología como ciencia avanzó rápidamente cuando se centró en el conocimiento de lo que significa ser vivo. Existen ciertas características o propiedades asociadas a los organismos vivos. Así, podemos decir que los seres vivos se caracterizan por presentar: Ø evolución biológica. Ø programas genéticos. Ø genotipo y fenotipo.
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Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
los mismos elementos químicos que la materia inanimada. biomoléculas como ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos. células. metabolismo. mecanismos de control y regulación. reproducción. crecimiento y diferenciación. complejidad y orden. respuesta a estímulos del ambiente
Un ejemplo acerca de la historia del desarrollo de la Biología La Teoría Celular. Nota: Revisa el apartado: Desarrollo de la Teoría Celular en la unidad II. Como corolario de este tema recuerda que el conocimiento científico se desarrolla de acuerdo al conocimiento de la época, la tecnología disponible y que sus propuestas son aceptadas en un contexto histórico, político, social y científico determinado y siempre son susceptibles al cambio, rechazo o mejoramiento. En la actualidad, la teoría celular sostiene cuatro propuestas fundamentales: a) todos los organismos están compuestos por células; b) en ellas tiene lugar las reacciones metabólicas del organismo; c) las células provienen de otras células preexistentes; y la última propuesta incorporada sería d) las células contienen el material hereditario. ACTIVIDAD 1.1. Lee las siguientes características de la ciencia, reflexiona y responde a las preguntas.
El carácter científico de la Biología. ·
Una de las características esenciales de la ciencia es que empieza y acaba siempre en la REALIDAD. Parte de hechos reales, los respeta y siempre vuelve a ellos.
Reflexiona: ¿La brujería, la magia y la astrología (no astronomía) pueden ser consideradas o incorporadas al conocimiento científico? ·
OBJETIVIDAD: Significa que los conocimientos obtenidos existan realmente, fuera del sujeto que lo genera o conoce. Por lo tanto, el conocimiento no debe depender del sujeto (el científico), ni de sus intereses personales o institucionales, ni de sus sentimientos.
Reflexiona: ¿El patentar vida como lo ha hecho la empresa Celera Genomics (institución que apoyó en el desciframiento de la secuencia del genoma humano) con sus ratones genéticamente modificados, se apega a lo que consideramos como objetividad? ¿Son éticamente neutrales la ciencia y la tecnología? ·
RACIONALIDAD: Los conceptos, ideas y/o experimentos deben apoyarse en juicios o raciocinios y no en suposiciones al azar o imaginaciones. La razón tiene que ser la fuente y única base del valor del conocimiento humano.
Reflexiona: ¿Deberá considerarse la suposición de un científico que afirma que los seres humanos podemos fotosintetizar nutrimentos, y para sustentar su investigación solicita recursos?
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·
SISTEMÁTICA: Al ser una forma de organización, el conocimiento científico no debe ser un agregado de información al azar, sino más bien un sistema de proposiciones, hechos y teorías, relacionados lógicamente entre sí y que formen un cuerpo de real conocimiento.
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VERIFICABLE: Significa que las proposiciones, las hipótesis y teorías son susceptibles de comprobarse, ya sea a través de la experimentación (física, química o biología, por ejemplo) o mediante el razonamiento lógico (matemáticas y lógica), ya sea por las personas que lo generaron o por otras.
Reflexiona: Si un primer experimento da como resultado el dato X, y posteriormente una serie de experimentos ordenados y sistematizados, y hechos por diferentes sujetos para resolver el mismo problema, generan el dato Y, ¿podemos seguir considerando como válido el dato X? ·
FALIBILIDAD: Esto es que aunque siga un método y un orden, no está exenta de fallar.
Reflexiona: ¿Todo el conocimiento generado a través de un método, será siempre la verdad absoluta? ·
METÓDICA: Quiere decir que no es casual y existe un orden en los principios. Por lo tanto, no se deben realizar experimentos o actividades tendientes a validar una hipótesis sin un orden, sino que deliberadamente se planean y elaboran; al seguir un método el trabajo tiende a ser menos errático.
Reflexiona: ¿Si deseo realizar el cultivo de una bacteria en particular y requiero que no se contamine con ninguna otra, dicho experimento lo podré realizar con los materiales necesarios, en la cocina de mi casa? Como puedes observar el desarrollo de la biología actual cumple con todas las anteriores características, por lo tanto se puede afirmar que la biología es una ciencia, ya que en su seno se genera conocimiento en forma ordenada, sistematizada y validada.
2. RELACIÓN DE LA BIOLOGÍA CON LA TECNOLOGÍA Y LA SOCIEDAD. ACTIVIDAD 1.2. Desarrolla una investigación acerca de la Diabetes con énfasis en el estado - ¿Qué es la diabetes? que guarda en nuestro país y escribe las respuestas a las preguntas. - ¿Cuáles son sus síntomas? - ¿Qué aportes ha realizado la ciencia para el estudio de la diabetes? - ¿Qué ciencias intervienen en esta lucha contra la enfermedad? - ¿Qué apoyos de la tecnología para la lucha contra esta enfermedad se han obtenido? - ¿Qué papel juega la sociedad y por qué es importante para ella? Puedes consultar las páginas: http://www.fmdiabetes.com/www/diabetes/diabete.asp http://www.facmed.unam.mx/deptos/salud/periodico/diabetes/index.html www.msd.com.mx/msdmexico/patients/diabetes/diabetes_index.html http://www.geocities.com/diabetesac/infodiab.html http://www.sediabetes.org/web/contenidogeneral.asp?id=1080
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3. INTERACCIÓN DE LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS ENTRE SI Y CON OTRAS CIENCIAS ACTIVIDAD 1.3. Con la siguiente lista de disciplinas, realiza un mapa conceptual en el que se establezcan las relaciones intradisciplinarias de la biología. Biología molecular, Biología celular, Bioquímica, Genética, Fisiología, Biología del desarrollo, Morfología, Evolución y Sistemática, Ecología y Biología del comportamiento. Nota: Intradisciplinaria implica las relaciones que se dan dentro de la biología e interdisciplinaria la relación entre la biología y otras ciencias.
ACTIVIDAD 1.4. Realiza el mismo ejercicio, pero ahora busca cuáles son las disciplinas que tienen una relación interdisciplinaria con la biología.
4. METODOLOGÍAS DE INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA - Metodología general - Diferentes métodos en Biología - Método científico experimental ACTIVIDAD 1.5. Contesta las siguientes preguntas y realiza la actividad. a) ¿Existe un método para la investigación en biología? b) ¿En qué se basan cada uno de los diferentes métodos para la investigación en Biología? c) En tu biblioteca o Centro de Recursos para el Aprendizaje, solicita la película “Método científico” y obsérvala con atención, anotando lo que consideres relevante. d)¿Podrías reconocer los elementos que conforman el método científico experimental? ¿Cuáles son?
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Método científico, completa los siguientes enunciados. 1. Diseño de actividades tendientes a validar o no una hipótesis: ______________________. 2. Enunciado simple, no simplista que intenta explicar el fenómeno observado: ___________. 3. Permite conocer el nivel de certeza, tanto de la hipótesis como de los experimentos diseñados o, en caso contrario, formular nuevas hipótesis y modificar la actividad experimental.________________. 4. Es la obtención de consecuencias en un experimento: ____________________________.
5. LABORATORIO DE BIOLOGÍA: MEDIDAS DE SEGURIDAD. ACTIVIDAD 1.6. Marca con una V si la opción es verdadera o F si es falso. ___Puedo y debo consumir alimentos, beber o fumar dentro del laboratorio. ___Puedo jugar libremente en las instalaciones. ___Necesito conocer los sistemas de alerta, zonas de seguridad y rutas de evacuación. ___Todo producto químico debe ser manejado como si fuera tóxico. ___En caso de presentarse un derrame de material tóxico (como ácidos) debo limpiar yo mismo sin consultar a nadie. ___Es necesario mantener el área de trabajo, el equipo y los aparatos tan limpios como sea posible. ___Se deberá trabajar con bata de manera obligatoria y el cabello recogido. ___Debo utilizar la misma pipeta (sin enjuagar) para tomar o medir diferentes reactivos. ___Siempre que se trabaje con vapores irritantes, tóxicos o inflamables utilizar la campana de extracción. ___Para percibir el olor de un material o reactivo, debo acercarlo directamente a la nariz. ___No es necesario etiquetar todas las sustancias, ya que muchas de ellas son muy fácil de distinguir por su olor o sabor. ___Si tengo dudas acerca de un reactivo que parece una sal, lo puedo probar. ___Para preparar una disolución de un ácido o de una base concentrada, verter siempre el ácido sobre el agua y nunca al revés. ___El material de cristalería es frágil, por lo que debe manejarse con cuidado. ___Si es necesario, puedo arrojar a los desagües o tarjas residuos sólidos (grasa, papel, cerillos, telas, etcétera). ___Para desechar ácidos fuertes, debo primero neutralizarlos con una base y dejar un flujo conveniente de agua. ¿Crees que sean las mínimas necesarias o consideras que faltan algunas?
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Laboratorio de biología ACTIVIDAD 1.7. Reconoces los siguientes aparatos ¿Para qué sirven?
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
a) d) g)
Respuestas a equipo de laboratorio b) c) e) f)
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ACTIVIDAD 1.8. Reconoces los siguientes materiales ¿Para qué sirven?
a)
b)
d)
e)
h)
a) d) g) j)
i)
c)
f)
g)
j)
Respuestas a equipo de laboratorio b) c) e) f) h) I)
6. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS. ACTIVIDAD 1.9.
Los principios unificadores de los seres vivos son: unidad, diversidad, continuidad y cambio. ¿Qué significa cada uno de ellos? ¿Por qué es importante que los organismos tengan procesos de regulación y respuesta?
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AUTOEVALUACIÓN Contesta las siguientes preguntas 1. Presenta absolutamente todas las explicaciones a los problemas sociales y científicos de la humanidad ( ) a.- Religión b.- Ciencia c.- Tecnología d.- No existe propuesta que tenga todas las repuestas 2. Una definición de Ciencia podría ser “Actividad humana creativa, cuyo objetivo es la comprensión de la naturaleza y cuyo producto es el conocimiento obtenido por medio de un método científico organizado en forma deductiva y que aspira a alcanzar el mayor consenso” ( ) a.- Falso b.- Verdadero c.- Verdadero si se aplica a d.- Verdadero si se aplica a ciencias ciencias experimentales sociales 3. Requisitos que debería tener la ciencia ( __ y __ ) a.- Estar libre de b.- Ser clasista c.- Ser demagógica d.- Resolver los problemas que presiones externas atañen a la sociedad en su conjunto 4.- La sociedad mexicana no es una sociedad moderna ( ) a.- Ya que ha b.- Porque hemos c.- Porque copia d.- Porque prepara sus resuelto sus resuelto los problemas esquemas científicos cuadros básicos en necesidades económicos del extranjero ciencia y tecnología 5.- Los elementos del Método Científico deben seguirse en forma inalterable para poder alcanzar la verdad absoluta de lo que se investiga ( ) a.- No existen b.- Cierto c.- Falso d.- Pueden saltarse verdades absolutas elementos al azar 6. Implica realizar una serie de reflexiones acerca del propósito de la investigación ( ) a.- Planteamiento del b.- Teoría c.- Observación d.- Experimentación problema 7.- En el Método Científico Experimental los investigadores pueden manipular algún aspecto de la investigación para observar el comportamiento del fenómeno, cómo se le llama a esta variable que se manipula ( ) a.- Variable independiente b.- Factor de c.- Variable dependiente d.- Testigo experimentación 8. Se apoya en la utilización de instrumentos y técnicas ( ) a.- Hipótesis b.- Teoría c.- Resultados d.- Experimentación 9. Se realiza mediante la deducción y/o predicción ( ) a.- Hipótesis b.- Teoría c.- Resultados d.- Experimentación 10. Cada nuevo avance tecnológico debe aplicarse inmediatamente a la ciencia ( ) a.- Siempre se b.- No existe relación c.- En algunos casos d.- En algunos casos, cuando ha presentado entre estos dos donde existe interés existe una teoría que apoye la aplicación
Problemas resueltos 1. En un experimento realizado en una preparatoria de la UNAM se midió el efecto de la concentración de una sal disódica en la reproducción y morfología de una especie de hongo microscópico. Se probaron seis diferentes concentraciones (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 y 1.2 meq/L) y se analizó la respuesta de los microorganismos. Menciona cuáles son las diferentes variables de estudio (independiente, dependiente y constante) en el experimento anterior. 2. En un experimento en campo se midió la cantidad y calidad de proteína cruda que se obtiene en los granos del genotipo de maíz M-18, bajo cuatro diferentes niveles de fertilización nitrogenada (urea: 60, 70, 90 y 100 kg Nha-1). Se sembró todo en un suelo salino dividido en parcelas de 4 m2 por tratamiento y se les aplicó riego constante. Identifica las variables de estudio (independiente, dependiente y constante) en el experimento anterior.
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BIBLIOGRAFÍA. 1. Alonso Tejeda E. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Edición. México. Mac Graw Hill. 2. Arana Federico. 1975. Método experimental para principiantes, México. Joaquín Mortiz. 3. Audesirk Teresa, Audesirk Gerald y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall. 4. Cervantes Ramírez M. y M. Hernández Hernández. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural. 5**. Jiménez García Luis Felipe, Rosaura Ruiz Gutiérrez, Arturo Argueta Villamar, Juan Núñez Farfán, Irene Quiroz Amenta, Eduardo A. Delgadillo Cárdenas, Julieta Chacón López, María del Refugio Saldaña García, María Cristina Hernández Rodríguez. 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol 1. México. Pearson Educación – UNAM. 6. Palazón Mayoral Ana. 2002. La construcción de la Biología. Ciencias Bachiller 6. México. Escuela Nacional Preparatoria, UNAM. 7. Pérez – Granados Alejandro y María de la Luz Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana. 8. Cecie Starr y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson. **Se recomienda comenzar con la consulta de éste libro para la unidad en general y para cada pregunta en lo particular. En el caso de las preguntas acerca de laboratorios deberás ir a la biblioteca y realizar una investigación bibliográfica para poder contestar.
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UNIDAD II La célula, unidad estructural y funcional de los seres vivos
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INTRODUCCIÓN En esta unidad estudiarás los niveles de organización de la materia, la composición química de los seres vivos, la teoría celular, la estructura y funciones celulares, los tipos celulares, el metabolismo celular y las diferencias entre sistemas unicelulares y pluricelulares.
PROPÓSITOS Comprenderás que la estructura y los procesos metabólicos celulares son la base de la unidad y diversidad de los seres vivos.
1. ESTRUCTURA CELULAR COMO PRINCIPIO DE UNIDAD Y DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS. La célula es la unidad anatómica, funcional y de origen de los seres vivos. Es la unidad anatómica porque todos los seres vivos están formados por células (y sus productos); es la unidad funcional porque todo lo que son y lo que hacen los seres vivos depende de la función de sus células y de las interacciones con el ambiente; es la unidad de origen porque todos los organismos unicelulares y pluricelulares empiezan su vida como una célula. Cada célula se caracteriza por su estructura y sus funciones. La estructura es el conjunto organizado de los materiales que la forman; las funciones son las actividades que realiza y que la mantienen viva, y ambas están íntimamente relacionadas. Dentro de la gran diversidad biológica que existe, se tiene la necesidad de establecer puntos de unidad entre los seres vivos, para así comprender lo que entendemos por sistema viviente. Podemos hablar de unidad, ya que todos los seres vivos (moneras, protoctistas, hongos, plantas y animales) están constituidos por células y ahora sabemos que toda célula proviene de otra semejante a ella, entonces la vida proviene solo de la vida. Presentan un patrón casi idéntico de reproducción molecular mediante ácidos nucleicos y un código genético. La célula es la unidad estructural básica de todos los seres vivos y está constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (DNA), que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales por sí misma, y son: nutrición, relación y reproducción. Sin embargo, también podemos decir que existe diversidad, ya que los seres vivos no son iguales entre sí. Desde que apareció la vida en la Tierra, las protocélulas primero y los organismos celulares después, comenzaron a explotar la diversidad de condiciones ambientales. Como consecuencia, adoptaron formas y funciones muy variadas. Actualmente sabemos que existen alrededor de 1,750,000 especies distintas, pero se calcula que este número puede ser mucho mayor, quizá el doble. A pesar de que la diversidad biológica ha sufrido muchos cambios a lo largo del tiempo, no ha dejado de aumentar. Incluso considerando las extinciones locales y mundiales. El hombre, durante su historia, ha provocado la desaparición de muchas especies y ha puesto a muchas más en riesgo de extinción.
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ACTIVIDAD 2.1. Escribe en la línea según corresponda, la palabra unidad si es un proceso o característica común para todos los seres vivos o diversidad si no lo es.
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Transcripción del DNA en el núcleo celular ______________________ Los genes no siempre son unidades continuas ___________________ El código genético __________________________________________ DNA como molécula que guarda información genética _____________ Presencia de sistema nervioso ________________________________ Los seres vivos empiezan su vida como una célula ________________ Presencia de pared celular de celulosa __________________________ Tipos de alimentación y reproducción ___________________________ Los seres vivos están compuestos por biomoléculas _______________ Tamaño en el individuo adulto ________________________________ Presencia de proteínas ______________________________________
2. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA. Cuando se estudia la materia, se pueden identificar distintos grados de complejidad estructural y funcional que se conocen como niveles de organización. Actualmente se conocen varios niveles; entre ellos se encuentra el subatómico, que ha sido motivo de investigación en diversas disciplinas científicas, el atómico, el molecular, el celular, el individual, el poblacional y otros superiores a éste. Cada nivel posterior representa una forma de organización más compleja debido a que integra a los niveles inferiores, por ejemplo, los átomos se unen para integrar moléculas, algunas de las cuales se agrupan y dan lugar a las células, y éstas en conjunto forman tejidos, etcétera. Lo anterior explica por qué se incrementa la cantidad y el tipo de relaciones al pasar de un nivel a otro. Los niveles de organización biológica, desde el molecular hasta la biosfera, han facilitado el estudio de los seres vivos. A continuación se describen dichos niveles de organización: Átomo: La partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades del elemento. Molécula: Partícula compuesta de uno o más átomos que se mantiene unida por enlaces químicos; la partícula más pequeña de un compuesto que exhibe todas las propiedades de ese compuesto. Organelo: Estructura subcelular que se encuentra en el citoplasma de la célula y cumple una determinada función. Permite la división de trabajo dentro de la célula. Una célula procarionte tiene menos organelos comparada con una célula eucarionte. Célula: Es la unidad estructural básica de todos los seres vivos, que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales por sí misma, y son: nutrición, relación y reproducción. Tejido: Grupo de células generalmente similares, que en conjunto desempeñan una función específica. Órgano: Estructura compuesta por dos o más tipos de tejidos distintos que funcionan conjuntamente. Individuo: Cualquier ser vivo organizado.
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Población: Grupo de organismos de la misma especie que ocupan un lugar determinado, que se encuentran en el mismo tiempo y lugar, y que pueden cruzarse, real o potencialmente. Comunidad: Todas las poblaciones que interactúan dentro de un ecosistema. Biosfera: Parte de la Tierra y su atmósfera habitada por organismos vivos; incluye componentes vivos y no vivos.
3. LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS Elementos. La diversidad de formas, características y conductas que presentamos los seres vivos es tan grande que podríamos creer que la variedad de elementos que nos componen es igualmente enorme. Sin embargo, los elementos químicos necesarios para que haya vida en la Tierra se reducen a unos cuantos, que son los más ligeros de la tabla periódica. Sólo 30 de los más de 90 elementos que existen en la naturaleza son esenciales para los organismos. De hecho, un poco más del 97 % de las células está constituido por cuatro elementos químicos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (el clásico CHON, por los símbolos químicos de estos elementos). ELEMENTOS PREDOMINAN EN ELbibliografía CITOPLASMA ACTIVIDAD 2.2. Analiza laQUE siguiente tabla, consulta y describe la ELEMENTO SIMBOLO % DELmás TOTAL EN% ELde la importancia de los elementos biogenésicos que constituyen del 97 CUERPO HUMANO materia viva. Hidrógeno H 63.0 Oxígeno O 23.5 Carbono C 9.5 Nitrógeno N 1.4 Calcio Ca 0.31 Fósforo P 0.22 Potasio K 0.057 Azufre S 0.049 Sodio Na 0.041 Cloro Cl 0.026 Magnesio Mg 0.013 Hierro Fe 0.0039 VESTIGIALES (OLIGOELEMENTOS) Zinc Zn 0.00015 Manganeso Mn 0.00002 Cobre Cu 0.00002 Fluor F 0.00001 Yodo I 0.00001 Molibdeno Mo 0.00001 Cobalto Co 0.00001 Selenio Se 0.00001
Es sorprendente que todos los colores, las estructuras y las habilidades de los seres vivos estén hechos solo de éstos pocos elementos. Pero son los más simples y forman los enlaces más fuertes, que son necesarios para que las biomoléculas sean muy estables y resistentes. Además dichos átomos son capaces de formar uno, dos, tres o cuatro enlaces covalentes con otros elementos. Los elementos químicos que forman parte de la materia viva reciben el nombre de elementos biogenésicos, la mayoría de estos elementos se combina entre sí para formar compuestos, que pueden ser desde pequeñas moléculas, hasta grandes partículas o
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macromoléculas. Estos compuestos se clasifican en inorgánicos, cuya estructura carece de ligaduras carbono-hidrógeno, y orgánicos caracterizados por poseer dichas ligaduras. Biomoléculas. Los compuestos orgánicos son moléculas que contienen uno o varios átomos de carbono y por lo menos un átomo de hidrógeno. Las moléculas que forman a los seres vivos, es decir, las biomoléculas son muy similares entre sí en estructura y función. De hecho todos los organismos que conocemos contienen proteínas, ácidos nucleicos y todos dependen del agua para sobrevivir. ACTIVIDAD 2.3. Investiga la estructura y función de las biomoléculas: Carbohidratos (monosacáridos, oligosacáridos, polisacáridos), lípidos (con ácidos grasos, sin ácidos grasos), proteínas y ácidos nucleicos (DNA y RNA).
