Biología general Los sistemas vivientes María del Pilar Granillo Velázquez Blanca Alma Valdivia Valdivia Urdiales Ur diales María del Socorro Villarreal Villarreal Domínguez
PRIMERA EDICIÓN EBOOK México, 2014 GRUPO EDITORIAL PATRIA
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Biología general Los sistemas vivientes
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Derechos reservados: ©2014, María del Pilar Granillo Velázquez / Blanca Alma Valdivia Urdiales / María del Socorro Villarreal Domínguez ©2014, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V. ISBN ebook: 978-607-744-060-4
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Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca, Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro núm. 43 Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas
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o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor.
Impreso en México / Printed in Mexico (0155) 53 54 91 00 Primera edición ebook: 2014
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PRESENTACIÓN
El libro Biología general. Los sistemas vivientes está dirigido a estudiantes de bachillerato y lo hemos diseñado siguiendo los programas vigentes del plan de estudios de la Escuela Nacional Preparatoria. Su amplio contenido e ilustraciones en color hacen de esta obra un excelente recurso didáctico para el aprendizaje de la Biología. Biología general. Los sistemas vivientes está escrito en un lenguaje sencillo y directo que facilita la comprensión de los principales conceptos y los procesos básicos de la Biología. Nuestro objetivo es que los aprendizajes adquiridos motiven al estudiante a mejorar su calidad de vida y le permitan plantear soluciones a los problemas ambientales que actualmente amenazan al planeta.
Para lograr lo anterior, Biología general. Los sistemas vivientes está estructurado en seis unidades, cada una inicia con una serie de preguntas cuyo objetivo es despertar el interés sobre los temas a tratar. A continuación se desglosan los temas, destacando en negritas y en cuadros de resumen la información sobresaliente. Se incluyen figuras y cuadros que facilitan la compresión de los conceptos y también notas de interés en los recuadros designados como Flash que brindan datos adicionales sobre los temas estudiados. En la sección Conoce más presentamos lecturas actualizadas que complementan la información del texto. Al final de cada unidad se encuentra el apartado Reconoce lo importante que es un resumen de los principales tópicos, así como una lista de los Términos biológicos utilizados. Hemos incluido la sección Confirma tu avance integrada por diversas preguntas que permiten al estudiante evaluar su propio aprendizaje. Las secciones Discute y concluye, Ponte a prueba y La Biología en tu comunidad promueven el trabajo en equipo, el pensamiento crítico y la solución de problemas relativos a su entorno social. La elaboración de mapas conceptuales en e l apartado Arma tus conocimientos lleva al estudiante a la reflexión, la organización y la creatividad para que interrelacione lo aprendido. Otra sección de Biología general. Los sistemas vivientes está dirigida a despertar el interés del estudiante por experimentar de primera instancia los principios biológicos. En Descubre y comprueba se incluyen prácticas de laboratorio y de campo que requieren material fácilmente accesible y cuya realización se detalla paso a paso. Los cuestionarios al final de esta sección promueven el desarrollo de habilidades como la inferencia, el análisis y la comunicación oral y escrita. Al final del texto se encuentra el Glosario en el que se definen los conceptos biológicos relevantes. Esperamos que Biología general. Los sistemas vivientes sea el texto que coadyuve al estudiante para que logre su formación integral.
Las Autoras
Grupo Editorial Patria
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Biología general ACERCA DE LAS AUTORAS
María del Pilar Granillo Velázquez Se graduó de Bióloga por la Universidad Nacional Autónoma de México. Obtuvo el grado de Maestría en Educación y Desarrollo Docente por la Universidad Iberoamericana. Es coautora de la obra Plantae que se utiliza como texto en los cursos de Botánica a nivel licenciatura y del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel de bachillerato. Actualmente colabora en el posgrado de la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales (�������), integrante de la red de los centros públicos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (�������).
Blanca Alma Valdivia Urdiales Se graduó de Química Bióloga Parasitóloga por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Obtuvo su Maestría en Ciencias en la Univesidad de Oregón. Es Doctora en Sistemas de Producción Agrícola por la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro en donde se desempeñó como maestra investigadora. Ha impartido la materia de Biología en bachilleratos incorporados a la Universidad Autónoma de Coahuila (�� de �). Es coautora del Libro de Texto Gratuito de Ciencias Naturales de primaria (���) y del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel de bachillerato.