4. TEORÍA CELULAR Todos los seres vivos están compuestos por células. Algunos constan de una sola célula, en tanto que otros se forman con millones de ellas. Los primeros conocimientos de la célula se obtuvieron en el siglo XVII, gracias a la creación del microscopio, instrumento óptico formado por una o más lentes. En 1600, los holandeses Jans y Zacharias Jensen, fabricantes de anteojos, desarrollaron los primeros microscopios de una sola lente, los cuales reciben el nombre de microscopios simples. Años después, el comerciante en telas y aficionado al estudio de las ciencias y por cierto, también holandés, Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), perfeccionó el microscopio simple, con lo cual logró aumentar hasta 200 veces el tamaño de las imágenes. Es así que Leeuwenhoek fue la primera persona en observar pequeños organismos como las bacterias y protozoarios. El diseño y la construcción de los microscopios se lograron mejorar con el aporte de físicos notables como el alemán Johannes Kepler (1571-1630), éstos ya contaban con dos lentes, por ello se les denominó microscopios compuestos. El científico inglés Robert Hooke (1635-1703) modificó y mejoró el microscopio compuesto e hizo numerosas observaciones con seres vivos. Él cortó una rebanada muy fina de corcho (que es parte de la corteza de algunos árboles como el Alcornoque) y lo examinó en el microscopio. Observó que era poroso y presentaba pequeñas perforaciones, que semejaban un panal de abejas, a las que llamó celdillas o células. Sin embargo, Hooke no logró ver el contenido de las celdillas, debido al escaso aumento de aquellas lentes. Robert Hooke sabía que nadie había visto esas estructuras, que eran parte de los seres vivos. Con sus trabajos se funda por tanto, la rama de la biología que se encarga de estudiar a la célula: la biología celular. Marcello Malpighi (1628-1694) confirmó la existencia de células en los tejidos vegetales. Hacia 1824, el botánico francés René Henri Dutrochet (1776-1847), después de observar diversos tejidos animales y vegetales, concluyó que las diferentes partes de los organismos estaban formadas por diminutas células. El científico escocés Robert Brown (1773-1858) descubrió en 1831, la estructura central o núcleo de ciertas células. Años más tarde, Felix Dujardin (1801-1860) propuso que las células no eran estructuras huecas, sino que contenían una masa viscosa homogénea, a la cual llamó protoplasma.
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El botánico alemán Matthew Jacob Schleiden (1804-1881), después de hacer una gran cantidad de observaciones en tejidos vegetales, concluyó que todas las partes de las plantas están formadas por células. En 1839, el zoólogo alemán Theodor Schwann (1810-1882), examinó con el microscopio pequeños cortes de tejidos animales y descubrió células parecidas a las vegetales, con núcleo y una estructura transparente que las limitaba. A partir de los estudios de estos dos últimos, nació la llamada teoría celular. En 1885, el médico alemán Rudolph Virchow (1821-1902) planteó la hipótesis de que toda célula provenía de otra. Aunque la teoría celular se atribuye básicamente a Schleiden y Schwann, en realidad fue el resultado del trabajo de muchas personas y sus investigaciones. La teoría celular sostiene lo siguiente: Todos los seres vivos están formados por células, la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos y todas las células provienen de otras células.
ACTIVIDAD 2.4. Completa el siguiente mapa de conceptos, utiliza las siguientes palabras: ESTRUCTURAL, DE ORIGEN, FUNCIONAL.
5. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR Membrana celular Está constituida básicamente por una doble capa de fosfolípidos en la que hay englobadas o adheridas a su superficie, algunas proteínas con diferente función como transporte y reconocimiento de compuestos químicos. Los fosfolípidos hacen que la membrana se comporte como una barrera aislante entre el medio acuoso interno y el externo, actuando como barreras de permeabilidad selectiva, controlan el paso de sustancias entre la célula y los organelos con el medio, ya sea activa o pasivamente. Ello provoca que las células aisladas se comporten como gotas de aceite suspendidas en agua. Las proteínas en cambio son las que permiten la entrada y salida de sustancias.
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Modelo de mosaico fluido En 1972 los biólogos celulares S. J. Singer y G. L. Nicolson proponen el modelo de mosaico fluido para explicar la estructura de las membranas. Una doble capa de fosfolipidos forma una matriz de “cemento” fluida y viscosa para el mosaico, mientras que una variedad de proteínas son los “azulejos” que pueden desplazarse dentro de las capas fosfolipídicas.
Fig. 1. Modelo de mosaico fluido para la membrana celular El
citoplasma abarca el medio interno líquido de la célula o citosol y una serie de estructuras con forma propia denominadas organelos celulares. El movimiento a través de las membranas se efectúa mediante transporte pasivo o activo. Existen considerables gradientes de concentración de iones y moléculas entre un lado y otro de la membrana plasmática de todas las células porque el citoplasma celular es muy distinto del fluido extracelular. La membrana proporciona dos tipos de movimiento: transporte pasivo y transporte activo. Durante el transporte pasivo, entran o salen sustancias de la célula bajando por gradientes de concentración. Este movimiento por sí solo no requiere un gasto de energía, pues los gradientes de concentración proporcionan la energía potencial que impulsa y controla la dirección del movimiento, hacia adentro o hacia fuera de la célula. En el transporte activo, la célula utiliza energía para desplazar sustancias contra un gradiente de concentración. En éste caso las proteínas de transporte sí controlan la dirección del movimiento. Otras de las funciones de la membrana son la fagocitosis, o ingestión de partículas sólidas y la pinocitosis o ingestión de partículas líquidas. Una analogía útil para entender la diferencia entre el transporte pasivo y el activo, es un paseo en bicicleta. Si la persona no pedalea, solo puede ir cuesta abajo, como en el transporte pasivo. En cambio, si gasta suficiente energía en pedalear, podrá ir también cuesta arriba, como en el transporte activo.
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Ósmosis. Es la difusión de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva. El agua cruza una membrana del lado donde hay mayor concentración de moléculas de agua libre al lado donde la concentración de agua libre es baja (o bajando por un gradiente de presión, de presión alta a presión baja), por consiguiente las sustancias disueltas reducen la concentración de agua libre en una solución. Si la solución externa es menos concentrada, el agua penetra en las células hasta que éstas alcanzan su máxima capacidad de retención, a lo que se le llama estado de turgencia. Cuando se igualan las concentraciones en el exterior y en el interior se alcanza un estado de equilibrio osmótico durante el cual no entra ni sale agua. Casi todas las membranas plasmáticas son muy permeables al agua.
ORGANELOS CELULARES El protoplasma constituye una trama o matriz, en la que quedan incluidos los organelos citoplasmáticos, y este conjunto recibe el nombre de citoplasma. Los principales organelos celulares son los siguientes:
SISTEMAS MEMBRANOSOS INTERNOS Retículo endoplásmico Está constituido por una red de tubos y canales interconectados y limitados por membranas dobles. Presenta dos modalidades: rugoso o granular y liso o agranular. El retículo endoplásmico rugoso posee diminutas estructuras adheridas a sus membranas, que son los llamados ribosomas, que participan en la síntesis de proteínas. La forma lisa no presenta ribosomas y abunda en células que sintetizan lípidos. El retículo endoplásmico desempeña funciones muy importantes en la célula, ya que además de la síntesis de proteínas y lípidos, intervienen en la síntesis de las membranas, aumenta la superficie interna de la célula, conduce materiales de una a otra parte del protoplasma y en su interior se llevan a cabo reacciones enzimáticas complejas. Aparato de Golgi Es un conjunto especializado de membranas que asemeja una pila de bolsas aplastadas ligadas por otras membranas y vesículas o vacuolas. Se comunica con el retículo endoplásmico (RE). Su actividad se relaciona con funciones de secreción, separa las proteínas y lípidos recibidos del RE según su destino; modifica algunas moléculas, por ejemplo, añade azúcares a proteínas para formar glucoproteínas, empaca estos materiales en vesículas que luego se transportan a otras partes de las células o a la membrana plasmática para ser exportadas; además repara daños en las membranas celulares. Lisosoma Estos organelos son vesículas membranosas que actúan como el “sistema digestivo de la célula” por los enzimas que contienen, digieren desde proteínas individuales hasta microorganismos enteros, por lo que destruyen partículas extrañas a la célula; también disuelven las estructuras que rodean al óvulo para permitir la entrada del espermatozoide. Vacuolas Son cavidades o vesículas que suelen ser grandes y consisten en una sola membrana que encierra un espacio lleno de líquido celular. Casi todas las células contienen una o más vacuolas, algunas como las vacuolas alimentarias que se forman durante la fagocitosis, son elementos temporales de la célula. Sin embargo, muchas células tienen vacuolas
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permanentes que desempeñan papeles importantes en el mantenimiento de la integridad de la célula, sobre todo en la regulación del contenido de agua de la célula. Mitocondrias Son pequeñas estructuras esféricas u ovoides presentes en las células eucarióticas y extraen energía de las moléculas de alimento y la almacenan en los enlaces de alta energía del ATP. Su examen con el microscopio electrónico muestra que cada una está rodeada por una doble membrana que delimita dos espacios: uno intermembranoso y otro interno. Este último está ocupado por la matriz mitocondrial que contiene DNA, ribosomas, gotas de lípidos y pigmentos. La membrana interior presenta numerosos repliegues, cuyas salientes reciben el nombre de crestas. Es aquí donde se lleva a cabo el Ciclo de Krebs, con lo cual se libera la energía necesaria para las funciones celulares.
Fig. 2. Elementos constitutivos de una célula procariota.
Fig. 3. Elementos constitutivos de una célula eucarionte. Tomado de: www.arrakis.com
Cloroplasto Muchas células vegetales contienen plástidos, un tipo general de organelos que se especializan en la fotosíntesis y el almacenamiento. Hay tres tipos comunes en los diversos tejidos vegetales: cloroplastos, cromoplastos y amiloplastos. De todas las células eucariontes, solo las fotosintéticas presentan cloroplastos, los cuales contienen clorofila y otros pigmentos fotosintéticos. Estos organelos utilizan la energía solar para lograr la formación de ATP y NADPH. Posteriormente, estos compuestos se utilizan para ensamblar azúcares y otros compuestos orgánicos.
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La mayoría de los cloroplastos tienen forma oval o similar a un disco. Su interior es semilíquido, llamado estroma, se encuentra recubierto por dos capas externas de membrana. Además de las enzimas para las reacciones, los estromas también contienen maquinaria para la síntesis de proteínas procarióticas, incluyendo DNA circular y ribosomas pequeños. En el estroma existe una membrana interna llamada tilacoidal que forma algo así como un saco o compartimiento único, y se encuentra plegada en discos aplanados e interconectados y a menudo se encuentran apilados (como si fueran monedas, una sobre otra), este apilamiento se llama grana. Núcleo En la mayoría de las células eucariontes existe solo un núcleo, aunque pueden existir células multinucleadas, que son poco comunes. El núcleo es la estructura más sobresaliente de las células (ya que es quien dirige todos los procesos) y con excepción de los glóbulos rojos de la sangre de los mamíferos, todas las células eucariontes presentan un núcleo. El núcleo está organizado en diversas estructuras con determinada función, las más destacadas y por ello conocidas son la envoltura nuclear, la cromatina y el nucleolo. El núcleo varía en su forma y tamaño dependiendo de la etapa del ciclo en el que se encuentre la célula, así se pueden reconocer dos formas características: en interfase y en división.
SISTEMAS NO MEMBRANOSOS Ribosomas Los ribosomas son estructuras globulares carentes de membrana fosfolipídica y están constituidos por algunas proteínas que se asocian a una gran concentración de ácido ribonucleico ribosomal (RNAr) proveniente del nucleolo en el núcleo. En la célula se localizan adheridos al retículo endoplásmico rugoso, a la envoltura nuclear o bien pueden encontrarse libres en el citosol. Están conformados por dos subunidades: una pequeña y otra mayor. Las dos se encuentran separadas, pero se unen cuando desarrollan su función de síntesis de proteínas. Los ribosomas comienzan con el proceso de síntesis de proteínas a partir de la información que reciben del RNA mensajero (RNAm) proveniente del núcleo. Una vez terminada la síntesis, las subunidades se separan. Síntesis de proteínas. Las proteínas constan de cadenas polipeptídicas de aminoácidos. Cada secuencia de aminoácidos corresponde a un gen, que es una serie de bases nitrogenadas de los nucleótidos en la molécula de DNA. La trayectoria que conduce de los genes a las proteínas consta de dos pasos, llamados transcripción y traducción: DNA
transcripción
RNA
traducción
PROTEÍNA
Durante la transcripción, la doble cadena de DNA se abre en la región donde se encuentra el gen y después se ensambla una molécula de RNA sobre las bases expuestas en una de las cadenas patrón. Para la traducción se emplean tres tipos de RNA: el mensajero (RNAm), de transferencia (RNAt) y ribosomal (RNAr). Durante la traducción los aminoácidos son unidos de manera secuencial para formar una cadena polipeptídica en la secuencia especificada por el RNAm. El RNAt suministra los aminoácidos, uno a la vez, al sitio de construcción. El RNAr cataliza la reacción de construcción de la cadena polipeptídica.
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ACTIVIDAD 2.5. Completa los espacios vacíos según corresponda, con los conceptos listados abajo. La síntesis de proteínas se inicia en el__________ celular, donde a partir de una molécula de DNA que es abierta en un sitio específico, se sintetiza una molécula de_________________. En este proceso participan algunas enzimas cuya función es desdoblar a la molécula de DNA, cortar los enlaces y pegar al __________. Esta molécula recién formada aún no es funcional, por lo que tiene un proceso de edición o ___________, en el cual se cortan secuencias de nucleótidos que no codifican para formar una proteína, y que sin embargo, tienen una función en el núcleo, y son los llamados____________y por el contrario, las secuencias que se juntan y salen del núcleo se llaman______________, formando ahora un transcrito maduro de RNAm. El proceso completo de formación de esta molécula se denomina ____________________. Posteriormente esta molécula viaja hacia el_____________donde se ensambla con un organelo formado por dos subunidades llamado__________. Es aquí donde se lleva a cabo la lectura del mensaje y la formación de una proteína, proceso llamado_______________. En el RNA mensajero existe una secuencia de tres bases nitrogenadas llamada_________, cuya lectura la realiza una molécula que tiene como función llevar los aminoácidos respectivos de acuerdo al mensaje interpretado, y que posee un complemento a la información de dicho triplete llamado_____________, esta molécula complementaria tiene el nombre de________________________. El mensaje no se lee por medio de un sólo ribosoma, sino que se realiza mediante un sistema llamado___________________. Una vez leído todo el mensaje, la proteína formada no es aún funcional, por lo que puede pasar a____________para tener un proceso de maduración y ser empaquetada para su distribución al sitio donde sea necesaria o puede quedar en citoplasma.
Conceptos: núcleo, retículo endoplásmico rugoso, traducción, RNA mensajero, RNA de transferencia, codón, anticodón, splicing, intrones, exones, transcripción, poliribosomal, RNA polimerasa, citoplasma, ribosoma.
ACTIVIDAD 2.6. Completa la siguiente secuencia de bases nitrogenadas para la síntesis de una proteína modelo. DNA: ATGTGCGGCCTATGATATCCAATGAGGGCTTCAACTAGGGGCTATAGCAGTTGTAAACCGTGA
RNAt (anticodón): RNAm (codón):
NOMBRE DE LOS AMINOÁCIDOS (abreviatura):
Fórmula química de la proteína:
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Citoesqueleto Es una estructura que aparece únicamente en las células eucariontes. Está formado por una red de filamentos de distintas proteínas que se encuentran en todo el citoplasma ocupando el interior de las células animales y vegetales. Actúa como armazón para la organización de la célula, la fijación de organelos y enzimas además de transportar moléculas de una zona a otra y es responsable de muchos de los movimientos celulares y del desplazamiento celular ya que llega a formar pseudópodos para éste propósito. Los microtúbulos y filamentos son fundamentales para la reproducción celular, ya que en las células animales los microtúbulos forman una estructura llamada centríolo, que participa en la formación del huso para la división nuclear. Cada célula contiene normalmente dos centríolos. El citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que cambia constantemente dependiendo del entorno y de las necesidades celulares. Cilios y flagelos Están formados por moléculas del citoesqueleto. Los cilios permiten atraer el alimento formando turbulencias en la periferia celular y los flagelos la locomoción. Ambos son prolongaciones citoplasmáticas que se sitúan en la superficie celular y tienen la característica de que son móviles. Los cilios y flagelos tienen una estructura denominada 9 + 2 (el axonema) consistente en nueve pares externos de microtúbulos con dos centrales sencillos, encerrados en una prolongación de la membrana plasmática, con lo cual se forma una especie de látigo, que como se ha mencionado sirve para dar movimiento.
ACTIVIDAD 2.7. Relaciona ambas columnas anotando en el paréntesis el número correspondiente. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
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) Constituyente importante de las membranas celulares ) Subunidades de las proteínas ) Es considerado el “sistema digestivo” celular ) Fuente de energía celular (molécula energizada) ) Fuente de energía celular (molécula desenergizada) ) Proporciona flexibilidad y rigidez a la membrana ) Es ahí donde se sintetizan proteínas ) Sintetiza algunos lípidos ) Libera los paquetes llamados lisosomas ) Los aminoácidos presentan un grupo amino y otro… ) Contiene a la clorofila en el cloroplasto ) Es una forma de transporte pasivo a través de la célula ) Es una diferencia entre célula vegetal y animal ) Es un organelo transformador de energía ) Es constituyente del citoesqueleto ) Ácido nucleico que contiene información genética ) Ácido nucleico que “copia” información genética ) grupo fosfato + azúcar (pentosa) + base nitrogenada, es un: ) En el RNA la Timina es sustituida por: ) La base nitrogenada Guanina está presente en:
1. difusión 2. R. E. Liso 3. aminoácidos 4. mitocondria 5. Aparato de Golgi 6. R. E. rugoso 7. fosfatidiletanolamina 8. lisosomas 9. ATP 10. nucleótido 11. pared celular 12. DNA y RNA 13. carboxilico (ácido) 14. colesterol 15. microtubulos 16. RNA 17. DNA 18. ADP 19. uracilo 20. tilacoide
ACTIVIDAD 2.8. Conteste falso (F) o verdadero (V), según corresponda. Si contestas falso argumenta. · · · · · · · · · · · · · ·
La membrana es una bicapa fosfolipídica, con proteínas y carbohidratos que permiten el intercambio de materiales ( ) Dos de las funciones específicas de la membrana son realizar la fotosíntesis y la respiración ( ) Las proteínas de la membrana pueden funcionar como transportadores de materiales más grandes que los poros ( ) El transporte activo se realiza a través de poros sin gasto de energía ( ) El transporte pasivo se realiza a través de poros sin gasto de energía ( ) Una de las funciones de los carbohidratos en la membrana celular es el reconocimiento celular ( ) En el citoesqueleto encontramos proteínas de tres tipos y sirven para desplazamiento de elementos celulares ( ) En la mitocondria se lleva a cabo la conversión de energía química en Trifosfato de Adenosina, ATP ( ) El aparato de Golgi tiene entre otras funciones, la de madurar algunas proteínas ( ) En el nucleolo se fabrican los ribosomas ( ) En la fase oscura de la fotosíntesis se producen moléculas energética (ATP’s, NADPH2) para ser usados después en la fase luminosa ( ) En la fotofosforilación acíclica se libera un electrón, pasa por tres transportadores de electrones y forma dos moléculas de ATP y se rompen moléculas de agua ( ) La respiración anaerobia es menos eficiente que la aerobia y se producen 2 ATP’s( ) El retículo endoplásmico, el cloroplasto y el aparato de Golgi son estructuras membranosas ( )
6. TIPOS CELULARES Existen dos tipos celulares entre los seres vivos: los que carecen de núcleo y poseen el DNA en el citoplasma conocidos como procariontes, y los que presentan un núcleo, el cual contiene el material genético que organiza todas las funciones de la célula, llamados eucariontes. Ambos tipos presentan membrana plasmática, citoplasma y material genético como una generalidad. Procariontes Las células procariontes (pro = antes de, karyon = núcleo) no contienen un núcleo delimitado por una membrana. Son células pequeñas, limitadas por la membrana celular y tienen un diámetro de 1 a 10 micras en promedio; pueden presentar una forma esférica, ovoide, de bastón o espiralaza. El DNA, material hereditario, se encuentra disperso en el citoplasma, que carece de organelos celulares; los procesos químicos que permiten el desarrollo y crecimiento de estas células ocurren en el citoplasma. Las células del reino monera son procariontes, son ejemplo típico las bacterias (ver fig. 2) Eucariontes Las células eucariontes (eu = verdadero, karyon = núcleo) presentan un núcleo celular delimitado por una membrana ahí se encuentra el DNA. Están limitadas por una membrana celular y miden más de 20 micras. En el citoplasma de las células eucariontes se ubican diversos organelos. Presentan células eucariontes todos los protoctistas, hongos, plantas y animales (ver fig. 3).
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ACTIVIDAD 2.9. Completa el siguiente cuadro con las diferencias entre células procariontes y eucariontes. PROCARIONTES Células generalmente pequeñas de 1-10 m, las más complejas morfológicamente son las filamentosas (cianobacterias).
EUCARIONTES
Material genético rodeado por una membrana (con núcleo). División celular directa normalmente por fisión binaria. No hay centríolo o huso mitótico. Presencia de importante movilidad intracelular. Sexualidad ausente en la mayoría de las formas cuando la hay, consiste en una transferencia unidireccional de un donante a un receptor. Mitocondrias ausentes, enzimas para la oxidación de las moléculas orgánicas ligadas a la membrana celular. Enormes diferencias en los esquemas metabólicos en el conjunto del grupo. Todas las formas son aerobias (las excepciones son adaptaciones secundarias). Cuando hay fotosíntesis, las enzimas necesarias no están empaquetadas en plastos, la fotosíntesis puede ser anaerobia y aerobia (depósitos de azufre y liberación de oxígeno) Flagelo bacteriano simple, cuando existe (proteína: flagelina). Ribosomas 80S
7. METABOLISMO CELULAR Es el conjunto de las diversas reacciones químicas, con los subsecuentes cambios energéticos que se llevan a cabo en las células vivas, y presenta dos modalidades: catabolismo y anabolismo. Catabolismo Consiste en el desdoblamiento o degradación de moléculas grandes hasta convertirlas en pequeñas. En este proceso se libera energía almacenada en los enlaces de ATP. Existen dos tipos de metabolismo: Metabolismo autótrofo: es el que llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento. Metabolismo heterótrofo: este tipo de reacciones las llevan a cabo los organismos incapaces de producir su propio alimento. Como ejemplo de catabolismo puede mencionarse la desintegración de la molécula de glucosa durante los procesos respiratorios, hasta convertirla en dióxido de carbono, agua y energía: Anabolismo Comprende la elaboración o síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples, para lo cual se necesita aporte energético. Ejemplos de este proceso son la síntesis de carbohidratos durante la fotosíntesis y la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. Todas las transformaciones de las moléculas tienen dos funciones principales: 1) proporcionar a las células, tejidos y órganos, todos los materiales que necesitan para llevar a cabo sus funciones, la más importante la renovación constante de sus propias moléculas. 2) obtener diferentes formas de energía para mantener las funciones vitales.
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Anabolismo (Reacciones de síntesis de moléculas complejas) Metabolismo Catabolismo (Reacciones de fragmentación o catalíticas) A+B
C
Una reacción anabólica
C
B+A
Una reacción catabólica
Degradación de la glucosa En los eucariotas comprende la glucólisis y la respiración celular. Glucólisis. Es la primer etapa para liberación de energía. La glucosa es un azúcar simple que consta de seis átomos de carbono, 12 de hidrógeno y seis de oxígeno unidos covalentemente. Los átomos de carbono constituyen la cadena principal y en el citoplasma, la glucosa o algún otro azúcar simple, se descompone parcialmente durante la llamada glucólisis, hasta obtener dos moléculas de piruvato, que es un compuesto de tres carbonos: Glucosa
glucosa- 6 -fosfato
2 piruvato
Glucólisis significa degradación de glucosa, y es la ruta metabólica que permite a las células producir trifosfato de adenosina (ATP) de manera anaerobia. En las primeras reacciones, la célula invierte la energía de dos moléculas de ATP y al final produce cuatro de ellas. De esta manera la ganancia neta es de dos moléculas de ATP. El piruvato producido entra a otras vías metabólicas de acuerdo con la presencia o ausencia de oxigeno. Si hay oxigeno, entra a ciclo de Krebs; en caso contrario, al proceso de fermentación. Respiración anaerobia o fermentación Es el proceso de degradación de los compuestos que se realiza en ausencia del oxígeno. La oxidación de la molécula de glucosa es total, si el proceso metabólico es aerobio (con O2) y parcial si es anaerobio (sin O2). Este último se conoce como fermentación o respiración anaerobia y es empleado por muchas bacterias y por las células del músculo cuando durante un esfuerzo prolongado, no reciben el suficiente aporte de oxígeno. Los productos resultantes de un proceso fermentativo varían según la especie y determinan el tipo de fermentación. En el caso de ciertas bacterias y en las células del músculo se forma ácido láctico; esta es la fermentación láctica. Otro tipo es la fermentación alcohólica, es llevada a cabo por ciertas levaduras como las utilizadas en la industria de la cerveza. Los productos son CO2 y etanol. Respiración celular Los organismos aerobios emplean el oxígeno como último aceptor de electrones. El proceso metabólico que conduce a la oxidación completa de las moléculas orgánicas es la respiración celular. Para su estudio se puede dividir en tres fases principales: a) Formación de Acetil coenzima A. La incorporación del piruvato hacia la mitocondria se realiza a través de la coenzima A. b) Ciclo de Krebs: Empieza cuando la acetil coenzima A (Acetil CoA), que proviene de la oxidación de los ácidos grasos, reacciona con oxalacetato (molécula de cuatro carbonos), que es el compuesto inicial del ciclo de Krebs o del ácido cítrico y produce citrato (seis carbonos). En las siguientes reacciones enzimáticas en una ruta cíclica, se liberan dos carbonos, como moléculas de CO2, y se regenera el oxalacetato. Se
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llevan a cabo reacciones de oxidación que rinden átomos de hidrogeno (cada uno porta un electrón) que son cedidos a transportadores acoplados a las enzimas. Este ciclo es una ruta central en la que desembocan gran cantidad de vías metabólicas y que generan energía. c) Cadena respiratoria (cadena de transporte de electrones). Los electrones resultantes de las oxidaciones de las etapas anteriores recorren una cadena de transportadores hasta llegar al oxigeno, en este proceso se originan moléculas de agua. Ésta es la causa última de que los animales necesiten poseer sistemas respiratorios: proporcionar oxígeno a las células para que puedan llevar a cabo la ruta respiratoria. El balance final de la respiración celular es la oxidación total de las moléculas orgánicas, glucosa por ejemplo. Los productos resultantes son CO2 y H2O, pero el sentido biológico de la respiración está en la obtención de energía. FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis y la respiración son dos procesos complementarios en los organismos vivos. Por un lado, la fotosíntesis se lleva a cabo utilizando energía luminosa, dióxido de carbono (CO2) y agua. Como producto de varias reacciones se obtienen azúcares y oxígeno. Estos últimos productos son aprovechados por los animales y microorganismos, utilizándolos para llevar a cabo la respiración celular. Los productos de la respiración son CO2 y vapor de agua. La fotosíntesis es un proceso de obtención de energía para organismos autótrofos y que apareció en la Tierra hace aproximadamente tres mil millones de años. Para su estudio se divide en dos procesos, cada uno con sus correspondientes rutas metabólicas: a) Reacciones dependientes de la luz. En las cuales la energía luminosa (generalmente del sol) es captada por moléculas de clorofila para formar ATP. En este proceso se emplean moléculas de agua que se rompen y la coenzima NADP+ atrapa a los iones de hidrógeno (H+) y electrones liberados convirtiéndose en NADPH. Estas reacciones se llevan a cabo en el cloroplasto. b) Reacciones independientes de la luz. El ATP formado en las reacciones dependientes de la luz (que tiene almacenada la energía proveniente del sol), se rompe para aportar la energía necesaria para formar a las moléculas de glucosa utilizando el CO2 que aporta carbono y oxígeno, además de agua que aporta el hidrógeno que fue adicionado al NADP+ para formar NADPH. Por lo que la fórmula general de la fotosíntesis se puede expresar de la siguiente manera: 6CO2 +6H2O
C6H12O6 +602
En esta ecuación la glucosa representa el producto final y el O2 es el producto de desecho. Sin embargo, la glucosa puede ser transformada más tarde en otros carbohidratos como la fructuosa y el almidón o en otras moléculas como grasas. Estas reacciones se llevan a cabo en el citosol.
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ACTIVIDAD 2.10. Analiza el siguiente esquema y ubica a la respiración y fotosíntesis como procesos para dar continuidad a la vida.
CLOROPLASTO CO2 + H2O
O2
MITOCONDRIA
Luz solar
O2
CO2 + H2O
Glucosa
Glucosa
Energía (ATP)
FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN · ·
·
Se requiere energía luminosa para producir materia orgánica.
·
Se consume materia orgánica para producir energía química.
Conversión de energía lumínica en energía química (lísis o ruptura de la molécula de agua).
·
Se consume O2 y se produce CO2 y H2O
Se consume CO2 y H2O y se produce glucosa y O2.
Se realiza en la mitocondria (respiración aerobia)
Se realiza en el cloroplasto. 8. SISTEMAS UNICELULARES Y PLURICELULARES Una de las características que se consideran para agrupar a los seres vivos es el número de células que los forman: una o muchas. Pero un organismo unicelular no se parece a la célula de un organismo pluricelular. El unicelular es un ser vivo completo, con vida independiente, mientras que la célula de un individuo pluricelular solo puede vivir dentro del ser al que pertenece. Los organismos unicelulares han proliferado exitosamente en diversos ambientes. Forman más de la mitad de la biomasa de la Tierra, muchos de ellos son autótrofos y se dividen de manera muy rápida. Los organismos pluricelulares a diferencia de los anteriores, presentan colaboración y división de funciones que hacen posible la utilización de recursos. Dentro del ser vivo pluricelular, las células se organizan en tejidos, órganos y sistemas, y cada uno de ellos realiza una o más funciones especializadas en forma coordinada.
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BIBLIOGRAFÍA. 1. Alberts, B. et al. 1996. Biología molecular de la célula. Barcelona. Ed. Omega, 2. Alonso Tejeda E. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Ed. México. Mac Graw Hill. 3. Audesirk Teresa, G. Audesirk y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall. 4. Cervantes Ramírez Martha y Hernández Hernández Margarita. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural. 5. Galván Huerta, S. y L. Bojorquez Castro. 2002. Biología. México. Ed. Santillana, 6**. Jiménez García Luis Felipe, Rosaura Ruíz Gutiérrez, Arturo Argueta Villamar, Juan Núñez Farfán, Irene Quiroz Amenta, Eduardo A. Delgadillo Cárdenas, Julieta Chacón López, María del Refugio Saldaña García, María Cristina Hernández Rodríguez. 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol 1. México. Pearson Educación – UNAM. 7. Pérez – Granados A. y Ma. Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana. 8. Starr Cecie y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson. **Se recomienda comenzar con la consulta de éste libro para la unidad en general y para cada pregunta en lo particular. PÁGINAS WEB SUGERIDAS www.arrakis.es. Información amplia sobre biología molecular y celular. Nivel medio. www.prenhall.com/audesirk6. Amplia información sobre todos los procesos biológicos. www.ehu.es/biofisica/juanma/paper/mm. Excelente para realizar un ejercicio sencillo de síntesis de proteínas. http://leRNA.genetics.utah.edu/es. Mucha información biológica. http://es.wikipedia.org/wiki/célula. Presenta ligas a enlaces externos. Descripción de muchos componentes celulares. Muy buen contenido. www.ciencia.net. Adecuada información sobre biomoléculas, estructura y función celular.
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AUTOEVALUACIÒN. Analiza las relaciones que se establecen entre los distintos componentes celulares. Construye diez oraciones considerando los conceptos y sus conectores, emplea una jerarquización vertical u horizontal.
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UNIDAD III “PROCESOS PARA LA CONTINUIDAD DE LA VIDA”
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PROPÓSITOS Al concluir esta unidad deberás ser capaz de: · Conocer los procesos de reproducción y herencia que permiten la continuidad de la vida. · Identificar los procesos de reproducción celular (ciclo celular, mitosis y meiosis) con la finalidad de destacar su importancia en la continuidad de la vida. 1. INTRODUCCIÓN A LA UNIDAD: En los organismos la velocidad de reproducción o división celular está condicionada o depende de las condiciones de su medio. Es decir, los organismos unicelulares como bacterias y protozoaurios crecen y se reproducen más rápido, ya que están más al contacto con el medio y, por lo tanto, con sus nutrimentos. Sin embargo, en los organismos pluricelulares, la velocidad de división celular es más compleja, ya que ésta depende de la línea celular a la cual pertenece y, por lo tanto, de las condiciones de su medio. 2. REPRODUCCIÓN CELULAR. Ciclo celular. La reproducción no es un proceso continuo, y se conoce como ciclo celular, el cual es una serie compleja de sucesos en los que el material celular se distribuye en las células hijas. El ciclo celular se divide en interfase y la fase reproductora que puede ser por mitosis o meiosis. La interfase es un estadio de gran actividad metabólica, en la cual se lleva a cabo la duplicación del DNA y sus proteínas asociadas. Durante ella se observa el material genético disperso en el núcleo de la célula que constituye la cromatina. Comprende la fase G1, S y G2. En la fase G1 no hay síntesis de DNA, pero si de los materiales necesarios para el crecimiento celular y reparación del DNA. Tras la fase G1, comienza la fase S, en la cual tiene lugar la síntesis o replicación del DNA y la duplicación del centríolo. La fase G2 se caracteriza por la biosíntesis de moléculas diversas para preparar a las células para la mitosis o meiosis. Mitosis Los organismos están compuestos por diferentes tipos celulares que forman a los tejidos, órganos y sistemas, que se han de mantener para perpetuar la vida del individuo, así que es necesario que aparezcan nuevas células genéticamente iguales a las progenitoras, esta proliferación celular se logra mediante la mitosis. La división celular mitótica tiene dos partes principales: la mitosis (división nuclear) y la citocinesis (división citoplásmica). La mitosis produce dos núcleos, cada uno con la copia de todos los cromosomas que estaban presentes en el núcleo original, los cromosomas duplicados se condensan y son visibles en forma de estructura parecidas a hilos. Así pues, la mitosis es un proceso por el cual las células eucariontes distribuyen equitativamente, entre las dos células diploides, los cromosomas y los organelos citoplasmáticos, asegurando que cualquier tipo de célula somática, se perpetúe en una población celular. La mitosis se divide en cinco fases tomando en cuenta el aspecto y el comportamiento de los cromosomas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase. En la profase los cromosomas duplicados se condensan. Los cromosomas replicados consisten en dos moléculas de DNA (junto con sus proteínas asociadas: las histonas) que se conocen con el nombre de cromátidas. El área donde ambas cromátidas se encuentran en contacto se conoce como centrómero y el cinetocoro se encuentra en la parte externa del centrómero.
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Durante la metafase los cromosomas duplicados se alinean correctamente a lo largo del ecuador de la célula. Al comenzar la anafase las cromátidas hermanas se separan hacia los polos, a lo largo de los microtúbulos del huso, de tal manera que las cromátidas se separan por el centrómero y se convierten en cromosomas independientes que se desplazan a los extremos opuestos de la célula. Cuando los cromosomas han alcanzado los polos, ha comenzado la telofase, y se forma una envoltura nuclear en torno a cada grupo de cromosomas, los cromosomas regresan a un estado desplegado y los nucleolos aparecen nuevamente. En la mayoría de las células, la citocinesis se lleva a cabo al finalizar la telofase, donde cada núcleo hijo se separa en una célula individual. Durante la citocinesis unos microfilamentos fijos a la membrana forman un anillo en torno al ecuador de la célula, el cual se contrae y constriñe; finalmente cada célula hija entra a la fase G1 de la interfase, con la cual se completa el ciclo celular. Meiosis. La meiosis es un tipo de división celular que ocurre únicamente en células germinales (gametos). A través de dos divisiones celulares sucesivas con las que se obtienen cuatro células haploides (n) originadas a partir de una célula diploide (2n). Durante la división celular meiótica, la célula experimenta un tipo de replicación de DNA seguida de dos divisiones nucleares conocidas como meiosis I y meiosis II. La meiosis I difiere enormemente de la división que se da en la mitosis. En la meiosis I los cromosomas homólogos se aparean e intercambian DNA y las cromátidas hermanas permanecen unidas entre sí. En la meiosis II, se observa un comportamiento idéntico al de la mitosis. La meiosis I consta de profase I, prometafase I, metafase I, anafase I y telofase I. La profase I es una etapa en la que acontecen diversos fenómenos genéticos como el entrecruzamiento, los cromosomas homólogos se aparean y forman sinapsis. En la metafase I los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial. En la Anafase I los homólogos se separan uno de otro y son remolcados hacia polos opuestos de la célula, cada uno de los cromosomas duplicados de un par homólogo (que aún se compone de dos cromátidas hermanas) se desplaza para un polo diferente de la célula que se divide. Al final de la anafase I, el grupo de cromosomas que está en cada uno de los polos contiene un miembro de cada par de cromosomas homólogos. En la Telofase I, las membranas nucleares se pueden reorganizar o la célula puede comenzar rápidamente la meiosis II, análoga a la mitosis, pasan por una interfase de duración variable o inexistente, pero sin duplicación de DNA. Durante la meiosis II, las cromátidas hermanas de cada cromosoma duplicado se separan por un proceso que es casi idéntico a la mitosis, durante la profase II se forman de nuevo los microtúbulos del huso, Los cromosomas duplicados se fijan a los microtúbulos de los husos, tal cual como lo hicieron en la mitosis. Durante la metafase II, los cromosomas duplicados se alinean en el ecuador de la célula. Durante la anafase II las cromátidas hermanas se separan y son remolcadas hacia los polos opuestos. Con la telofase II y la citocinesis concluye la meiosis II. Se forman de nuevo las envolturas nucleares, los cromosomas se relajan y forman su estado desplegado y el citoplasma se divide y se obtienen un total de cuatro células haploides a partir de la célula diploide progenitora original.
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ACTIVIDAD 3.1. Completa los siguientes cuadros comparativos, si es necesario realiza los dibujos correspondientes.
1. COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS Característica Mitosis Meiosis Tipo de células en que ocurre Número de divisiones Número de células resultante Número cromosómico (n/2n) 2. COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS I Característica Mitosis Meiosis I Profase Anafase
3. REPRODUCCIÓN INDIVIDUAL REPRODUCCIÓN DE LOS SERES VIVOS Reproducción Asexual Es la producción de descendencia por un solo progenitor, sin la participación de células sexuales. La descendencia producida mediante este proceso hereda solamente el DNA de su progenitor. Los organismos eucariontes unicelulares como los protozoarios, algunas algas y algunos hongos se reproducen asexualmente, al igual que organismos multicelulares como muchas plantas y animales. La reproducción asexual presenta las siguientes formas o modalidades: división binaria, esporulación, gemación, multiplicación vegetativa y regeneración. La mayoría de los protozoarios como Paramecium caudatum son organismos unicelulares que se reproducen por división binaria (una célula progenitora forma por mitosis dos réplicas exactas de ella). En la fisión múltiple la célula se divide muchas células hijas denominadas esporas, como ocurre con los hongos como Penicillium y Aspergillus. También algunos protozoarios parásitos como Plasmodium que provoca la malaria se reproducen por este mecanismo. La gemación se caracteriza por que a partir de la célula progenitora se forma una pequeña célula hija llamada brote o yema, la cual puede permanecer adherida a su progenitora o separarse como ocurre en las levaduras como Saccharomyces cerevisiae, o como en la Hydra que es un animal celenterado. Multiplicación vegetativa, ésta forma de reproducción asexual es común entre las plantas, donde grandes fragmentos se separan y en condiciones favorables pueden originar un nuevo individuo con las mismas características genéticas que su progenitor, por ejemplo en las papas se obtendrán nuevos individuos a partir de cortar fragmentos donde se encuentren los llamados ojuelos. Las fresas, sandias, melones, calabazas se reproducen a partir de los llamados estolones que son tallos rastreros. Los chayotes crecen como plantas trepadoras, se reproducen a partir de zarcillos que al ser cortados y sembrados originarán una nueva planta.