María del Socorro Villarreal Domínguez Se graduó de Bióloga por la Universidad Nacional Autónoma de México. Es Maestra en Ciencias con especialidad en Educación por la Universidad Autónoma del Noreste. Actualmente se desempeña como profesora de tiempo completo en el área de Biología de la Universidad Autónoma de Coahuila (�� de �). Es autora de un texto de Biología para el Colegio de Bachilleres; coautora del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel de bachillerato y ha participado en varios textos de apoyo para el Sistema de Bachillerato Abierto de la Universidad Autónoma de Coahuila.
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FAMILIARÍZATE CON TU LIBRO Para que optimices tu aprendizaje, te recomendamos que conozcas las diferentes secciones que componen tu libro.
¡Echa un vistazo a los que aprenderás!
Reconoce lo importante Te ofrece un resumen
Lee las preguntas al inicio de la unidad para que reflexiones sobre lo que estudiarás en ésta.
numerado y conciso del contenido de la unidad.
Términos biológicos Es una lista en orden
alfabético de los principales términos que aprendiste en la unidad.
Las palabras en negritas y los cuadros de resumen te indican los aspectos más relevantes del tema.
Confirma tu avance Puedes evaluar tu propio
aprendizaje en cada unidad cuando resuelvas los ejercicios de esta sección.
Flash No pases por alto los datos interesantes
contenidos en este apartado.
Descubre y comprueba Desarrolla tus habilidades
de observación y análisis para que llegues a tus propias conclusiones.
Conoce más Lee con atención estos artículos para
profundizar en algunos temas.
Glosario Revisa la definición de los conceptos
biológicos utilizados a lo largo del libro.
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Grupo Editorial Patria
BIOLOGÍA CONTENIDO
PRESENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ACERCA DE LAS AUTORAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FAMILIARÍZATE CON TU LIBRO . . . . . . . . . . . . . . . . .
UNIDAD 1 La Biología como ciencia INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Carácter científico de la Biología. . . . . . . . . . . . Vocabulario científico . . . . . . . . . . . . . . . . . Historia y desarrollo de la Biología . . . . . . . Relación de la Biología con la tecnología y la sociedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interacción de las ciencias biológicas entre sí y con otras ciencias. . . . . . . . . . . . . Ciencias auxiliares de la Biología . . . . . . . . 1.2 Metodología de investigación en Biología . . . . Metodología experimental . . . . . . . . . . . . . Otros métodos en Biología. . . . . . . . . . . . . Diseño e informe de una investigación . . . Laboratorio de Biología . . . . . . . . . . . . . . . El microscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Características de los seres vivos . . . . . . . . . . . . Principios unificadores . . . . . . . . . . . . . . . . Interacción de los organismos con el medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii iv vi
2 4 4 5 6 13 15 16 18 18 22 23 26 27 29 30 30
UNIDAD 2 La célula: Unidad estructural y funcional de los seres vivos 42 INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Niveles de organización de la materia . . . . . . . . Átomos, moléculas, elementos y compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moléculas, elementos y compuestos . . . . . Mezclas y coloides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potencial de hidrógeno (pH) . . . . . . . . . . . . Elementos biogenésicos . . . . . . . . . . . . . . . Compuestos inorgánicos y sales minerales vi
44 44 45 47 49 52 53 54
2.2 Compuestos orgánicos y biomoléculas no nitrogenadas . . . . . . . . . . . . Carbohidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lípidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Biomoléculas nitrogenadas . . . . . . . . . . . . . . . . Proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vitaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moléculas transportadoras de energía (ATP) 2.4 La célula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Historia de la Biología celular . . . . . . . . . . . Teoría celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Células procariontes y eucariontes . . . . . . . Morfología celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diferencias entre célula animal y vegetal . . El núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Citoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estructuras y organelos celulares . . . . . . . . 2.5 Transporte celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transporte pasivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transporte activo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Endocitosis y exocitosis . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración aerobia . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración anaerobia. . . . . . . . . . . . . . . . . Nutrición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quimiosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Diferencias entre sistemas unicelulares y pluricelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
UNIDAD 3 Procesos para la continuidad de la vida INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Reproducción celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estructura de los cromosomas . . . . . . . . . . Mitosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Apoptosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Reproducción individual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reproducción asexual . . . . . . . . . . . . . . . . . Reproducción sexual . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58 59 62 70 70 79 80 85 85 86 88 90 93 95 96 97 105 106 109 110 113 115 115 120 123 124 131 132