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Regeneración: las salamandras, lagartijas, cangrejos, estrellas de mar entre otros animales son capaces de regenerar o restituir alguna parte de su cuerpo como la cola o una extremidad cuando la han perdido en un accidente o combate. Partenogénesis: consiste en la activación de un óvulo virgen sin la intervención de un espermatozoide, esto ocurre en algunos insectos como las abejas y los pulgones. Este tipo de reproducción no es asexual, ni sexual. Reproducción sexual La reproducción sexual es característica de los organismos eucariontes principalmente los pluricelulares como los animales, plantas, muchos hongos y algunos organismos pertenecientes al reino Protista como las algas pardas y las rojas. En organismos unicelulares como los protozoarios, por ejemplo Paramecium se lleva a cabo un tipo de reproducción sexual denominado conjugación donde a través del citostoma (región oral) se establece un puente citoplásmico por donde dos protozoarios intercambian material genético.
ACTIVIDAD 3.2. En libros de biología busca a que se denominan especies dioicas, especies monoicas, ¿Qué son los hermafroditas? y ¿cuáles son las ventajas de la sexualidad?
Fecundación La fecundación es la fusión de los núcleos de los gametos o células sexuales óvulo y espermatozoide. Con la fecundación el cigoto resultante tiene el número de cromosomas característico de la especie. La fecundación puede ser de dos tipos: externa e interna. Fecundación externa: Animales vertebrados como algunos peces, reptiles, aves y en todos los anfibios como sapos y ranas (que carecen de pene) presentan este tipo de fecundación. Los óvulos en gran número son arrojados por la hembra al exterior (agua) protegidos por una sustancia gelatinosa, inmediatamente el macho excitado lanza los espermatozoides y es en el agua donde se realizará la fecundación. Este mecanismo también se presenta en muchos animales invertebrados marinos como los cnidarios (corales o anémonas de mar). En los vegetales inferiores como hepáticas, musgos y helechos la fecundación es externa y se efectúa en el agua, o bien ésta sirve de vehículo para que los espermatozoides naden hasta el óvulo. Fecundación interna: La unión de los gametos masculino y femenino tienen lugar en el tracto genital femenino. El macho introduce los espermatozoides dentro de la hembra a través de un órgano copulador llamado “pene” o bien de un apéndice modificado como puede ser una aleta en tiburones y rayas, o un tentáculo en el caso de los pulpos. En animales invertebrados como insectos, arácnidos y en moluscos, los espermatozoides se mantienen unidos dentro de un paquete llamado espermatóforo que el macho inserta en el cuerpo de la hembra. En los vegetales superiores, como las Angiospermas y Gimnospermas que se reproducen por semillas el proceso de fecundación se conoce como polinización.
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ACTIVIDAD 3.3. Investiga cómo es el mecanismo de polinización en las plantas. Desarrollo Embrionario En los animales metazoarios, una vez que ha ocurrido la fecundación se forma un cigoto o huevo el cual sufre una serie de divisiones celulares por mitosis, primero en dos, luego en tres, cuatro, ocho células, así sucesivamente se siguen dividiendo sin separarse hasta formar una esfera sólida denominada mórula, etapa que se conoce como segmentación. Posteriormente las células del centro comienzan a emigrar hacia la periferia de la esfera dejando un vacío que se llama blastocele, ahora la esfera hueca se denomina blástula. Esta se transforma en una estructura en forma de herradura llamada gástrula, debido a que un grupo de células migra hacia el interior del blastocele, formando un hueco llamado blastoporo y dando origen a una estructura de dos capas celulares: la externa o ectodermo y la interna o endodermo.
ACTIVIDAD 3.4. Investiga qué tejidos y órganos se originan del ectodermo, mesodermo y endodermo en el humano
4. DESARROLLO E IMPORTANCIA DE LA GENÉTICA. Gregor Mendel, fue un monje austriaco que tenía una gran capacidad de observación y se dio cuenta que la selección artificial y la cruza de organismos para obtener plantas con mejores características, aparecían siempre en proporciones repetibles. Entre 1856 y 1863, en el convento de Brno, República Checa, realizó miles de cruzas entre 63 variedades de chicharo (Pisum sativum). Los resultados fueron publicados en 1886, en su artículo “Experimentos sobre hibridación de plantas”, el cuál, por estar en una revista poco conocida de la ciudad de Brno, no fue tomado en cuenta. En la actualidad usamos diversos términos que favorecen la comprensión de los conceptos básicos de genética. Las características tales como el color de una flor o la formación de una proteína cualquiera, son expresiones de la información contenida en los genes. A la expresión física de los genes se le denomina fenotipo de un individuo. El fenotipo está determinado por los alelos, que son las formas alternativas que tiene un gen. Por ejemplo, el tamaño de una planta de chícharo está determinada por el par de alelos A y a. Por conveniencia se acostumbra usar una letra mayúscula para representar el alelo dominante, mientras que la minúscula representa al alelo recesivo. El conjunto de alelos se denomina genotipo. Este término, indica la composición genética de un individuo haploide o diploide, o también, la de los gametos. Cuando ambos alelos son iguales, el individuo es homócigo u homocigoto, pero si los alelos son diferentes, se habla de un heterócigo o heterocigoto para ese par de alelos.
5. HERENCIA MENDELIANA Y TEORÍA CROMOSÓMICA. Primera y segunda leyes de Mendel La contribución de Mendel a la ciencia fue demostrar que las características heredadas son llevadas en unidades discretas que se reparten por separado – se redistribuyen- en cada generación. Estas unidades que Mendel llamó elementos son lo que hoy conocemos como genes.
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Para sus experimentos sobre herencia, Mendel escogió a la planta de chícharo de jardín Pisum sativum por ser hermafrodita, de contrastantes características morfológicas y fácil cultivo. Cruzó plantas que diferían en el color de la flor, la forma y el color de la semilla, la altura de los tallos, entre otros. Rastreó los caracteres de generación en generación y estableció las siguientes leyes: Mediante la meiosis los dos alelos que forman un gen se separan (segregan) y cada uno va a un gameto. Este principio se cumple en los cruces de monohíbridos, que equivalen al análisis de la herencia de una sola característica. La generación original o generación parental (P) se cruzaba para dar origen a la primera generación filial (F1); ésta, se dejaba autofecundar, para que se produjera la segunda generación filial (F2). La cruza de una generación parental (P) constituida por una planta de flores púrpura y una planta de flores blancas, daba como resultado una generación filial (F1) formada por plantas que sólo tenían flores púrpura. Al autofecundarse estas plantas Mendel observó que la generación filial (F2) resultaban plantas con flores púrpura y plantas con flores blancas en una proporción de 3:1 Mendel hizo lo mismo con el resto de las características que presentaban estas plantas y los resultados fueron los mismos. · · ·
De las cruzas monohíbridas, Mendel derivó dos postulados y una ley: Cada carácter está controlado por un par de elementos que existen en el individuo. Dominancia/recesividad: si sólo una de las características aparece en la filial 1 (F1), entonces ésta debe ser dominante sobre la otra que se denomina recesiva. Ley de la segregación. Durante la formación de los gametos, cada elemento se separa o segrega al azar, de tal manera que cada uno de ellos tiene la misma probabilidad de recibir uno u otro. ¿Cómo se segregan? La planta con flores color púrpura posee dos elementos iguales AA, mientras que la planta de flores color blanco tiene dos elementos aa. Los gametos de ambas plantas recibirán sólo un elemento A o a. Al unirse las plantas, la generación filial 1 (F1) tendrá Aa. La mitad de los gametos de la F1 llevarán el factor A y la otra mitad portarán el factor a. Al mezclarse los gametos femeninos A y a con los gametos masculinos A y a, se obtienen las siguientes combinaciones: AA, Aa y aa. Si aceptamos que el carácter flor púrpura es dominante sobre flor blanca, entonces la generación F1 será toda de plantas con flores color púrpura (Aa), mientras que la generación F2 será de plantas con flores púrpura y flores blancas y mostrará una proporción de 3:1 (AA, Aa, Aa y aa) Segunda Ley de Mendel Ley de Segregación independiente Mendel realizó cruzas en las cuales demostró como se comportaban dos características, llamadas cruzamientos dihíbridos. Estos fueron la base para la formulación de su Segunda Ley: la segregación o separación independiente de los elementos. Si se cruzan dos plantas de línea pura con dos características contrastantes, se obtendrá en la F1 organismos híbridos en el genotipo, pero fenotípicamente tendrían la característica dominante. Por ejemplo una planta homocigótica para semillas redondas (RR)y amarillas (AA) se cruza con una planta que tiene semillas rugosas (rr) y verdes (aa). Toda la generación F1 tiene semillas redondas y amarillas (RrAa). Veamos en qué proporciones
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aparecen las variantes en la generación F2. De las 16 combinaciones posibles en la progenie, 9 muestran las dos variantes dominanes (RA, redonda y amarilla), 3 muestran una combinación de dominante y recesivo (Ra, redonda y verde), 3 muestran la otra combinación (rA, rugosa y amarilla) y 1 muestra las dos recesivas (ra, rugosa y verde). Esta distribución 9:3:3:1 de fenotipos siempre es el resultado esperado de un cruzamiento en que intervienen dos genes que se distribuyen independientemente, cada uno con un alelo dominante y uno recesivo en cada uno de los progenitores.
La segunda Ley de Mendel dice: Durante la formación de los gametos, cada par de elementos se segrega independientemente del otro. Teoría cromosómica de la herencia. En 1902 W. S. Sutton y T. Boveri propusieron la hipótesis de que los factores hereditarios de Mendel se localizaban en los cromosomas. En 1911, Thomas Hunt Morgan, después de numerosos experimentos con la mosca de la fruta Drosophila melanogaster concluyó que los genes se localizan en los cromosomas y, por tanto, los genes que están en el mismo cromosoma tienden a heredarse juntos, y por ello se denominan genes ligados.
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Los postulados de la teoría cromosómica son: 1) Los factores (genes) que determinan los factores hereditarios del fenotipo se localizan en los cromosomas. 2) Cada gen ocupa un lugar específico o locus dentro de un cromosoma determinado 3) Los genes (o sus loci) se encuentran dispuestos linealmente a lo largo de cada cromosoma. 4) Los genes alelos (o factores antagónicos) se encuentran en el mismo locus de la pareja de cromosomas homólogos, por lo que en los organismos diploides cada carácter está regido por un par de genes alelos. Genética humana. Cada una de nuestras células contiene 46 cromosomas, es decir, 23 pares de cromosomas y cada par lo heredamos de nuestra madre y de nuestro padre. En el núcleo de nuestras células se encuentran los genes contenidos en estructuras llamadas cromosomas. Los cromosomas se numeran según su tamaño. El cromosoma 1 es el par más grande y el 22 el más pequeño. Los primeros 22 cromosomas, llamados autosomas, son los mismos en hombres y mujeres, el par 23 es diferente y esencial para identificar el sexo de las personas. Las mujeres tienen dos cromosomas X y los hombres tienen un cromosoma X y un cromosoma Y; estos se denominan cromosomas sexuales. Existe una enorme variedad en los tipos de determinación genética del sexo en las especies diploides. En especies como los mamíferos incluyendo a la especie humana, los hombres son heterogaméticos, es decir, poseen un cromosoma X donado por su madre y un cromosoma Y donado por su padre, o sea que son XY; en tanto, las mujeres son homogaméticas, tienen dos cromosomas X, un cromosoma X donado por su madre y el otro cromosoma X donado por su padre, por lo cual son XX. Dada esta característica, las mujeres producen óvulos (oocitos) que llevan el cromosoma X y los varones forman espermatozoides que llevan el cromosoma X, y espermatozoides que llevan el cromosoma Y; por tanto, es el hombre quien determina el sexo en la especie humana. En las aves es al contrario, las hembras son XY y los machos XX, por lo tanto ellas determinan el sexo. Daltonismo. Denominado así por el físico británico John Dalton, quien la padecía, es una enfermedad que consiste en la imposibilidad de distinguir los colores. Algunos afectados sólo ven el blanco y el negro con sus matices; otros no distinguen el verde y el rojo, pero ven más matices del violeta que personas con visión normal. Es una enfermedad hereditaria y va ligada al cromosoma sexual X donde hay una falla en los genes encargados de producir los pigmentos en los conos de la retina. Madre P:
F1:
XXd
XX
Padre XY
XY
normales
XdX
XdY
portadora daltónico
XX = hija sana; XY = hijo sano; XdX = portadora sana; XdY = daltónico
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Hemofilia. Se caracteriza por la incapacidad de la sangre para coagular. Hay tres clases, dos de ellas carecen de uno de los factores de coagulación, la globulina antihemofílica (hemofilia A), o la tromboplastina del plasma (hemofilia B) que son causadas por genes recesivos ligados al cromosoma X. Las mujeres que poseen el gen anormal son portadoras, pero no presentan algún daño o sintomatología. Al tener descendencia tiene la probabilidad de un 50% de tener hijos varones y mujeres normales, un 25% de tener hijas portadoras de la hemofilia y un 25% de tener hijos hemofílicos. Un ejemplo clásico es el de las casas reales de Europa, el cuál se remonta hasta el año 1800 con la reina Victoria de Inglaterra, quien probablemente tuvo una mutación y se volvió portadora de la hemofilia. La reina tuvo cuatro hijos normales, tres hijas portadoras y un hijo hemofílico quien murió en la infancia. ACTIVIDAD 3.5. Busca el ejemplo de la reina Victoria de Inglaterra, para la hemofilia. Consulta la bibliografía o páginas web sugeridas.
8. ALTERACIONES GENÉTICAS La información contenida en la secuencia de nucleótidos del DNA generalmente es reproducida fielmente durante la replicación, dando lugar a dos moléculas de DNA idénticas entre sí a la molécula paterna, pero en ocasiones se presentan “errores” que dan lugar a cambios en el material hereditarios que se denominan mutaciones. Las mutaciones son accidentes o sucesos aleatorios porque se producen con independencia de si son beneficiosas o nocivas; son poco frecuentes en el proceso de replicación del DNA. Es la última fuente de variación heredable sobre la que actúa la selección natural y otros procesos evolutivos. Mutaciones cromosómicas Las mutaciones cromosómicas alteran la estructura de un cromosoma y por lo tanto afectan a más de un gen. Ocurre por la no disyunción o sea la segregación anormal de los cromosomas durante la meiosis, es decir, la no separación de cromosomas homólogos durante la primera y segunda división meiótica, produce gametos aneuploides (son gametos con un número de cromosomas distintos a 23). La modificación de la estructura cromosómica se realiza de dos maneras: el material cromosómico puede aumentarse o disminuirse de manera significativa dentro del mismo cromosoma como son las duplicaciones y deleciones; o bien, el material genético puede reorganizarse sin modificar la cantidad total del material genético, como ocurre con las inversiones y translocaciones. ACTIVIDAD 3.6. Busca y dibuja un cromosoma normal y luego cromosomas con deleción, duplicación, inversión y translocación.
Mutaciones genómicas Las mutaciones genómicas son las variaciones en el número de los cromosomas y se refieren a modificaciones que alteran a todo un juego de cromosomas o a la modificación en el número de un cromosoma en particular. Normalmente, las especies eucariontes tienen dos juegos de cromosomas por lo que se denominas diploides. Si un organismo tiene un juego de más se denomina triploide o poliploide si presenta varios juegos.
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Síndrome de Down. Los afectados tienen 47 cromosomas, con el cromosoma 21 triplicado (en lugar de dos). Presentan retraso mental, cabeza pequeña, ojos oblicuos, cuello corto, estatura baja, manos cortas y regordetas, problemas cardiovasculares y esterilidad en la gran mayoría. Síndrome de Turner. Se debe a la presencia de un sólo cromosoma X (único caso de monosomía) 44A,XO = 45 cromosomas. Las mujeres afectadas son estériles, carecen de ovarios, estatura baja, en algunos casos la mandíbula es anormal, el cuello alado y el pecho en forma de escudo. Coeficiente de inteligencia normal. Frecuencia: 1/5000 nacimientos. Síndrome de la Metahembra. 44A, XXX o sea 47 cromosomas. Presentan tres cromosomas X, y en algunos casos más. Se caracterizan por presentar los genitales subdesarrollados, son estériles y con un ligero retraso mental, su apariencia es muy masculina. Frecuencia 1/700 nacimientos. Síndrome de Klinefelter, 44A, XXY o 47 cromosomas. Los afectados son hombres, presentan una trisomía, con un cromosoma X de más, son XXY, aunque hay XXXY, XXYY o más. Síndrome del Superhombre, 44A, XYY. Los afectados son hombres normales, fértiles, bastante altos (más de 1.85 m), sumamente agresivos. En las prisiones se encuentran un 2% de ellos. Frecuencia: 1/1000 nacimientos. En México, la proporción es aproximadamente de 1/750 nacimientos.
9. HERENCIA MOLECULAR La molécula de DNA forma parte de la constitución química de las unidades hereditarias llamadas genes, que son las unidades que constituyen los cromosomas, por ello se le considera la base molecular de la vida. El color de la piel, el tipo de sangre, tipo de cabello, etc. son características transmitidas de padres a hijos por el DNA, es por tanto, la molécula para transmitir información genética de generación en generación. Divulgadores de ciencia mencionan en alusión a la molécula de DNA, que se trata de una estructura simétrica, armoniosa, que impresiona con su mezcla de sencillez y complejidad y la denominan: la molécula más bella del mundo. Estructura del DNA La estructura de la molécula fue descifrada en 1953 por los investigadores James Watson y Francis Crick, ellos partieron del principio de que para entender cómo funciona algo, primero hay que saber como está hecho. Por ello decidieron concentrarse en averiguar su estructura molecular. Basándose en investigaciones previas, ambos desarrollaron el modelo de la doble hélice. Está formado por una cadena de nucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina unidos entre sí mediante enlaces fosfodiéster, que polimerizan en sentido 5’ a 3’; es decir, las cadenas están unidas por el carbono 3’ del último nucleótido de la cadena y el carbono 5’ del nuevo nucleótido que se añade a la cadena. En las células eucariontes el DNA se encuentra almacenado en el núcleo, aunque también algunos organelos de las células eucariontes como mitocondrias y cloroplastos tienen su propio DNA. El DNA nuclear se encuentra asociado a proteínas de carga positiva, denominadas histonas, con las cuales las hebras de este ácido se pueden compactar en cromosomas. Estructura del RNA El RNA está formado, al igual que el DNA, por la unión de varios nucleótidos y es también un ácido nucléico. Una diferencia importante es que en lugar de la base nitrogenada timina, el RNA tiene uracilo.
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El RNA lleva a cabo su función de coparticipe en la herencia molecular en dos etapas: TRANSCRIPCIÓN: en ella el RNA mensajero (RNAm) obtiene o copia la información contenida en el DNA. TRADUCCIÓN: se interpreta dicha información y se construye una proteína de acuerdo con las instrucciones codificadas y transcritas. Es así que se llega a lo que se conocía como el dogma central de la biología, es decir, como fluye la información genética: DNA
transcripción
RNAm
traducción
PROTEÍNA
ACTIVIDAD 3.7. Completa el siguiente cuadro de estructura y función de los ácidos nucleicos. DNA
RNA
Formado por dos cadenas moleculares unidas por puentes de hidrógeno Los nucleótidos contienen el azúcar ribosa Las bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y timina Se produce en el núcleo o en el nucleolo y sale al citoplasma Hay tres tipos: ribosomal, mensajero y de transferencia
ACTIVIDAD 3.8. Resuelve la “copia” que realiza el RNAm de la información hereditaria de la molécula de DNA. DNA RNAm
A
G
C
T
A
A
G
T
C
C
G
A
9. INTEGRACIÓN DE CONOCIMIENTOS DNA y RNA como la base de un ser vivo. El DNA es la sustancia química que almacena la información necesaria para la “construcción” de los seres vivos. Generación tras generación estos datos son transmitidos en los genes y permiten la formación de un nuevo organismo con características particulares. Actualmente el DNA nos permite detectar enfermedades congénitas, establecer el parentesco entre dos personas o encontrar al responsable de un crimen. ¿Sabías que las instrucciones para crear un ser humano pueden ser escritas con la combinación de cuatro letras?, veamos: 1. Cuatro letras (cuatro bases nitrogenadas). Estas son A, C, G y T, representación de las bases adenina, citosina, guanina y timina respectivamente. Todo el código genético se transcribe con la combinación de estas bases (La regla de Chargaff establece que las bases nitrogenadas se unen de la siguiente forma A-T y C-G). el genoma humano está compuesto por aproximadamente 3,000, 000, 000 de pares de bases. 2. Doble hélice de DNA. Los pares de bases construyen dos largas cadenas en forma de espiral. Es esta doble hélice se puede “leer” el código de la vida. Si pudiéramos desenrollar el DNA del ser humano mediría casi dos metros.
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3. Genes. Un gen es una secuencia de DNA que constituye la unidad funcional para la transmisión de los caracteres hereditarios. Solo 3 % del total del genoma humano está compuesto por genes, el resto son “residuos”. Cada célula humana tiene entre 30,000 y 120,000 genes. 4. Cromosomas. Son estructuras que guardan o “encapsulan” a los genes y al material de desecho. Cada especie de ser vivo tiene un número específico de cromosomas. El ser humano tiene 46 cromosomas, 23 provienen del padre y 23 de la madre. 5. Núcleo y célula. El núcleo de cada célula de nuestro cuerpo contiene 46 cromosomas, lo que significa que en ellas está la “fórmula” para la formación de un nuevo ser humano. Esta norma se rompe en las células reproductoras, que solo tienen la mitad.
MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN. Como se vio antes, las mutaciones son alteraciones al azar del material genético (DNA en las células y DNA o RNA en los virus). Normalmente suponen deficiencias y pueden llegar a ser letales. Por lo general son recesivas y permanecen ocultas, y aunque pese a ser normalmente negativas para el individuo, conllevan un aspecto positivo para la especie, ya que aportan variabilidad genética a la población. Esto permite que si se produce un cambio en el ambiente y las nuevas condiciones son muy adversas para los individuos normales, la existencia de individuos mutantes favorece las posibilidades de que algunos soporten dichas condiciones, y que a través de ellos, la especie no se extinga. Este proceso recibe el nombre de selección natural. Las mutaciones por tanto, permiten la evolución de las especies y con ella la continuidad de la vida. ACTIVIDAD 3.9. Subraya la respuesta correcta. Cuando el juego de cromosomas esta completo se le llama La mitad del juego cromosómico se llama
La trisomía en el par cromosómico 21 genera
A los cambios en los genes se le llama Un juego cromosómico se puede observar y analizar con Cuando en el par 23 la mujer tiene un solo cromosoma se presenta Este síndrome se expresa solo en hombres
Cuando un gen provoca la muerte se llama Las anomalías que se producen durante el desarrollo embrionario se llaman
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a) b) c) a) b) c) a) b) c) a) b) c) a) b) c) a) b) d) a) b) c) a) b) c) a) b) c)
Haploide diploide tripoloide haploide diploide tripoloide Síndrome de Turner Síndrome de Down Síndrome de Klinefelter Mutación variación deformación gráficas cariogramas ultrasonido Síndrome de Turner Síndrome de Down Síndrome de Klinefelter Síndrome de Turner Síndrome de Down Síndrome de Klinefelter maligno falso letal congénitas de embarazo genéticas
BIBLIOGRAFÍA. 1. Alberts, B. et al. 1996. Biología molecular de la célula. Barcelona. Ed. Omega,. 2. Alonso Tejeda Eréndira. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Edición. México. Mac Graw Hill. 3. Audesirk Teresa, Audesirk Perlad y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall. 4. Bonfil Olivera, M. 2003. 50 años de la doble hélice. ¿Cómo ves? Año 5 (53) pp 10-16. México. UNAM. 5. Cervantes Ramírez Martha y Hernández Hernández Margarita. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural. 6. Galván Huerta, S. y L. Bojorquez Castro. 2002. Biología. México. Ed. Santillana, 7**. Jiménez García Luis Felipe, et al. 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol I. México. Pearson Educación – UNAM. 8. Jimeno, A., M. Ballesteros y L. Ucedo. 2003. Biología. México. Ed. Santillana, 9. Pérez – Granados Alejandro y María de la Luz Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana. 10. Starr Cecie y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson. 11. Valdivia, B., P. Granillo y M. del S. Villareal. 2002. Biología. La vida y sus procesos. Publicaciones México. Cultural. 12. Velázquez Ocampo, M. 2006. Biología 2. México. ST Editorial. **Se recomienda comenzar con la consulta de éste libro para la unidad en general. PAGINAS WEB SUGERIDAS www.eldnavaalaescuela.com/bifedefigadospn.html. www.acanomas.com. Se presentan crucigramas y sopas de letras. A manera de repaso, entra al apartado de ciencias y resuelve. www.edu365.com/aulanet/comsoc/Lab_bio/simulacions/réplicDNA. Simulaciones en los temas de replicación, transcripción y traducción de la información del DNA.
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AUTOEVALUACIÓN 1. Forma de reproducción asexual por medio de brotes o yemas ( ) A. Gemación B. Bipartición C. Esporulación D. Esquizogénesis 2. Forma de reproducción en bacterias y algunos protozoarios ( ) A. Gemación B. Bipartición C. Esporulación D. Esquizogénesis 3. Los animales vertebrados producen descendencia por medio de la reproducción ( ) A. Sexual B. Asexual C. Celular D. Vegetativa 4. Es la fusión de los núcleos de los gametos ( ) A. Ovogénesis B. Fecundación C. Espermatogénesis D. Esporulación 5. De la ___________ se originan las tres capas blastodérmicas ( ) A. Mórula B. Gástrula C. Blástula D. Néurula 6. La inteligencia, la estatura, el color de la piel, cabello y ojos, están determinados por la combinación de varios genes, esto se conoce como herencia ( ) A. mendeliana B. poligénica C. ligada al cromosoma X D. ligada al cromosoma Y 7. El síndrome del “Maullido de gato” es debido a la pérdida del brazo corto del cromosoma cinco, esta falla se denomina ( ) A. deleción B. inversión C. duplicación D. translocación 8. El Daltonismo o ceguera a los colores rojo y verde es un ejemplo de herencia ( ) A. múltiple B. poligénica C. monohíbrida D. ligada al sexo 9. Realizó numerosos estudios con la mosca de la fruta Drosophila melanogaster ( ) A. Charles Darwin B. Gregor Mendel C. Thomas Morgan D. James Watson 10. Cualquier cambio en los nucleótidos de la molécula de DNA es una ( ) A. fusión B. fisión C. mutación D. replicación
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Unidad IV Evolución de los seres vivos
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PROPÓSITOS Comprenderás el proceso de evolución y su relación con la diversidad biológica, para contribuir con ello a desarrollar una actitud responsable frente a las formas de vida actuales.
1. INTRODUCCIÓN A LA UNIDAD La evolución y su papel en la diversidad biológica. La evolución es un hecho, esto quiere decir que es un proceso que sucede en la naturaleza y que existen muchas pruebas que así lo demuestran. La evolución implica cambios en la composición genética de las especies y se manifiesta en cambios en la morfología, fisiología y en la adaptación de éstas a su medio. Pero también significa la aparición y desaparición de especies. El proceso evolutivo ha producido a lo largo del tiempo una gran diversidad de formas vivientes a través de eventos de formación de especies, también llamado especiación y otros eventos de desaparición de especies, extinción. De acuerdo con la magnitud de los cambios que se realizan en los organismos y el tiempo en el que se llevan a cabo estos, se ha dividido el estudio de la evolución en tres categorías: 1) La microevolución. La evolución que se da en una escala reducida, en el interior de una especie y en el intervalo de unas pocas generaciones. Se puede observar el efecto de uno o varios mecanismos o procesos evolutivos como la deriva génica o la selección natural. 2) La especiación. En este nivel se analiza el origen de las especies a partir de procesos de aislamiento reproductivo; se analizan los caracteres conductuales, fisiológicos, genéticos, ecológicos, etcétera, que fomentan la divergencia entre poblaciones; las condiciones geográficas en las que ocurre la divergencia y las diferencias genéticas y fenotípicas producidas por la especiación y la velocidad del cambio. 3) La macroevolución. Es la evolución a gran escala, y abarca periodos considerables de tiempo, y grandes procesos de transformación. Analiza también el origen de innovaciones adaptativas y la coevolución a una escala filogenética. ACTIVIDAD 4.1. Contesta las siguientes preguntas y realiza la actividad “d”. a) ¿Cuantos eventos importantes de extinción, de los que existe evidencia, han sucedido en la historia de la tierra? b) ¿Por qué se extinguen las especies? c) ¿Qué entiendes por “Descendencia con modificación? y qué tiene que ver este proceso con la biodiversidad. d) En la bibliografía busca un ejemplo en el que se esté desarrollando la microevolución, la especiación y la macroevolución.
2. EVIDENCIAS DE LA EVOLUCIÓN La evolución biológica probablemente es el proceso más importante que afecta a todos los seres vivos en la tierra y que tiene su explicación en la teoría de la evolución. Las ideas básicas de Darwin, aportaron numerosos hechos que posteriormente se vieron reforzados con las pruebas de la evolución. Estas pruebas acumuladas por todas las disciplinas biológicas tales como las de tipo paleontológico, anatomía comparada, biogeográficas, bioquímica comparada, embriológica, adaptación, distribución geográfica y domesticación.
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Registro Fósil. El registro fósil representa una muestra de la vida pasada en nuestro planeta, se utiliza no sólo como prueba de la existencia de especies ahora extintas, sino también para la reconstrucción de la filogenia (historia evolutiva) de organismos actuales. El estudio de los fósiles indica los diversos cambios por los cuales los organismos se desarrollaron a las formas actuales. Los fósiles son restos de organismos que vivieron en el pasado, preservados gracias a que quedaron protegidos de la acción descomponedora de los microorganismos. La mayoría de los fósiles están formados por restos de esqueletos mineralizados, aunque también lo son las huellas de su actividad (huellas, excavaciones, etcétera) e inclusive los restos de alimentos digeridos (coprolitos). Los organismos tienen partes duras como dientes, huesos y conchas que son más fáciles de preservar, que aquellos con cuerpos blandos. Esto implica que algunos grupos taxonómicos estarán mejor representados en el registro fósil que otros. El registro fósil nos permite reconstruir una parte desconocida de la vida pasada. Biogeografía La biogeografía es la ciencia que se encarga de estudiar los patrones de distribución de la especies, de explicar los procesos que la han originado y que la afectan. La distribución geográfica muestra que las especies se originan en áreas concretas (centros de origen) a partir de las cuales se dispersan colonizando nuevos ambientes, proceso que da lugar a procesos de formación de nuevas especies; esto evidencia que la diversificación adaptativa de los grupos de organismos les ha permitido colonizar nuevos ambientes. Biología comparada: homología y analogía Cuando observamos las similitudes, morfológicas o fisiológicas entre especies, podemos darnos cuenta de dos tipos de semejanzas, la analogía y la homología. El ala de una mosca y de un ave tiene una función similar, permitir el desplazamiento en el aire. Esta semejanza, llamada analogía, se debe a que estos organismos desarrollaron estructuras para realizar una función similar ya que habitan ambientes similares, o bien a que están sujetos a presiones selectivas semejantes. Sin embargo estas similitudes no se deben a que poseen un antepasado común. De hecho el desarrollo embriológico de las estructuras es muy diferente. Por otro lado, la homología es la similitud que hay entre estructuras o caracteres de distintas especies debido a que tienen un origen común, por lo que su origen embriológico es el mismo, pero curiosamente su función no es la misma. La homología hace referencia al origen y puede emplearse para conformar grupos emparentados, mientras que las analogías se refieren a la convergencia de características entre especies que no tienen un origen común, por lo que podrían confundirnos al formar estos grupos. Evidencias del desarrollo embrionario. Ernest Haeckel (1834-1919), evolucionista que defendió las ideas de Darwin en Alemania, propuso la idea de que “La ontogenia (el desarrollo del individuo) es una recapitulación concisa y abreviada de la filogenia (la secuencia ancestral)”.
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Es importante mencionar que estas homologías embrionarias, nos permiten relacionar a especies cuyos estados adultos son completamente diferentes. Todos los organismos vivos tenemos nuestra información hereditaria en el DNA y las proteínas codificadas en él, además el diccionario para interpretar la información genética se encuentra en el código genético que es prácticamente universal, ambos ejemplos son pruebas muy importantes que apoyan la existencia de ancestros comunes y la continuidad genética entre las especies. Entre más emparentados se encuentran los organismos mayor similitud en su DNA y proteínas. Filogenia La filogenia es la historia evolutiva de los grupos de la clasificación de los seres vivos. El hecho que la diversidad de la vida esté jerarquizada es un fuerte argumento en favor de la evolución. Carlos Linneo (1707-1778) ideó el sistema de clasificación que se utiliza, con muchas modificaciones, hoy en día. En este sistema de clasificación existen siete niveles básicos. Para ubicarte en la clasificación tomaremos el ejemplo de la especie humana: Reino: Animal; Phylum o tipo: Cordados; Clase: Mamíferos; Orden: Primates; Familia: Homínidos; Género: Homo; Especie: Homo sapiens Cabe señalar que existen más subdivisiones utilizadas en este sistema de clasificación. El nombre científico de cada especie está formado por dos niveles de este sistema, el Género y la Especie. En el ser humano por ejemplo, se denomina Homo sapiens. La primera división es el género y la segunda es especie. Adaptación Las adaptaciones les permiten a los organismos poder vivir mejor en el medio que habitan. Una adaptación biológica es una estructura anatómica, un proceso fisiológico o un rasgo del comportamiento de un organismo, que se ha seleccionado a través de la selección natural a través de un largo período de tiempo y que les proporciona a los organismos una mayor posibilidad de sobrevivir y por lo tanto de reproducirse. Las adaptaciones estructurales son por ejemplo, las espinas de las cactáceas, hojas reducidas y modificadas para evitar el proceso de evapotranspiración en regiones muy cálidas. Como un ejemplo de las adaptaciones fisiológicas podemos citar las realizadas por la rata canguro que vive en zonas desérticas, para retener el agua, extrae de las semillas la cantidad de agua necesaria para subsistir y su orina es cuatro veces mas concentrada que la humana, mientras que sus heces son casi secas, además de vivir en túneles para reducir su sudor. ACTIVIDAD 4.2. Contesta brevemente o realiza la actividad sugerida. a. ¿Qué significa evolución, como teoría biológica? b. Elabora un cuadro sinóptico en el que incorpores cinco disciplinas que aportan evidencia para la evolución y señala cómo lo hacen. c. ¿Actualmente cuál disciplina consideras que brinda mayor información sobre la relación entre los diversos organismos? Justifica tu respuesta d. Siguiendo el ejemplo utilizado para ejemplificar la clasificación taxonómica del humano, realiza un ejercicio en el que ubiques al león (Panthera leo) y otro para el maíz (Zea mays) e. Menciona cinco adaptaciones que tienen los organismos que viven en el ecosistema mexicano matorral xerófilo (cactáceas por ejemplo).
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ACTIVIDAD 4.3. Relaciona columnas a. órganos Homólogos b. órganos Análogos c. fósil d. embriología e. paleontología f. biogeografía g. adaptación h. filogenia i. molecular j. nombre científico k. código genético l. ontogenia m. órgano vestigial n. anatomía comparada
Órganos con diferente origen embriológico pero igual función ( ) La molécula de DNA y sus proteínas presentan evidencia ( ) Historia evolutiva de los organismos en su clasificación ( ) La vejiga natatoria puede ser un ejemplo de ( ) Estudia los patrones de distribución de las especies ( ) Proporciona a los organismos una mayor posibilidad de sobrevivir y por lo tanto de reproducirse ( ) Está formado por dos niveles de clasificación en latín ( ) Huesos mineralizados, huellas, coprolitos, insectos en ámbar ( ) Comparación de órganos entre diferentes especies ( ) Comparación de las estructuras que aparecen en los primeros estadios del desarrollo de los organismos ( ) Disciplina que estudia el pasado de la tierra a través de fósiles ( ) Regla de correspondencia entre los nucleótidos que conforman el DNA y RNA y los aminoácidos de la proteína correspondiente ( ) Mismo origen embriológico pero diferente función ( ) Describe el desarrollo de un organismo, desde el óvulo fertilizado hasta su forma adulta. ( )
3. ANTECEDENTES Y DESARROLLO DE LA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN Jean Baptiste de Monet, caballero de Lamarck fue el primer naturalista que desarrolló una teoría coherente sobre la evolución. Realizó las siguientes propuestas: a) Existe en los organismos un impulso interno hacia la perfección. b) Los organismos tienen la capacidad de adaptarse a las “circunstancias”, es decir al ambiente, por medio de la producción de nuevas estructuras debido a una nueva necesidad. c) El uso y desuso de órganos, menciona que si un órgano se emplea constantemente, tenderá a desarrollarse mucho, mientras que el desuso tiene por consecuencia la degeneración. d) Durante la vida de un individuo las modificaciones producidas por las causas anteriores, se heredarán a su descendencia, a consecuencia de lo cual los cambios se acumularán con el transcurso del tiempo, a esto lo llamó herencia de los caracteres adquiridos. Darwin - Wallace Charles Robert Darwin (1809-1882) Científico Inglés, viajó durante cinco años por América del Sur, las islas Galápagos y los arrecifes de coral del Pacífico. En un barco de exploración, el H. M. S. Beagle. Darwin escribió: “todos los seres vivos sobre la tierra son el resultado de un proceso de descendencia con modificaciones a partir de un antepasado común”, su teoría se basó en las ideas de Lamarck y propuso varias ideas nuevas. 1. El mundo evoluciona, no es estático. 2. Las especies cambian continuamente en un proceso evolutivo y gradual que origina más especies y también extinción. 3. Las especies están relacionadas entre si, es decir tienen ancestros comunes. 4. Las especies producen más organismos de los que el medio puede mantener, por lo que para sobrevivir se establece una lucha por la existencia y muchos individuos son eliminados. 5. Existe variabilidad en todas las especies y poblaciones, sin esta todos los organismos son iguales. Dependiendo de estas variaciones, las condiciones de la lucha son ventajosas para unos y desfavorables para otros.
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Ya que sólo algunos organismos sobreviven hasta la edad reproductiva, aquellas características que aumentan la probabilidad de sobrevivir y reproducirse en sus portadores, se considerarán variantes hereditarias beneficiosas y las que van en los organismos que no se reproducen son desventajosas. Entonces, a la reproducción diferencial de las características hereditarias ventajosas, Darwin las llamó “Selección natural” (ver fig. 7).
Figura 7. Selección natural en Biston betularia
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Síntesis moderna evolutiva La unión de las propuestas de Darwin con las de Gregor Mendel acerca de la Genética se comenzó a complementar desde la década de 1920 hasta 1950 denominándose neodarwinismo o “Síntesis moderna”. Es una teoría que considera a la diversidad y la adaptación de los organismos como resultado de una constante producción de variación y de los efectos selectivos del ambiente. Ernst Walter Mayr (1904 - 2005) señalaba que se trata de una interacción entre mutaciones y ambiente. Julian Sorell Huxley (1887–1975) en su libro: Evolución: La síntesis moderna (1942) propone que se dan dos grandes procesos: la evolución gradual que se da en términos de pequeños cambios genéticos “mutaciones” y de recombinación, y el ordenamiento de esta variación a través de la selección natural. La Teoría sintética se basa en tres disciplinas: la genética, la sistemática y la paleontología, considerando a los seres vivos como miembros de poblaciones. Posteriormente se han incorporado las aportaciones de otras disciplinas como la genética de poblaciones, ecología, la botánica y la citogenética. Esta teoría tiene las siguientes propuestas: 1. Existen tres fuentes de variación genética; la mutación, la recombinación y el flujo génico. Aunque existe variación fenotípica resultante de la interacción entre genotipo y ambiente, la variación importante para la evolución es la genotípica. 2. Acepta como mecanismos de evolución a la selección natural y a la deriva génica. La reproducción diferencial de los organismos es por selección natural. Para poblaciones pequeñas que representan una pequeña fracción del acervo genético de la especie es por deriva génica. El azar actúa de manera fundamental en la deriva génica. 3. Todo cambio evolutivo se realiza de manera gradual y acumulativa de los cambios microevolutivos. 4. Aunque no todas las características de los organismos tienen un origen adaptativo por selección natural, casi todas (morfológicas, fisiológicas y conductuales) tienen un origen adaptativo. A partir de los años sesenta se ha puesto en duda la gradualidad de la evolución principalmente por Stephen Jay Gould y Niles Eldredge (1975), así como por S. Stanley (1979) en su Teoría de Equilibrios puntuados, en la cual, se refieren a la estabilidad morfológica exhibida por las especies fósiles durante millones de años (estasis), para posteriormente presentar cambios muy importantes (en saltos) en contraposición con el cambio gradual y continuo que postula la evolución filética.
ACTIVIDAD 4.4. Contesta brevemente las siguientes preguntas 1. ¿Por qué es importante la aportación de Lamarck, si en esencia sus propuestas son incorrectas? 2. ¿Qué propuesta de Lamarck retomó Darwin? 3.- ¿Cuáles son las propuestas básicas de la teoría de Darwin-Wallace 4.- ¿Que entiendes por Selección Natural?