162 164 164 164 167 171 176 178 178 182
Fecundación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desarrollo embrionario . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Desarrollo e importancia de la Genética . . . . . . Desarrollo histórico de la Genética . . . . . . Importancia de la Genética. . . . . . . . . . . . . 3.4 Herencia mendeliana y teoría cromosómica de la herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herencia mendeliana . . . . . . . . . . . . . . . . . Teoría cromosómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . Determinación del sexo . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Herencia molecular: ADN y ARN . . . . . . . . . . . . Estructura general de los ácidos nucleicos . Funciones generales de los ácidos nucleicos
184 187 190 190 191 201 201 212 214 224 224 232
UNIDAD 4 Evolución de los seres vivos 274 INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Evidencias de la evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . Pruebas directas de la evolución . . . . . . . . Pruebas indirectas de la evolución . . . . . . . 4.2 Antecedentes y desarrollo de las teorías de la evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
276 276 276 281 287
UNIDAD 5 Historia evolutiva de la diversidad biológica 302 INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Diversidad biológica y Taxonomía . . . . . . . . . . . Taxonomía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Los orígenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teorías acerca del origen del Universo y del Sistema Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teorías del origen de la vida . . . . . . . . . . . . Teoría físico-química de Oparin-Haldane . . Las primeras células . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Los reinos del mundo vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Cinco o seis reinos? . . . . . . . . . . . . . . . . . Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bacterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reino Protista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esporozoarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algas multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reino Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reino Plantae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reino Animalia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304 304 304 308 308 310 313 315 317 319 319 329 331 335 338 341 343 345 354
UNIDAD 6 Los seres vivos y su ambiente
378
I n t r o d u c c i ó n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 6.1 Ecología de Poblaciones y Comunidades . . . . . . . 380 La Ecología y su objeto de estudio. . . . . . . 380 Ecología de poblaciones. . . . . . . . . . . . . . . 381 Características y dinámica de las poblaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Crecimiento de la población. . . . . . . . . . . . 384 Potencial biótico y resistencia ambiental . . 385 Curvas de crecimiento poblacional. . . . . . . 3 8 7 Relaciones interpoblacionales . . . . . . . . . . 387 Ecología de comunidades. . . . . . . . . . . . . . 388 Características y dinámica de las comunidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 6.2 Estructura de un ecosistema . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Factores que integran un ecosistema . . . . . 393 Flujo de energía y materia en el ecosistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Relaciones tróficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Pirámides alimenticias o ecológicas . . . . . . 398 Productividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 Ciclos biogeoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Ciclos atmosféricos o gaseosos . . . . . . . . . 400 Ciclos sedimentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 6.3 Ecosistemas acuáticos y terrestres . . . . . . . . . . . . 406 Biomas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Biomas terrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 6.4 Recursos naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 Recursos renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 Recursos no renovables . . . . . . . . . . . . . . . 424 Recursos inagotables . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 Otras fuentes de energía . . . . . . . . . . . . . . 427 Manejo de los recursos naturales . . . . . . . . 427 Políticas para proteger el ambiente . . . . . . 428 Desarrollo sustentable . . . . . . . . . . . . . . . . 431 6.5 Problemas ecológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Uso irracional de los recursos . . . . . . . . . . . 434 Erosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 Contaminación atmosférica . . . . . . . . . . . . 437 Problemas ecológicos atmosféricos . . . . . . 440 Contaminación del agua . . . . . . . . . . . . . . . 442 Contaminación del suelo . . . . . . . . . . . . . . 445
GLOSARIO
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La Biología como ciencia
¡Echa un vistazo a lo que aprenderás! ¿Por qué se considera que la Biología es una ciencia? ¿Qué relación existe entre la Biología y los problemas de tu comunidad y de la sociedad en general? ¿Cuáles son las ramas de la Biología y cómo interactúan entre sí para estudiar a los seres vivos? ¿Cuál es la diferencia entre los métodos experimental, observacional y comparativo utilizados en la Biología? ¿Qué características comunes de los seres vivos los distingue de los objetos sin vida?