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Se considera que Dryopithecus, Ouranopithecus, y Oreopithecus son los géneros europeos que posiblemente fueron los ancestros de los antropomorfos africanos y del hombre. La aparición del bipedismo se dio en los australopitecinos –y quizá, por primera vez— en algún antropomorfo del Mioceno como Oreopithecus. El bipedismo fue un prerrequisito para la evolución. Los paleontólogos han considerado como ancestros inmediatos del género Homo al género Australopithecus cuyas especies A. africanus y A. robustus fueron encontradas en 1925 por Raymond Dart en Sudáfrica. El estudio de los huesos de sus extremidades sugirió que ambas especies eran bípedas, lo que representa el sello distintivo de los humanos. En 1978, Donald C. Johanson, identificó una nueva especie de Australopithecus en Hadar, Etiopía. Esta especie fue clasificada como A. afarensis, “Lucy”, una especie bípeda que posiblemente pasaba parte de su vida en los árboles, puesto que los restos de esta especie muestran estructuras óseas y articulaciones que sugieren un hábitat arborícola (ver fig. 8).
Fig. 8. Australopithecus afarensis, nuestro primer antepasado bípedo. Tim D. White, descubrió unos fósiles de homínido en Aramis, Etiopía que fueron fechados con una antigüedad de 4,4 millones de años. A estos restos se les dio el nombre de Australopithecus ramidus y posteriormente se les asignó un nuevo género Ardipithecus ramidus. Fósiles de este género que se han encontrado recientemente y muestran una antigüedad de 5,8 millones de años. Esta especie parecía haber vivido en el periodo cercano a la separación entre el linaje humano y el de los chimpancés.
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En 2001, Martin Pickford y Brigitte Senut, encontraron en Tugen Hills, Kenia, los restos de una criatura de seis millones de años de antigüedad a la que llamaron Orrorin tugenensis. Se encontraron fragmentos de quijada, dientes aislados, huesos de dedos y brazos y fémures incompletos. El análisis del fémur indica que Orrorin usaba las piernas para caminar, pero su aspecto era el de un animal primitivo con caninos más grandes y puntiagudos que los del hombre y con huesos de brazos y dedos con adaptaciones para trepar. Lo sorprendente es que Orrorin y Ardipithecus fueron bípedos, pero desarrollaron este singular modo de locomoción, no en la sabana africana como se ha creído hasta ahora, sino en un hábitat lleno de árboles, tal como lo muestran los análisis paleoecológicos. Según C. Owen Lovejoy, el bipedismo liberó las manos para que los machos pudieran recolectar más alimento cuando cortejaban a una hembra. Las hembras elegían entonces a los buenos proveedores y así podían dedicar más tiempo y energía a la crianza de sus descendientes. En julio de 2002, Michel Brunet, anunció que había desenterrado un homínido de casi siete millones de años, al que se bautizó como Sahelanthropus tchadensis, al norte de Chad. Este homínido también tiene características simiescas: una cavidad craneal del tamaño de la de un chimpancé y cuencas oculares muy separadas entre sí. Estos rasgos primitivos y avanzados indican una relación con nuestro último antepasado común, por lo que propone al Sahelanthropus como el miembro más antiguos de la estirpe humana. El género Homo se caracteriza por: el mayor tamaño del cerebro, una cara pequeña y vertical, dientes más pequeños, especialmente los molares y premolares, nariz prominente y características esqueléticas más humanas, tanto en los detalles de la región pélvica como en la forma general del cuerpo. En 1959-1961, en la garganta de Olduvai, Tanzania, se descubrieron los restos de Homo habilis, la antigüedad de los restos se calculó entre 2 y 1,5 millones de años. Las características de los primeros habilis encontrados en Olduvai y Turkana eran una cara grande y aplanada, y una capacidad craneana de unos 750 cc, dientes bastante grandes y los huesos de la mano, del pie y de la pierna presentaban otras características humanas, pero no diferían mucho de los huesos de los australopitecinos. En 1891 Eugène Dubois encontró un cráneo de una especie, cuya morfología es muy semejante a la nuestra. Los restos de entre 1 y 0.5 millones de años en Turkana oriental, África. La relación entre esta especie y H habilis es muy incierta, pero se acepta ésta dio origen a erectus. El cráneo de H. erectus es más robusto, más largo y más bajo y de paredes más gruesas y con una capacidad craneal de 900 cc. H. ergaster/ erectus, fabricaba herramientas y estaba dotado de un cerebro una vez y media mayor que el de los australopitecinos, es el primer humano que verdaderamente se reconoce como tal. Su régimen de vida debió ser semejante al de los cazadores recolectores de nuestros días. H. erectus sufrió modificaciones evolutivas y dio origen a nuevas formas que han sido etiquetadas como H. sapiens “arcaicos”, pero actualmente se consideran como nuevas especies; una de ellas se llamó H. heidelbergensis por el nombre de la localidad donde fue encontrada. Con una antigüedad de 600 mil años, este espécimen constituye el humano europeo más antiguo que se conoce.
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En Europa, H. heidelbergensis o una especie relacionada dieron origen a un grupo de homínidos cuyo principal representante es el H. neandertalensis. Esta especie ocupó gran parte de Europa y Asia Occidental entre 200,000 y 30,000 años atrás. Los neandertales tenían un físico achaparrado y corpulento, con músculos fuertes y pecho voluminoso. Los varones medían aproximadamente 1,7 metros y unos 70 Kg. y las mujeres alcanzaban 1,6 y 54 Kg. aproximadamente. Su cerebro era tan grande como el nuestro, aunque el cráneo era alargado y bajo como el de los humanos más primitivos. En Europa, la presencia de H. sapiens se documenta hace apenas 40,000 años, y sólo 10,000 más tarde el neandertal había desaparecido, tal vez bajo la presión del H. sapiens. El hombre moderno que invadió Europa trajo consigo una nueva industria paleolítica basada en la producción de largas hojas de piedra y hacía objetos de hueso y cuerno. Desarrollaron el arte en forma de grabados y pinturas; conservaron registros grabados en hueso y piedra; hicieron instrumentos musicales; confeccionaron delicados ornamentos.
5. INTEGRACIÓN DE LOS CONOCIMIENTOS DE LA UNIDAD Especie Son las distintas clases de seres vivos, definidas en un principio en base a sus características morfológicas. Ernest Mayr definió la especie desde el punto de vista biológico, como un grupo de organismos con características morfofisiológicas similares cuyos integrantes son capaces de cruzarse entre sí y tener descendencia fértil. En esta definición debemos entender que cuando un organismo de una especie puede cruzarse con otro de una especie diferente, si tiene descendencia será estéril. Sin embargo esta definición únicamente se aplica a organismos con reproducción sexual y excluye a un gran número de especies. De esta definición se puede desprender la noción de que entre especies diferentes debe existir un aislamiento reproductivo. Cuando una población se ve dividida en dos o más grupos por causas geográficas o mecanismos biológicos, las poblaciones pueden llegar a convertirse en especies diferentes, proceso llamado especiación. Existen tres procesos básicos de especiación: a) Especiación alopátrica, (de patria diferente), que implica la formación de una barrera geográfica difícil de atravesar y que impide que los individuos de una población se puedan encontrar en el tiempo y espacio. La barrera puede ser desde la formación de un río que separa individuos de una misma población, hormigas por ejemplo, hasta la formación de una montaña, que separa poblaciones de conejos. Este proceso produce un aislamiento reproductivo entre las dos poblaciones y si la barrera es permanente, produce un aislamiento prolongado, como el caso de la montaña, las poblaciones llegan a constituirse como especies diferentes. b) Especiación simpátrica (en la misma patria), requiere que dentro de la misma población ocurran cambios de comportamiento, por ejemplo para atenuar la competencia por alimento un grupo de la misma población decide cambiar su lugar de alimentación, Así como el tiempo para hacerlo. Los dos grupos casi no se encuentran y con el tiempo se da un aislamiento reproductivo que además se ve reforzado por el mismo proceso de evolución, las poblaciones se convierten en especies diferentes. c) Especiación parapátrida (patria cercana), implica especiación a pesar de tener contacto, no existe barrera geográfica, pero su separación es ecológica. Este tipo de especiación no tiene muchos seguidores.
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Existen diferentes tipos de aislamiento reproductivo: a) Mecanismos precigóticos: conductual, estacional, ecológico y mecánico. b) Mecanismos postcigóticos: inviabilidad de gametos, de embriones o formación de híbridos. Fuentes de variación: a) Mutación b) Recombinación Procesos evolutivos a) Selección natural: Estabilizadora, direccional y diversificadora, selección sexual. b) Endogamia c) Migración o flujo genético d) Deriva génica: efecto fundador y cuello de botella BIBLIOGRAFÍA 1. Alonso Tejeda Eréndira. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Edición. México. Mac Graw Hill. 2. Audesirk Teresa, Audesirk Perlad y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall. 3. Cervantes Ramírez Martha y Hernández Hernández Margarita. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural. 4. Galván Huerta, S. y L. Bojorquez Castro. 2002. Biología. México. Santillana, 5**. Jiménez García Luís Felipe, Rosaura Ruíz Gutiérrez, Arturo Argueta Villamar, Juan Núñez Farfán, Eduardo A. Delgadillo Cárdenas, Irene Quiroz Amenta, Ricardo Solano Noguera, María del Refugio Saldaña García, María Cristina Hernández Rodríguez y María Josefina Segura Gortares 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol II. México. Pearson Educación – UNAM. 6. Pérez – Granados Alejandro y María de la Luz Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana. 7. Starr Cecie y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson. **Se recomienda comenzar con la consulta de éste libro para la unidad en general. Páginas web sugeridas: Para conocer más acerca de la selección natural puedes leer: La Selección Natural: Cómo funciona la Evolución: Una entrevista con Douglas Futuyma en: http://www.actionbioscience.org/esp/evolution/futuyma.html http://www.actionbioscience.org/esp/evolution/lenski.html http://www.evolutionibus.info/precursores.html http://www.evolutionibus.info/transformismo.html http://www.evolutionibus.info/neodarwinismo.html http://bioinformatica.uab.cat/divulgacio/evol.html
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AUTOEVALUACIÓN 1.- Ciencia que aporta pruebas para la evolución ( ) a). Historia b). Geografía c). Filosofía d). Anatomía comparada 2.- Son mecanismos que producen evolución ( ) a). Selección Natural, b). Aislamientos c). Adaptación, d). Reproducción Asexual, Deriva Genética. Reproductivos, Hardy - Weinberg Deriva Continental. Deriva Continental 3.- La evolución del caballo es un ejemplo de ( ) a).- Evolución filética b).- Especiación alopátrica c).- Macroevolución d).- Megaevolución 4.- Ejemplo de Deriva Génica donde los organismos de una población son casi exterminados ( ) a).- Especies alopátricas b).- Evolución filética c).- Selección estabilizadora d).- Cuello de botella 5.- Un mecanismo de aislamiento precigótico es ( ) a). Aislamiento b). Formación de c). Formación de híbridos d). Degradación de ecológico quimeras embrión 6.- Un mecanismo de aislamiento postcigótico es ( ) a).- Aislamiento b).- Aislamiento mecánico. c).- Degradación de los d).- Aislamiento estacional híbridos etológico 7.- Un ejemplo de macroevolución ( ) a).- Radiación b).- Aparición de taxones que no c).- Evolución de los d).- Evolución de adaptativa existían antes (AVES por ejemplo) pinzones Galápagos 8. Propuso la primera teoría sobre evolución con propuestas formales ( ) a).- Buffon b).- Thomas Malthus c).- Darwin -Wallace d).- Lamarck 9.- La Teoría Sintética de la Evolución retoma las ideas de ( ) a).- Lamarck incluyendo b).- Malthus c).- Darwin -Wallace d).- Mendel incluyendo la genética incluyendo la genética incluyendo la genética la genética 10.- Tipo de especiación que se realiza en una población que queda dividida en dos cuando se da un aislamiento geográfico y posteriormente un aislamiento reproductivo ( ) d) disruptiva a).- Parapátrica Simpátrica c). Alopátrica 11.- Los restos de Lucy eran de un ( ) a).- Austrolopithecus afarensis b).- Austrolopithecus africanus c).- Procónsul d).- Homo habilis 12.- Los restos del hombre de Pekín eran de un ( ) a).- Austrolopithecus afarensis b).- Homo erectus c).- Procónsul d).- Homo habilis 13. La deriva Génica se cumple cuando ( ) a).- Cuando la población b).- Cuando la población c).- ) Cuando existe flujo d).- Cuando la que se aísla es que se aísla es muy genético con otras población que se representativa de la pequeña y no es poblaciones de la aisló presenta población original. representativa, población que se aisló reproducción dirigida genéticamente de la con otras población original poblaciones que llegan 14. La Selección disruptiva puede producir ( ) a) la eliminación de homocigotos.
b) la formación de dos especies a partir de una,
15.- La Selección direccional puede producir ( a) La eliminación de homocigotos.
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b) La formación de dos especies a partir de una,
c) el aumento de la frecuencia de una característica extrema de los individuos de una población.
d) heterocigosis
c) el aumento de la frecuencia de una característica extrema de los individuos de una población.
d) heterocigosis
)
Unidad V Historia evolutiva de la diversidad biológica
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PROPÓSITO DE LA UNIDAD Analizar el origen y la evolución de la biodiversidad o diversidad biológica, reconociendo las principales características de los diferentes grupos de seres vivos. Desarrollar una actitud responsable frente a la naturaleza.
1. INTRODUCCIÓN A LA UNIDAD El concepto ecológico de biodiversidad se refiere a ecosistemas, al complejo formado por organismos y ambiente; el concepto específico tiene que ver con las especies, se refiere a los conjuntos de individuos semejantes y capaces de reproducirse entre sí. Un último concepto es el genético, que es la variabilidad en la información genética entre individuos de una misma especie. Existen cuatro valores asociados a la biodiversidad: el científico, el ético, el productivo y el estético. Origen y evolución de la diversidad biológica. Por biodiversidad entendemos la amplia variedad de formas de vida que existen en la Tierra, y los patrones naturales que conforman, resultado de 4000 millones de años de evolución. La diversidad biológica describe la riqueza del mundo biológico y abarca todas las formas de vida y los ecosistemas que ésta integra. La Diversidad Biológica es el número de poblaciones de organismos y especies distintas.
2. ¿QUÉ ES LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA? ¿Podemos evaluar la biodiversidad? Sí, de acuerdo a su riqueza, abundancia relativa y a su diferenciación? ¿Cómo se origina la diversidad biológica? La diversidad se origina con una mutación del material genético de la célula reproductora de un individuo; hay factores como son la selección natural y el aislamiento reproductivo que favorecen la permanencia de dicho cambio. La selección natural promueve la amplificación de la variación dentro de una población, no de nuevas especies. El aislamiento reproductivo es la imposibilidad de dejar descendientes entre dos o más poblaciones de organismos, es un factor primordial en el origen de la diversidad. ¿Cuántas especies hay en la Tierra?, No lo sabemos con exactitud, pero se han descrito aproximadamente 1.8 millones de especies. La distribución de la biodiversidad en el planeta no es uniforme por lo cual unas regiones son mucho más ricas que otras en diversidad de especies en general y en endemismos. México es un país privilegiado al estar situado entre dos regiones biogeográficas la Neártica y la Neotropical, donde confluyen numerosas y diversas especies de organismos, su accidentada topografía, sus variados tipos de suelos y las largas costas marinas bañadas por los océanos Atlántico y Pacífico lo hacen ser un país megadiverso; forma parte de los 17 países que incluyen del 66 al 75% o más de la biodiversidad total del planeta. En animales vertebrados, México ocupa el 5º lugar en mamíferos con 450, el 10º en aves con 1050, el 2º en reptiles con 717, el 4º en anfibios con 284 y en peces posee 2501 especies. 4º lugar en plantas superiores, se calculan entre 18 000 y 30 000 especies según los autores.
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Taxonomía La taxonomía es la rama de la biología relacionada con la identificación y nombres científicos de los organismos. El botánico suizo Carolus Linneus clasificó a todos los organismos conocidos en dos grandes grupos reinos Plantae y Animalia. Robert Whittaker en 1969 propuso la clasificación de los organismos en cinco reinos: Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalia. En 1991 Carl Woese basándose en estudios de biología molecular hace la clasificación de los organismos en tres dominios: Archaea, Bacteria y Eukarya. Criterios de clasificación Linneo desarrolló el concepto de nomenclatura binomial y en latín que era la lengua culta de su época y que aún se mantiene. La taxonomía es una parte de la Sistemática, en donde la filogenia (el estudio de las relaciones evolutivas en un grupo) es uno de sus objetivos. Se construyen árboles filogenéticos, que representan hipótesis evolutivas y tratan de definir grupos monofiléticos (incluye al ancestro común y a todas las especies descendientes de él). 3. TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA. Teoría del Big Bang El astrofísico belga Georges Lemaitre tuvo la idea de un Universo en expansión; afirmó que las galaxias en un principio formaban un conglomerado, como un “superátomo” que contenía toda la materia del universo y que al producirse un gran estallido se originaron las galaxias. Lemaitre llamó a ese momento inicial el del átomo primitivo. Fred Hoyle estaba en contra de esta teoría y para ridiculizarla llamó a este proceso “la gran explosión” o Big Bang (en inglés), pero fue tal el impacto del nombre que acabó por imponerse. Evolución química. El planeta Tierra tiene una antigüedad de 4500 millones de años (m.a.). La vida evolucionó de la materia inerte probablemente hace 4400 m.a. cuando el vapor de agua pudo condensarse. En 1924, Alexander I. Oparin bioquímico ruso propuso una sopa primitiva de moléculas orgánicas que pudo haberse generado en una atmósfera con gases de metano, amoniaco, hidrógeno y escasa en oxígeno. Respecto a cómo se formó el agua, Oparin sabía que la intensa actividad volcánica reinante en esa época generaba la expulsión del magma que iba acompañado de vapor de agua, con el paso de miles de años se saturó la atmósfera de humedad y entonces el agua se quedó en forma líquida. Estos factores más la acción de los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas pudieron haber provocado reacciones químicas que darían origen a los aminoácidos. Al caer las primeras lluvias estas arrastraban las moléculas de aminoácidos, las cuales al calor de las rocas se unieron mediante enlaces peptídicos y así surgieron las primeras proteínas. Disueltas en agua las primeras proteínas formaron coloides y la interacción entre estos llevó a la aparición de los coacervados. Oparin llamó coacervados a los protobiontes. Alfonso L. Herrera fue un científico mexicano, quien preocupado por el origen de la vida, en la década de 1930 empezó una serie de experimentos en los cuales usó formaldehído y tiocianato de amonio y obtuvo unas microestructuras con apariencia de células a las que llamó sulfobios. Pero éstos no eran capaces de dividirse; también creó los llamados colpoides. Informó además de la síntesis de dos aminoácidos y de otros productos de condensación, incluyendo algunos pigmentos. Propuso la teoría de la Plasmogenia para explicar el origen de la vida. Harold C. Urey y Stanley L. Miller (1951) consideraban que la atmósfera de la Tierra primitiva debía ser reductora (rica en hidrógeno, metano, amoniaco y vapor de agua) y que estas
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condiciones serían relevantes para el origen de la vida y para demostrarlo diseñaron un experimento. ¿Qué es un virus? Un virus es una entidad biológica capaz de autorreplicarse utilizando la maquinaria celular. Está compuesto de una cápside de proteínas que envuelve al ácido nucleico, que puede ser DNA o RNA. El virus siempre necesita de la maquinaria metabólica de la célula invadida para poder replicar su material genético, produciendo luego muchas copias del virus original. Algunos virus pueden llegar a destruir a la célula. Los virus pueden infectar células eucariontes, células procariontes (en cuyos casos se les llama bacteriófagos); hay virus que infectan a otros virus y se denominan viroides. Atendiendo al tipo de ácido nucleico se distinguen cuatro clases: DNA de cadena doble, DNA de cadena sencilla, RNA de cadena doble y RNA de cadena sencilla. De acuerdo a la forma de la cápside pueden ser cilíndricos o helicoidales.
ACTIVIDAD 5.1. Investiga por lo menos cinco enfermedades causadas por virus en los humanos y cómo repercute esto en la sociedad.
Protobiontes Los protobiontes son mezclas secas de aminoácidos puros que polimerizan espontáneamente a temperaturas de 130 ºC, dan lugar a mezclas gelatinosas (constituidas hasta por 200 aminoácidos) denominadas “protenoides“ que son microesferas de 1-2 micras, que desarrollan delimitaciones externas parecidas a una doble capa lipídica, y que fueron los predecesores de la vida. 4. PROCARIONTES Y LOS ORÍGENES DE LA DIVERSIDAD METABÓLICA Carl Woese y Gary Olsen establecieron el árbol filogenético universal que muestra tres dominios (nuevo taxón filogenético) con varios reinos en los llamados dominios, que incluye a las Archaea, Bacteria y Eukarya. Del tronco común sugerido por C. Woese evolucionaron tres modelos de células procariotas: arqueas, urcariotas y bacterias, las cuales existieron por más de 2000 millones de años. Los procariotas predominaron en el Precámbrico, poseían un metabolismo sencillo basado en la ruptura de la molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato (Glucólisis), debido a que la concentración de oxígeno estaba por debajo del 50% de la concentración actual. I. ARQUEOBACTERIAS. Dominio Archaea Se cree que las células más antiguas son las arqueobacterias (3800 millones de años (M.A.); miden de 0.5-5 micras, con forma de bastones, coco y espirilos. Su reproducción es por fisión. Poseen pared celular de pseudopéptidoglicano, otras con glicoproteínas; la única arqueobacteria que carece de pared celular es Thermoplasma. Poseen en la membrana lípidos (diéteres de glicerol) diferentes a las bacterias.
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Habitan en fuentes termales, depósitos profundos de petróleo caliente, fumarolas marinas, lagos salinos incluyendo al Mar Muerto. Por vivir en ambientes “extremos” se les llama también “extremófilas”. Metánogenas Reciben este nombre por producir metano a partir de la fermentación de un polisacárido como la celulosa Halófilas extremas Viven en regiones con muy alta concentración de cloruro de sodio (NaCl), requieren una concentración de al menos el 10% de NaCl para su crecimiento. Hipertermófilas o termófilas extremas Este grupo posee varias líneas filogenéticas. Termoacidófilas, estos organismos requieren temperaturas muy altas (80-105ºC) para crecer. EUBACTERIAS o BACTERIAS Conocidas también como “bacterias verdaderas”, son organismos procariotas, su tamaño varía de 1 a 10 micrómetros. Se reproducen asexualmente por bipartición, gemación, o por conjugación. Estas bacterias verdaderas o eubacterias se dice son cosmopolitas ya que las encontramos en todos los ecosistemas del planeta. 5. PROTISTAS Y EL ORIGEN DE LOS EUCARIOTAS Lynn Margulis en su Teoría Endosimbiótica propone que los eucariotas se originaron a partir de una célula procariota que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar su tamaño, ésta primitiva célula denominada urcariota, en un momento dado englobaría a otras células procariotas estableciendose la relación endosimbiótica. Esta investigadora dice que las células involucradas fueron una arqueobacteria Thermoplasma y una bacteria aerobia Gram negativa Spirochaeta. Evolución de los Protistas Los datos fósiles y moleculares indican que los eucariotas aparecieron entre 2000 y 2500 millones de años, cuando la atmósfera de la Tierra estaba aún desprovista de oxígeno. Pero como vimos anteriormente a través de la endosimbiosis se originaron los organismos eucariotas. El reino Protista incluye organismos eucariota unicelulares y multicelulares (que forman colonias), con nutrición heterótrofa (ingestivos como los protozoarios, o absorbentes como los Mycetozoides), autótrofa (algas), o mixotrofa (que son tanto autótrofos y heterótrofos como por ejemplo Euglena). La mayoría de ellos son móviles, pero algunas especies son sésiles. Son importantes componentes del plancton, la mayoría son acuáticos, viven principalmente en los océanos, o en el agua dulce en ríos y lagunas, pero también los hay en ambientes terrestres húmedos. En su mayoría son microscópicos, de gran importancia ecológica, son el primer eslabón en la cadena alimenticia de animales marinos como pequeños invertebrados (copépodos, crustáceos, larvas de moluscos, equinodermos, crustáceos), hasta vertebrados como los peces y algunas ballenas de barbas. Algas. Son organismos autótrofos que efectúan fotosíntesis, la gran mayoría son acuáticos y pocas especies viven en ambientes terrestres húmedos. Muchas especies son unicelulares microscópicas, coloniales, otras son multicelulares y macroscópicas; algunas de forma laminar pueden medir decenas de metros de longitud. Algunas algas pueden vivir en
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simbiosis con animales como por ejemplo algas verdes con algunos corales, o con moluscos como los nudibranquios, o con protozoarios ciliados como Paramecium viridis especie de agua dulce que conserva en su interior algas verdes unicelulares. De acuerdo a los pigmentos predominantes se puede clasificar a las algas en: Chlorophyta, Phaeophyta, Rhodophyta, Chrysophyta y Pyrrhophyta. 6. PLANTAS Y LA COLONIZACIÓN DE LA TIERRA. Las plantas son eucariotas que evolucionaron de algunos grupos de algas verdes o Chlorophyta, cuando éstas invadieron las áreas emergidas de tierra durante el Ordovícico, se adaptaron para posteriormente originar a las embriofitas o Bryophyta que comprenden a los musgos, hepáticas y licopodios. Magnoliophyta Las angiospermas son plantas que producen semillas encerradas dentro de flores. Aparecen a principios del Cretácico (hace unos 130 millones de años). Los registros fósiles más antiguos de las primeras plantas vasculares datan de hace 400 m.a. En el Devónico y en el Carbonífero predominaron las lycophyta, sphenophyta y progymnosperas que fueron dominantes hasta hace 300 m.a. Las primeras plantas con semilla aparecieron en el Devónico tardío, y en el Mesozoico dominan las gimnospermas. 7. FUNGI Los hongos son organismos eucariotas heterótrofos, secretan enzimas para digerir sus alimentos a través de la absorción de sustancias disueltas. Pueden ser saprófitos o descomponedores de la materia orgánica o muerta de plantas y animales, parásitos de plantas principalmente, algunos patógenos del hombre y otros animales, mutualistas, simbiontes. Su respiración puede ser aerobia, o anaerobia facultativa. Su reproducción puede ser por medio de esporas que se producen dentro de unas estructuras llamadas esporangios ya sea de manera asexual por mitosis, o sexual por meiosis. Los hongos pueden ser unicelulares con una pared celular de quitina como las levaduras, por ejemplo Saccharomyces cerevisiae que produce vinos y cerveza, o pluricelulares tanto microscópicos como macroscópicos. La mayoría posee un cuerpo o talo vegetativo filamentoso llamado micelio constituido por delgados filamentos llamados hifas.
ACTIVIDAD 5.2 Responde las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es la importancia de los hongos en la industria farmacéutica? b) ¿Cuál es la importancia de los hongos en la industria vitivinícola y de alimentos? c) ¿Qué papel juegan las micorrizas en los bosques forestales?
8. INVERTEBRADOS Y EL ORIGEN DE LA DIVERSIDAD ANIMAL HASTA LOS CORDADOS. La era del Paleozoico está marcada por la proliferación de animales con partes duras preservables, tales como conchas y exoesqueletos. Esta es la mayor explosión conocida del Cámbrico, donde hubo una aparición de numerosas especies de vida animal, muchas de las cuales no están emparentadas con las formas modernas. En el Paleozoico hubo una gran
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diversificación de vida de vertebrados como anfibios y sus descendientes los reptiles que fueron la forma dominante de vida animal sobre la Tierra. La diversificación de los peces comenzó en el periodo Silúrico y continuó durante el Devónico. Para el final del Paleozoico, la mayoría de los grandes grupos de vida, excepto las plantas con flores y los mamíferos se habían desarrollado.
9. EL HOMBRE Y LA EVOLUCIÓN. ACTIVIDAD 5.3. Elabora un árbol filogenético donde ilustres la evolución del hombre..
BIBLIOGRAFÍA 1. Alonso Tejeda Eréndira. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Edición. México. Mac Graw Hill. 2. Audesirk Teresa, Audesirk Perlad y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall. 3. Cervantes Ramírez Martha y Hernández Hernández Margarita. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural. 4. Galván Huerta, S. y L. Bojorquez Castro. 2002. Biología. Ed. Santillana, México. 5. Jiménez García Luís Felipe, Rosaura Ruíz Gutiérrez, Arturo Argueta Villamar, Juan Núñez Farfán, Eduardo A. Delgadillo Cárdenas, Irene Quiroz Amenta, Ricardo Solano Noguera, María del Refugio Saldaña García, María Cristina Hernández Rodríguez y María Josefina Segura Gortares 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol II. Pearson Educación – UNAM. México. 6. Pérez – Granados Alejandro y María de la Luz Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana. 7. Starr Cecie y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson. Páginas web sugeridas: http://astrobiologia.astroseti.org/articulo_129_piruvear_origen_vida.htm http://ciencia.astroseti.org/nasa/articulo.php?nobar=1&num=3647 http://astrobiologia.astroseti.org/astrobio/articulo_3910_el_gen_oxidacion_del_amoniaco.htm http://astrobiologia.astroseti.org/articulo.php?num=177 http://astrobiologia.astroseti.org/astrobio/articulo_4206_el_truco_las_cianobacterias.htm
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AUTOEVALUACIÓN 1. La propuesta acerca del origen de la vida en la que se establece una evolución química a partir de moléculas inorgánicas que reaccionaron en la atmósfera primitiva formando moléculas orgánicas que se precipitaron a los mares primitivos, interactuando entre ellas. a) Oparin b) Harold C. Urey c) Stanley L. Miller d) Antonio Lazcano Haldane 2.- Desde el punto de vista de Oparin – Haldane los primeros organismos debieron ser ( ) a) Autótrofos, b) Autótrofos, c) Heterótrofos, d) Heterótrofos, aeróbicos anaeróbicos aeróbicos anaeróbicos 3.- Otra teoría apoya el hecho de que los primeros organismos debieron ser muy parecidos a aquellos encontrados en chimeneas hidrotermales, soportan altísimas temperaturas y utilizan elementos químicos para su metabolismo celular, de acuerdo a esta teoría, ¿cómo deberían ser estos organismos? ( ) a) Autótrofos, b) Heterótrofos, c) Heterótrofos, d) Heterótrofos, quimiosintéticos aeróbicos anaeróbicos quimiosintéticos 4. Entidad biológica compuesta por una cápside de proteínas que envuelve al ácido nucleico ( a) Algas
b) Virus
c) Hongos
)
d) Cósmidos
5. Son mezclas secas de aminoácidos puros las cuales forman mezclas gelatinosas en forma de microesferas ( ) a) Sulfobios
b) Colpoides
c) Protobiontes
d) Procariontes
6. Son organismos procariotas que viven en ambientes extremos con altos contenidos de sal ( a) Hipertermofilas
b) Termoácidofilas
c) Termófilas
d) Halófilas
7. De acuerdo a la clasificación de los cinco reinos, los organismos procarióticos son ( a) Protistas
b) Fungi
c) Monera
)
)
d) Animália
8. Son organismos eucariotas, viven en ambientes acuáticos, se clasifican de acuerdo al pigmento predominante, algunas espécies son comestibles ( ) a) Algas
b) Hongos
c) Bacterias
d) Protozoarios
9.- Su asociación celular es en psudotejidos, son heterótrofos de algunas especies se extraen antibióticos ( ) Fungi Monera Animalia Plantae 10.- Entre las características importantes para la colonización de la tierra la presencia de esta estructura en las plantas fue de suma importancia. Estolones Raíces Zarcillos Espinas
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Unidad VI Los seres vivos y su ambiente
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Objetivo general: En esta unidad se Iintegrará la información obtenida a lo largo del curso para explicar los mecanismos biológicos que permiten las interacciones de los organismos con su medio, destacando el papel de los componentes del ecosistema en el funcionamiento coordinado de los mismos, y en el estudio de los recursos naturales y algunos problemas ambientales. Todo esto enfocado a fomentar en los alumnos actitudes responsables frente a la Naturaleza. Al revisar esta unidad deberás ser capaz de: · Identificar a la ecología como ciencia con la finalidad de conocer su objeto de estudio. · Reconocer los principales aspectos que caracterizan un estudio ecológico de poblaciones o de una comunidad, para entender la estructura y funcionamiento de un ecosistema. · Conocer los diferentes tipos de ecosistemas, de México, para tener conocimientos ecológicos básicos. · Plantear los problemas de uso y manejo de los recursos naturales en el mundo y en México, con la finalidad de crear propuestas para su solución. Temas básicos: 1. INTRODUCCIÓN A LA UNIDAD: La ecología (Término que proviene de la palabra griega oikos, “casa”) estudia las relaciones entre los seres vivos y su ambiente, el cual esta integrado por un componente abiótico (inanimado), que incluye el suelo, el agua y el clima y un componente biótico, que incluye todas las formas de vida. El término ecosistema se refiere tanto al ambiente inanimado como a todos los organismos presentes en una zona definida. Dentro de un ecosistema, todas las poblaciones de organismos que interactúan constituyen una comunidad. 2. LA ECOLOGÍA Y SU OBJETO DE ESTUDIO. Ecología de Poblaciones, comunidades y ecosistemas: Una población es un grupo de individuos de la misma especie que viven juntos en la misma región geográfica y la ecología de poblaciones es el estudio de una población, sus interacciones con las poblaciones de otras especies y la manera de cómo estos recursos e interacciones influyen en su abundancia. Cada población posee una cantidad única de características ecológicas: un nicho, una tasa de crecimiento y una capacidad de carga. - Un nicho incluye un lugar físico o hábitat y todos los factores ambientales físicos necesarios para la supervivencia. - La tasa de crecimiento es el cambio en el tamaño de la población por individuo por unidad de tiempo. La capacidad de carga de una población es la máxima densidad de individuos que un ambiente puede soportar. Una comunidad ecológica se compone de todas las poblaciones que interactúan dentro de un ecosistema, en otras palabras una comunidad es el componente biótico o animado de un ecosistema. Las característica que definen a una comunidad son su diversidad, la forma prevaleciente de la vegetación, la estabilidad y la estructura trófica. Los ecosistemas son sistemas complejos como el bosque, el río o el lago, formados por una trama de elementos físicos y biológicos o comunidad de organismos. El ecosistema estudia las relaciones que mantienen entre sí los seres vivos que componen la comunidad, pero también las relaciones con los factores no vivos.
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El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energía es el sol. Durante la fotosíntesis, los pigmentos como la clorofila absorben longitudes de onda específicos de la energía solar, la cual es utilizada en reacciones que almacenan energía en enlaces químicos y producen azúcar y otras moléculas de alta energía. Los organismos fotosintéticos, se denominan autótrofos o productores, porque producen alimento para sí mismos utilizando sustancias inorgánicas y luz solar. Los organismos que no llevan a cabo la fotosíntesis, denominados heterótrofos (“que se alimentan de otros” en griego) o consumidores, deben obtener la energía y muchos otros nutrimentos empacados del cuerpo que componen otros organismos. Cada categoría de organismos constituye un nivel trófico. Los productores forman el primer nivel trófico pues obtienen su energía directamente del sol. Los consumidores ocupan varios niveles tróficos; algunos de ellos se alimentan directa y exclusivamente de los productores. Estos herbívoros “comedores de plantas” son conocidos como consumidores primarios y constituyen el segundo nivel trófico. Los carnívoros son depredadores que se alimentan principalmente de consumidores primarios, llamados también, consumidores secundarios y constituyen el tercer nivel trófico. Algunos carnívoros se alimentan en ocasiones de otros carnívoros, en esas circunstancias ocupan el cuarto nivel trófico, el de los consumidores terciarios. Una relación lineal de alimentación se conoce como cadena alimenticia. Las comunidades naturales rara vez contienen grupos bien definidos de consumidores primarios, secundarios y terciarios. Una red alimenticia muestra las múltiples cadenas alimenticias interconectadas de una comunidad y describe las relaciones de alimentación efectivas dentro de una comunidad específica. Entre los hilos más importantes de una red alimenticia están los comedores de detritos y descomponedores. Éstos consumen materia orgánica muerta, extraen parte de la energía almacenada de ellos y los excretan en un estado de descomposición más avanzada. Sus productos de excreción sirven de alimento a otros comedores de detritos y descomponedores.
ACTIVIDAD 6.1 A continuación se presenta una red alimentaria hipotética. Los nombres de los organismos se han remplazado por letras. Agrupa las letras por los niveles tróficos. A y B son productores (Cervantes, 2004). I
J
F G C D A
H E
a) b) c) d) e)
Organismos que sólo ocupan el primer nivel trófico. Organismos que sólo ocupan el segundo nivel trófico. Organismos que sólo ocupan el tercer nivel trófico Organismos que sólo ocupan el cuarto nivel trófico Organismos que ocupan más de un nivel trófico.