Biología general INTRODUCCIÓN Vivimos rodeados de miles de especies de plantas y animales de los cuales dependemos para nuestra subsistencia. Podemos estudiar a los seres vivos, incluyendo al hombre, gracias a las bases que nos proporciona la Biología. El estudio de esta ciencia abarca varios aspectos. Uno de ellos es conocer la estructura, funcionamiento y cuidado de nuestro organismo. Otro aspecto importante es comprender los descubrimientos biológicos que han mejorado la calidad de vida de los seres humanos (fig. 1.1); el uso de vacunas y de antibióticos, así como el conocimiento de las causas de las enfermedades, han contribuido a que tengamos mayor esperanza de vida. Para sobrevivir necesitamos alimentarnos, y la base de nuestra alimentación la constituyen los vegetales y los animales. Los conocimientos biológicos se aplican en muchos procesos, desde la obtención de nuevas especies que poseen un alto rendimiento nutritivo, hasta la industrialización de productos alimenticios de consumo diario. La Biología también tiene por objeto la conservación del ambiente y el adecuado aprovechamiento de los recursos naturales, ambos temas resultan de gran importancia para la supervivencia de la vida en la Tierra. En el bachillerato, el estudio de la Biología contribuye a adquirir conocimientos sobre nuestro mundo y ampliar nuestro panorama general de la cultura. Además, algunas profesiones como Medicina, Astronomía, Veterinaria e Ingeniería Bioquímica, entre otras, requieren de conocimientos básicos en el campo de la Biología. En esta unidad aprenderás el objetivo de la Biología y los retos que enfrenta en la actualidad, sus disciplinas y ciencias auxiliares, los antecedentes históricos de esta ciencia y los métodos de estudio que emplea para la obtención de nuevos conocimientos que han contribuido al desarrollo y progreso de la humanidad.
1.1 CARÁCTER CIENTÍFICO DE LA BIOLOGÍA La Biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Para entender mejor este concepto aparentemente sencillo, es necesario definir primero qué es la ciencia. Figura 1.1
Esta definición señala que para la ciencia es importante establecer una sistematización, lo cual significa que los conocimientos científicos deben guardar un orden y relación entre sí. Otra característica fundamental de la ciencia es la objetividad, esto es, que los conocimientos deben centrarse en los objetos que se estudian y no en los sujetos que realizan la investigación. Además, toda ciencia es metódica, ya que sigue ciertos procedimientos, que conducen a la obtención de nuevos conocimientos. La Biología es una ciencia que reúne las características de ser explicativa, sistemática, objetiva y de seguir un método para conocer todo aquello relacionado con su objeto de estudio, que son los seres vivos.
La Biología. Su estudio ayuda a mejorar la calidad de vida de los seres vivos.
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UNIDAD 1
La Biología como ciencia
A lo largo de la historia, los investigadores en el campo de la Biología se han planteado numerosas interrogantes, cuyas respuestas han conformado una ciencia muy amplia y compleja que trata de explicar la estructura y función del mundo vivo.
VOCABULARIO CIENTÍFICO En el estudio de toda ciencia se emplea una terminología específica que, en el caso de la Biología, es muy extensa. Para facilitar el manejo de los términos biológicos, es conveniente conocer el significado de algunos prefijos (partículas lingüísticas que se colocan al principio de algunas palabras) y sufijos (partículas que se encuentran al final) de uso común en la Biología. Por ejemplo, la palabra Biología está formada en dos partes: la partícula bio, proveniente de la raíz etimológica bios, que significa vida y logía que se deriva de la palabra logos, que significa estudio o tratado. “Bio”, en este caso, es un prefijo, y “logía” es sufijo; al combinar ambos significados, definimos Biología como el estudio o tratado de la vida. De la misma manera, la palabra citología está compuesta por el prefijo cito, que significa célula y logía, el estudio de. Por tanto, la Citología se puede definir como el estudio de las células. En el cuadro 1.1 encontrarás una lista de prefijos y sufijos comunes.