B
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ACTIVIDAD 6.2 Relaciona la columna A con la B (puede existir más de una correspondencia). Columna A a) b) c) d) e) f) g)
Productores Comedores de detritos Descomponedores Herbívoros Consumidores terciarios descomponedores Carnívoros
Columna B ( ) Pino ( ) Ciervo ( ) Hongo ( ) Lombriz de tierra ( ) Serpiente ( ) Bacteria ( ) Pasto ( ) Conejo ( ) Fitoplancton ( ) Halcón
Los nutrimentos no descienden sobre la Tierra como la energía de la luz solar, es decir la misma reserva de nutrimentos ha sostenido la vida por más de 3000 millones de años. En consecuencia, la vida depende del reciclaje de las sustancias químicas o nutrimentos, los organismos necesitan algunos de ellos llamados macronutrientes, como el cinc, el molibdeno, el hierro, el selenio y el yodo, son necesarios sólo en muy pequeña cantidad. Los ciclos de los nutrimentos también llamados ciclos biogeoquímicos, describen los caminos que estas sustancias siguen durante su tránsito de las comunidades a las partes inanimadas de los ecosistemas y luego de regreso a las comunidades. Los ciclos del agua, carbono, fósforo y nitrógeno; forman parte de estos ciclos biogeoquímicos. ACTIVIDAD 6.3. Describe y realiza un esquema de los ciclos del agua, carbono, fósforo y nitrógeno. (Revisar la bibliografía sugerida)
Índices ecológicos Productividad bruta: Equivale a la cantidad total de energía solar transformada en energía química por unidad de superficie del ecosistema en un tiempo determinado Productividad neta: Es el resultado de resaltar toda la respiración de la planta a la productividad bruta. Biomasa: Es el peso seco de materia orgánica, de los productores que se agrega al ecosistema por unidad de área en un tiempo específico. Densidad: Número de individuos por unidad de área. Relaciones interpoblacionales. Siempre que una población interactúa con otra, una de ellas o ambas modifican sus tasas de crecimiento. Si una población es beneficiada, su velocidad de crecimiento tiende a aumentar, pero si esta es perjudicada, tiende a disminuir. En ocasiones las interacciones resultan provechosas para ambas (+/+), otras tienen efectos mixtos (+/-), otras más son perjudiciales para las dos poblaciones involucradas (-/-). El efecto nulo se señala con el (0). Es probable que las interacciones con signo negativo sean las más adecuadas para conservar la estabilidad de la población a largo plazo. Existen seis modalidades de relaciones interpoblacionales: La depredación (+/-) que es una interacción cuando una especie ingiere a otra, en la cual al consumidor se le llama predador y a la especie de que se alimenta se le conoce como presa. La competencia (-/-) es otra interacción en y entre las poblaciones de una comunidad y es definida como la interacción entre individuos que intentan utilizar un recurso limitado. Existen dos formas principales de competencia: Competencia interespecífica (entre individuos de especies diferentes) y competencia intraespecífica (entre individuos de la misma especie),
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debido a que las necesidades de los miembros de una misma especie, en términos de agua y nutrimentos, abrigo, lugares para reproducirse, luz y oros recursos son casi idénticos, la competencia intraespecífica es más intensa que la interespecífica. El comensalismo (+/0) es una de las relaciones en que una de las especies obtiene beneficios y la otra no se ve afectada relativamente, por ejemplo los percebes que se adhieren a la piel de la ballena, consiguen viajar gratuitamente a través de aguas ricas en nutrimentos sin dañar o beneficiar a la ballena. El parasitismo (+/-) uno obtiene la ventaja de alimentarse de otro, los parásitos viven dentro de los huéspedes o sobre ellos, normalmente lo dañan o las debilitan pero no los matan de inmediato, aunque a veces es difícil distinguir entre un depredador y un parásito, los parásitos generalmente son más pequeños y numerosos que sus huéspedes, entre los parásitos más conocidos están las tenias, las pulgas y numerosos protozoarios, bacterias y virus patógenos. Mutualismo (+/+) Es cuando dos especies interactúan de modo que ambas obtienen provecho de ello. Las manchas coloreadas y realzadas que vemos sobre las rocas son probablemente líquenes, una relación mutualista entre un alga y un hongo, el hongo brinda sostén y protección al mismo tiempo que obtiene alimento del alga fotosintética. Amensalismo (-/0) En esta relación una especie inhibe el crecimiento y supervivencia de la otra, sin sufrir ninguna alteración, recibe el nombre también de exclusión. Relaciones intrapoblacionales Al agruparse los organismos pueden ofrecer mayor resistencia a factores adversos, tales como desecación, calor, frío, depredadores o dificultad para obtener alimento. Casi todas las relaciones que se dan en los agrupamientos tienden a aumentar los individuos de la población, cuando así sucede, se dice que la relación es positiva; cuando sucede lo contrario, es decir, que la población disminuye por elevar el número de muertes o de emigraciones las relaciones entre los individuos son negativas. En una población siempre ocurren relaciones positivas y negativas, sí el ecosistema está en equilibrio, estas relaciones en combinación con factores bióticos y abióticos, mantienen un número estable de individuos . ACTIVIDAD 6.4. Completa el siguiente cuadro (Cervantes 2004). RELACIONES INTERPOBLACIONALES Tipo de interacción
Efectos inmediatos de la interacción
Definición
Ejemplo
Cooperación
+/+ Una de las poblaciones se beneficia y la otra resulta inafectada Una de las poblaciones resulta inhibida y la otra resulta inafectada Competencia Depredación
La lucha por el espacio
+/La pulga que vive el pelo de algunos mamíferos
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3. ECOSISTEMAS MEXICANOS. Considerado entre los diez países más ricos del mundo en especies animales y vegetales, México pertenece a las naciones llamadas megadiversas. Una de las condiciones que más destacan de esta biodiversidad es que del 30 al 50% de esas especies son endémicas, y aunque México ocupa el decimocuarto lugar mundial en cuanto a superficie, posee más especies que muchos países de Europa y Norteamérica juntos. La biota mexicana es una de las más variadas y se estima que tiene cerca del 10% de todas las especies de plantas y vertebrados terrestres del planeta. México está dividido en dos partes por las zonas biogeográficas Neártica y Neotropical cerca de su centro, donde se conjuntan flora y fauna boreal propia de las regiones montañosas, de clima templado y frío, con especies tropicales de climas cálidos, secos y húmedos. Esta diversidad biológica también resulta de los variados ambientes, constituidos por planicies, cañadas, costas, desiertos, sierras y cumbres con más de 3000 m de altitud a todo lo largo del país. Los ecosistemas que encontramos en México son: · Selva Alta Perennifolia o Bosque Tropical Perennifolio · Selva Mediana o Bosque Tropical Subcaducifolio · Selva Baja o Bosque Tropical Caducifolio · El Bosque Espinoso · El Matorral Xerófilo · El Pastizal · El Bosque de Encino · El Bosque de Coníferas · El Bosque Mesófilo de Montaña o Bosque de Niebla · Vegetación acuática y subácuatica. Selva Alta Perennifolia o Bosque Tropical Perennifolio Es la más exuberante gracias a su clima de tipo cálido húmedo. Su temporada sin lluvias es muy corta casi inexistente. Su temperatura varía entre 20° C a 26° C. En nuestro país su distribución comprendía desde la región de la Huasteca, en el sureste de San Luís Potosí, norte de Hidalgo y de Veracruz, hasta Campeche y Quintana Roo, abarcando porciones de Oaxaca, de Chiapas y de Tabasco. En la actualidad gran parte de su distribución original se ha perdido por actividades agrícolas y ganaderas. Su composición florística es muy variada y rica en especies. Predominan árboles de más de 25 m de altura como el "chicle", "platanillo", así como numerosas especies de orquídeas y helechos de diferentes formas y tamaños. También se pueden encontrar una buena representación de epifitas y lianas. Selva Mediana o Bosque Tropical Subcaducifolio En general se trata de bosques densos que miden entre 15 a 40 m de altura, y más o menos cerrados por la manera en que las copas de sus árboles se unen en el dosel. Cuando menos la mitad de sus árboles pierden las hojas en la temporada de sequía. Sus temperaturas son de 0° C a 28° C. Entre sus formas arbóreas se pueden encontrar ejemplares de "parota" o "guanacaste", "cedro rojo" así como varias especies de Ficus junto con distintas especies de lianas y epifitas. Su distribución geográfica se presenta de manera discontinua, desde el centro de Sinaloa hasta la zona costera de Chiapas, por la vertiente del Pacífico y forma una franja angosta que abarca parte de Yucatán, Quintana Roo y Campeche, existiendo también algunos manchones aislados en Veracruz y Tamaulipas Selva Baja o Bosque Tropical Caducifolio Característica de regiones de clima cálido, con una temperatura media anual de 20 a 29° C, que presenta en relación a su grado de humedad, una estación de secas y otra de lluvias muy marcadas a lo largo de año. En condiciones poco alteradas sus árboles son de hasta 15 m de alto, más frecuentemente entre 8 a 12 m. Entre las especies más frecuentes de este tipo de
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vegetación se encuentran "cuajiote" o "copal", Ceiba aesculifolia "pochote" y los cactus de formas columnares. Cubre grandes extensiones casi continuas desde el sur de Sonora y el suroeste de Chihuahua hasta Chiapas, así como parte de Baja California Sur. En la vertiente del Golfo se presentan tres franjas aisladas mayores: una en Tamaulipas, San Luís Potosí y norte de Veracruz, otra en el centro de Veracruz y una más en Yucatán y Campeche. El Bosque Espinoso En su mayoría está compuesto de "árboles espinosos" como el mezquite, "huisache", "tintal", "palo blanco", o el cactus y "cardón". Ocupa aproximadamente el 5% de la superficie total de la República Mexicana. Es difícil delimitarlo porque se encuentra en "manchones" entre diversos tipos de vegetación como el bosque tropical caducifolio, y el matorral xerófilo o pastizal. La temperatura varía de 17 a 29° C con una temporada de sequía de 5 a 9 meses. El Matorral Xerófilo Comprende las comunidades arbustivas de las zonas áridas y semiáridas de la República Mexicana. Con clima seco estepario, desértico y templado con lluvias escasas. Su temperatura media anual varía de 12 a 26 ° C. Su flora se caracteriza porque presenta un número variable de adaptaciones a la aridez, por lo que hay numerosas especies de plantas que sólo se hacen evidentes cuando el suelo tiene suficiente humedad. Entre las especies más frecuentes en sus matorrales están: Mezquital, Sahuaro o cardón, chollas, copal, matacora, ocotillo, y diversos tipos de matorral: Matorral de neblina, el Matorral desértico micrófilo, el Matorral desértico rosetófilo, el Matorral espinoso tamaulipeco, Matorral submontano y Chaparral. El Pastizal Este tipo de vegetación se encuentra dominada por las gramíneas o pastos. Los arbustos y árboles son escasos, están dispersos y sólo se concentran en las márgenes de ríos y arroyos. La precipitación media anual es entre 300 a 600 mm, con 6 a 9 meses secos, con un clima seco estepario o desértico. El Bosque de Encino (Quercus) Conformado por especies del género Quercus o Robles, presenta árboles de 6 a 8 o hasta de 30 metros. Se distribuye casi por todo el país y sus diversas latitudes, por lo que el clima varía de calientes o templados húmedos a secos. La precipitación media anual varía de 350 mm a más de 2000 mm, la temperatura media anual de 10 a 26 ° C. Está muy relacionado con bosques de pinos, por lo que las comunidades de pino-encino, son las que tiene la mayor distribución en los sistemas montañosos del país, y son a su vez, las más explotadas en la industria forestal de México. El Bosque de Coníferas Se encuentra generalmente en regiones templadas y semifrías, y montañosas, presentando una amplia variedad de diversidad florística y ecológica. Dentro de este tipo de vegetación, el bosque de pinos es el de mayor importancia, le sigue en importancia el bosque de Oyamel. Se distribuyen en diversas sierras del país, principalmente en el Eje Neovolcánico, en zonas de clima semifrío y húmedo. Sus principales especies son Pinus y Abies. El Bosque Mesófilo de Montaña o Bosque de Niebla Se desarrolla generalmente en sitios con clima templado y húmedo, sus temperaturas son muy bajas, llegando incluso a los 0° C. Su época de lluvias dura de 8 a 12 meses. Se distribuye de manera discontinua por la Sierra Madre Oriental, desde el suroeste de Tamaulipas hasta el norte de Oaxaca y Chiapas y por el lado del Pacífico desde el norte de Sinaloa hasta Chiapas, encontrándose también en pequeños manchones en el Valle de México. Ejemplos de las principales especies que lo forman son el Liquidámbar styraciflua, el Quercus, Tilia, Podocarpus reichei y Nephelea mexicana.
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Vegetación acuática y subácuatica. Los humedales son zonas donde el agua es el principal factor controlador del medio y la vida vegetal y animal asociada a él. Los humedales se dan donde la capa freática se halla en la superficie terrestre o cerca de ella o donde la tierra está cubierta por aguas poco profundas. Existen cinco tipos principales de vegetación acuática y subácuatica: - Marinos (costeros, inclusive lagunas costeras, costas rocosas y arrecifes de coral); - Estuarinos (incluidos deltas, marismas de marea y manglares); - Lacustres (humedales asociados con lagos); - Ribereños (humedales adyacentes a ríos y arroyos); y - Palustres (es decir, "pantanosos" - marismas, pantanos y ciénagas). - Hay también humedales artificiales, como estanques de cría de peces y camarones, estanques de granjas, tierras agrícolas de regadío, depresiones inundadas salinas, embalses, estanques de grava, piletas de aguas residuales y canales. ACTIVIDAD 6.5 Con la lectura anterior, la consulta de las siguientes páginas y la bibliografía que se presenta al final, elabora el siguiente cuadro: http://cruzadabosquesatgua.semRNAat.gob.mx/ecosistemas.html http://www.mexicodesconocido.com.mx/notas/2047-Ecosistemas-mexicanos
Ecosistemas mexicanos Ecosistema
Características Distribución generales
Especies principales
Usos
4. PROBLEMAS AMBIENTALES: Nivel local y regional (contaminación de agua, aire, desechos sólidos y residuos peligrosos). El problema de la contaminación es múltiple y se presenta en formas muy diversas, con asociaciones y sinergismos difíciles de prever. En general, se habla de cuatro tipos básicos de contaminación: contaminaciones físicas (ruidos, infrasonidos, térmica y radioisótopos), químicas (hidrocarburos, detergentes, plásticos, pesticidas, metales pesados, derivados del azufre y del nitrógeno), biológicas (bacterias, hongos, virus, parásitos mayores, introducción de animales y vegetales de otras zonas) y por elementos que dañan la estética (degradación del paisaje y la introducción de industrias).
Contaminación atmosférica Es debida a las emisiones de gases a la atmósfera, en especial, de dióxido de carbono. Los contaminantes principales son los productos de procesos de combustión convencional en actividades de transporte, industriales, generación de energía eléctrica y calefacción doméstica, la evaporación de disolventes orgánicos y las emisiones de ozono y freón.
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Contaminación del agua. Se refiere a la presencia de contaminantes en el agua (ríos, mares y aguas subterráneas). Los contaminantes principales son los desechos industriales (presencia de metales y evacuación de aguas a elevada temperatura) y de aguas negras (saneamiento de poblaciones).
Contaminación del suelo Se refiere a la presencia de contaminantes en el suelo, principalmente debidos a actividades industriales (almacenes, vertidos ilegales), incorporación de residuos sólidos urbanos, productos fitosanitarios empleados en agricultura (abonos y fertilizantes químicos) y alimentos de las actividades ganaderas. La contaminación afecta a la productividad del suelo. Sobreexplotación de recursos y extinción de especies en México. Las relaciones entre el hombre y los recursos son contradictorias, ya que las sociedades humanas crecen y se desarrollan a expensas de sus recursos naturales, pero al mismo tiempo los explotan de manera inmoderada. La reducción y fragmentación de las poblaciones de una especie causa empobrecimiento genético, disminución de la capacidad adaptativa y en consecuencia, detrimento de su potencial para sobrevivir al efecto de las alteraciones ambientales. Se dice que una especie está en peligro de extinción cuando su presencia en un lugar es poco frecuente, aunque en otros sitios sea abundante, tal es el caso del puma, en México que es una especie en peligro de extinción, aunque existe en abundancia en la Amazonia. Nivel mundial (Cambio climático global). Actualmente, existe un fuerte consenso científico que el clima global se verá alterado significativamente, en el siglo XXI, como resultado del aumento de concentraciones de gases invernadero, tales como el dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos. Estos gases están atrapando una porción creciente de radiación infrarroja terrestre y se espera que hagan aumentar la temperatura planetaria entre 1.5 y 4.5 °C. A partir de la revolución industrial, hemos dependido cada vez en mayor grado de la energía almacenada en los combustibles fósiles. Cuando los quemamos en nuestras centrales termoeléctricas, fábricas y automóviles, emitimos CO2 a la atmósfera. A partir de 1850, el contenido de CO2 ha aumentado de 280 ppm a 370 ppm, esto es más de 30% lo que ha llevado las concentraciones de CO2 a los niveles más altos en más de 400 000 años. Este aumento prosigue a razón de 1.5 ppm anuales resultado de la quema de combustible fósil. La deforestación del planeta elimina decenas de millones de hectáreas de bosques al año. Como consecuencia de la deforestación, el carbono almacenado en los enormes árboles de las selvas, regresan a la atmósfera una vez que han sido cortados y quemados. El CO2 junto con otros gases como el metano, los cloroflurocabonos, el vapor de agua y oxido nitroso, llamados gases de invernadero, actúan como el cristal de un invernadero que permite la entrada de energía solar y luego absorbe y retiene esa energía una vez que se ha transformado en calor. El efecto invernadero, esto es, la capacidad de los gases de invernadero de atrapar la energía solar en la atmósfera de un planeta en forma de calor. Las actividades humanas han amplificado el efecto invernadero natural y han provocado un fenómeno que se le conoce como calentamiento global.
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5. INTEGRACIÓN DE LOS CONOCIMIENTOS DE LA UNIDAD. ACTIVIDAD 6.6 Con la lectura del texto anterior y la consulta de la bibliografía sugerida, resuelve el siguiente crucigrama
VERTICALES 1. 2. 3. 4.
Son las relaciones que existen entre la comunidad con los factores abióticos. En este ciclo el vapor de agua se condensa y cae en forma de lluvia o nieve. Incluye un lugar físico o hábitat y todos los factores ambientales abióticos. Es la productividad que equivale a la cantidad total de energía solar transformada en energía química por unidad de superficie del ecosistema en un tiempo determinado (*). 5. Es un conjunto de organismos de la misma especie que viven en una semejante región geográfica (*). 6. Son aquellos que deben de obtener su alimento de otros organismos. 7. Es un elemento necesario para síntesis de moléculas como los aminoácidos. 8. Este gas compone el 0.03% de la atmósfera y cada año se consume el 5% de esta reserva por los procesos fotosintéticos. 9. Es la productividad, se utiliza para el crecimiento real de la vegetación 10. Esta contaminación es debida a las emisiones de gases tóxicos, en los que se encuentra el CO2. 11. Es una interrelación en donde los individuos que se disputan un recurso limitado. 12. Es la relación en la que una especie inhibe el crecimiento y supervivencia de la otra. 13. este tipo de ecosistema se caracteriza por tener un clima seco, desértico y templado con lluvias escasas. 14. Con este nombre son conocidos los “Comedores de plantas”. 15. El efecto invernadero ha provocado un fenómeno que se le conoce como calentamiento_______. 16. Es un ecosistema exuberante gracias al su clima de tipo calido húmedo. 17. Es este tipo de ecosistema encontramos como representante al oyamel (Abies). 18. Es la relación de dos especies en la cual ambas obtienen un beneficio de ello. 19. Son aquellos organismos autótrofos, o sea que producen alimento para si mismos. Nota: Los números marcados con * corresponden a la palabras invertidas.
HORIZONTALES I. II.
Se compone de todas la poblaciones que interactúan dentro de un ecosistema. Ecosistema que se caracteriza por que cuando menos la mitad de sus árboles pierden las hojas en la temporada de sequía. III. Ecosistema en donde la estación de secas y de lluvias es muy marcada. Es característico del Sur de Sonora. IV. Este elemento se deposita en la corteza terrestre, de donde es extraído por meteorización de las rocas por actividad volcánica, para quedar disponible para las plantas. V. En esta relación uno obtiene la ventaja sobre el otro, un ejemplo la tenias. VI. Son organismos como los hongos y bacterias que digieren el alimento fuera de su cuerpo mediante la secreción de enzimas. VII. Este ecosistema está compuesto de árboles como el mezquite y el cactus. VIII. El dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos, cloroflurocarbonos son gases que atrapan la energía solar y producen el efecto _____________ IX. Es el peso seco de materia orgánica, de los productores que se agrega al ecosistema por unidad de área en un tiempo específico. X. Ecosistema frágil, húmedo y templado, las principales especies son el liquidambar y el encino. XI. Es cuando una especie ingiere a otra. XII. Ecosistema conformado por especies de Quercus, son comunidades vegetales caracterizadas por las zonas montañosas de México. XIII. Es una de las relaciones en que una de las especies obtiene beneficio y la otra no se ve afectada. XIV. Este tipo de vegetación se encuentra dominada por las gramíneas o pastos, los arbustos y árboles son escasos. XV. Concepto que se utiliza para que los países generen estrategias productivas que no degraden al ambiente (ecodesarrollo).
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2
“LOS SERES VIVOS Y SU AMBIENTE”
9 3 I 1
I II 11
IV
7
B
8
6
10
4*
III
V 12
13
14 VII
15
VI
P 5* VIII 18
19
IX 16
17 XI X
XII
XIII
XIV
XV
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BIBLIOGRAFÍA: 1. Audesirk T., Audesirk G. y Byer B. 2003. Biología La vida en la Tierra. México. Pretice Hall, sexta edición. 2. Bernstein, R. y Bernstein S. 1998. Biología. México. Mc. Graw Hill. Décima edición. 3. Campbell N.,Mitchell L. y Reece J. 2000. Biología Conceptos y relaciones. México Prentice Hall. tercera edición. 4. Cervantes M., Hernández M. 2004 Biología general, México Publicaciones Cultural. segunda edición. 5. Jiménez L. (Coordinador). 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología. Volumen II, México. Pearson Educación, Páginas web sugeridas: ·
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http://www.mexicodesconocido.com.mx/notas/2047-Ecosistemas-mexicanos,m%E1xima-diversidad-biol%F3gica-mundial
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http://www.wwf.org.mx/wwfmex/ecosistemas.php
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http://cruzadabosquesatgua.semRNAat.gob.mx/ecosistemas.html
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http://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3n
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http://calentamientoglobalclima.org/
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http://es.wikipedia.org/wiki/Calentamiento_global
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Autoevaluación UNIDAD I RESPUESTAS 1.d 2.c 3. a y d 4.c 5.a 6.a 7.b 8.d 9.a 10.d Problemas resueltos 1. Variable independiente: diferentes concentraciones de la sal disódica. Variable dependiente: efecto en la reproducción y morfología del hongo Variable constante: aunque no se mencionan son las condiciones físicas del laboratorio (luminosidad, temperatura, humedad relativa, etc) 2. Variable independiente: diferentes niveles de fertilización nitrogenada. Variable dependiente: la cantidad y calidad de proteína cruda obtenida en el maíz. Variable constante: son las condiciones uniformes para todo el experimento, tipo de suelo, riego, tamaño de la parcela experimental, fotoperiodo, temperatura, humedad relativa.
UNIDAD II RESPUESTAS Ejemplo 1: La célula (eucarionte) está constituida por núcleo, citoplasma y membrana celular. Ejemplo 2: En el citoplasma están incluidos tanto sistemas membranosos internos como no membranosos. En los primeros podemos mencionar al cloroplasto, aparato de Golgi, vacuolas, retículo endoplásmico y mitocondrias. En los segundos a los ribosomas, centriolos y citoesqueleto.
UNIDAD III RESPUESTAS. 1.A
2. B
3. A
4. B
5. B
6.B
7. A
8. D
9. C
10. C
UNIDAD IV RESPUESTAS 1. D 2. A 3. A 14. B 15. C
4. D
5. A
6. C
7. B
8. D
9. C
10.C
11. A
12. B
13. B
UNIDAD V RESPUESTAS AUTOEVALUACIÓN 1. A
2. D
3. D
4. B
5. C
6. D
7. C
8. A
9. A
10. B
UNIDAD VI RESPUESTAS AUTOEVALUACIÓN HORIZONTALES I. Comunidad VIII. Invernadero II. Subcaducifolio IX.Biomasa X. Mesófilo III. Caducifolio XI. Depredación IV. Fósforo XII. Encino V. Parasitismo VI. Descomponedores XIII. Comensalismo XIV. Pastizal VII. Espinoso XV. Sustentable
VERTICALES 1. Ecosistema 10. Atmosférica 2. Agua 11. Competencia 12. Amensalismo 3. Nicho 13. Xerófilo 4. Bruta* 14. Herbívoro 5. Población* 15. Global 6. Consumidores 16. Perennifolio 7. Nitrógeno 17. Conífera 8. Carbono 18. Mutualismo 9. Neta 19. Productores
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