Cuadro 1.1 Prefijos y sufijos de uso común en la Biología Prefijo
Significado
Prefijo
Significado
a
sin
micro
pequeño
anti
contra, opuesto
poli
muchos
auto
por sí mismo
proto
primero
bio
vida
pseudos
falso
cito
célula
vita
vida
cloro
verde
zoo
animal
di, bi
dos
eu
verdadero
Sufijo
Significado
fito
vegetal
dermis
capa
foto
luz
fago
comida
hemo
sangre
fase
estado
herb
relativo a plantas
filo
que la atrae, afín a
hetero
diferente
gen
origen, producción
hidro
agua
itis
inflamación
hiper
por encima de
lisis
rompimiento
hipo
por debajo de
logia
estudio de
homo
igual
osis
condición, enfermedad
macro
grande
trofos
alimento Grupo Editorial Patria
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Biología general Figura 1.2
PIENSA RÁPIDO
HISTORIA Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA A continuación presentamos un breve panorama del desarrollo histórico de la Biología, señalando por su época a los principales científicos que han contribuido a enriquecer el estudio de la vida. Hipócrates. Fue el primer gran médico de la antigüedad (siglo IV a.C. ).
Figura 1.3
Mono de Gibraltar.
Figura 1.4
Etapa antigua Sin lugar a dudas, el primer gran descubrimiento biológico fue la agricultura, actividad que permitió al hombre dejar de ser nómada. Una vez sedentario, el hombre empezó a observar los fenómenos de la naturaleza y de su propio organismo. Durante la prehistoria, predominaron las ideas mágicas y religiosas para explicar los fenómenos biológicos. No fue sino hasta el siglo �� a.C., cuando en Grecia algunos filósofos llamados naturalistas, como Tales de Mileto y Anaximandro, explicaron la naturaleza por medio de sus causas materiales. En Atenas se empezó a vislumbrar la especialización científica, principalmente de dos campos: la medicina y las matemáticas. En el siglo �� a.C. aparecieron los primeros documentos sobre medicina atribuidos a Hipócrates (fig. 1.2), quien estudió algunos problemas de la reproducción y la herencia. Sus escritos muestran un alto nivel científico, ya que están basados en una minuciosa observación del cuerpo humano. Años más tarde surgió uno de los grandes filósofos de la antigüedad, Aristóteles, quien fue el pionero del método científico basado en la observación y la experimentación. También se le considera padre de la zoología por sus estudios de los animales, ya que describió la forma y conducta de algunos de ellos e hizo un primer intento de clasificación en la escala zoológica. Asimismo, realizó investigaciones sobre el origen de los organismos apoyando la idea de la generación espontánea. De manera general, se considera a Aristóteles como fundador de la Biología y uno de los grandes hombres que incursionó en el estudio de la mayoría de las ciencias. El último médico notable de la antigüedad fue Claudio Galeno (siglo �� a.C. ). En su época estaban prohibidas las disecciones humanas y sólo podían ser practicadas en cadáveres de náufragos arrojados a la playa o de viajeros que morían en el camino. Por ello, muchas de la disecciones que efectuó Galeno fueron realizadas en monos (fig. 1.3) y, aunque sus escritos contenían varias afirmaciones erróneas, se le consideró una autoridad en anatomía por más de 10 siglos. La antigüedad fue seguida por la Edad Media, época en la que no hubo gran interés por la investigación científica. No se recurrirá a la razón y si alguien ponía en duda los conocimientos científicos basados en creencias religiosas, era rápidamente acallado y castigado.
Renacimiento El hombre universal. Dibujo realizado por Leonardo Da Vinci, quien aplicó sus estudios de anatomía en sus técnicas artísticas.
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Con el Renacimiento (siglos �� y ���) se inició un auge en las ciencias y las artes. Algunos grandes artistas, como el italiano Leonardo da Vinci, tuvieron interés en el estudio de la naturaleza, y en particular del cuerpo humano (fig. 1.4). En el siglo ���, el médico belga Andreas Vesalio realizó disecciones en cadáveres humanos que
UNIDAD 1
La Biología como ciencia
lo llevaron a corregir los errores de anatomía de Galeno, y en 1628 Wiliam Harvey, médico inglés, describió la circulación sanguínea (fig. 1.5).
Figura 1.6
Uno de los inventos más importantes del siglo ���� fue el microscopio, cuya creación se atribuye a los holandeses Hans y Zacarías Janssen, quienes no eran investigadores sino talladores de lentes. Al poner una lente sobre otra ante un pequeño objeto descubrieron que se veía considerablemente aumentado. Éste fue el primer microscopio compuesto rudimentario que se utilizó. Robert Hooke, físico y astrónomo británico, fue de los primeros investigadores que utilizó el microscopio. En 1665 dio nombre de “células” a las estructuras alargadas, en forma de celdas de un panal, que observó cuando investigaba un corte de corcho muy delgado bajo el microscopio (fig. 1.6). Otra figura importante en la microscopia fue el holandés Anton Van Leeuwenhoek, un hábil tallador de lentes con las que construyó un microscopio rudimentario. En él observó por primera vez ojos de animales, glóbulos rojos y microorganismos en una gota de agua (fig. 1.7).
Figura 1.5
Célula. Hooke dio el nombre de células a las estructuras que observó en un corte de corcho.
Figura 1.7
a
Lente
Portaobjetos
Tornillos
b
El camino de la sangre. Wiliam Hervey fue el pionero en la descripción de la circulación sanguínea.
Microscopios antiguos. a) De Hooke. b) De Van Leeuwenhoek.
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Biología general FLASH
Etapa moderna En el siglo ��� surgieron investigadores que revolucionaron diversos campos de la Biología; entre ellos, sobresalen: Matthias J. Schleiden y Theodor Schwann, Carl von Linné, Louis Pasteur, Charles Darwin y Gregor Mendel. Los biólogos alemanes Schwann y Schleiden propusieron, en 1839, que todas las plantas y animales están compuestos por células, por lo que se les reconoce como los autores de la Teoría Celular. En el siglo �����, Carl von Linné, botánico sueco, propuso un sistema de clasificación de las plantas utilizando la nomeclatura binominal; este sistema no sólo es aplicable a las plantas, sino a todos los demás seres vivos. Al francés Louis Pasteur se le considera el padre de la microBiología. Además, hizo estudios sobre la fermentación alcohólica y láctica y descubrió varias vacunas, entre ellas, la antirrábica. Pasteur también demostró que la teoría de la generación espontánea, propuesta por Aristóteles, era errónea.
Figura 1.8
En 1860 el naturalista inglés Charles Darwin (fig. 1.8), expuso en su libro, El origen de las especies, una teoría para explicar la evolución de los seres vivos por medio de la selección natural. Hasta antes del siglo ���, predominaba la idea de que los seres vivos no habían cambiado a lo largo del tiempo, es decir, que no habían sufrido modificación alguna. Darwin propuso una teoría para explicar la evolución y afirmó que el hombre también es producto de las fuerzas evolutivas. Hoy día, la evolución es el principio que gobierna todo el pensamiento en la ciencia de la Biología. Charles Darwin. El autor de la teoría de la selección natural publicó su propuesta en 1860.
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El monje austriaco Gregor Mendel (1822-1894), fue pionero en el campo de la genética. Después de experimentar durante ocho años con chícharos o guisantes, concluyó que la herencia sigue ciertas leyes y que las características se heredan a los descendientes a través de unidades constantes. Los trabajos de Mendel no fueron comprendidos ni continuados hasta 30 años después de su muerte.
Etapa contemporánea El siglo �� es la etapa del auge de la Biología celular y molecular, pues la gran mayoría de los estudios desde entonces se ha centrado en la investigación sobre la constitución molecular de la célula y su función. Son muchos los investigadores que han sobresalido en este siglo. A continuación, citaremos las contribuciones de algunos de ellos. El genetista estadounidense Thomas Morgan experimentó con la mosca de la fruta (Drosophila) y, en 1910, propuso que la herencia radica en los cromosomas localizados en el núcleo (fig. 1.9).
Figura 1.9
En 1953, el norteamericano James Watson y el británico Francis Crick establecieron un modelo (fig. 1.10) para explicar la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico), molécula que constituye a los genes y cromosomas y en la cual radica la herencia. La era moderna de los antibióticos comenzó en 1929, cuando el bacteriólogo inglés Alexander Fleming descubrió la penicilina, sustancia que mata las bacterias y es extraída del hongo Penicillium notatum. Alexander I. Oparin, bioquímico ruso, formuló una hipótesis sobre el origen de la
vida de la Tierra a partir de reacciones químicas ocurridas en los océanos primitivos. Esta hipótesis fue planteada en 1938 y se verá con más detalle en la unidad sobre “El origen de la vida”. Mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Es el organismo que utilizó Morgan en sus experimentos para estudiar los cromosomas. 8
Severo Ochoa, bioquímico español, descubrió en 1959 los mecanismos que producen el ácido ribonucleico (ARN), uno de los agentes químicos que determinan la
herencia.
UNIDAD 1
La Biología como ciencia
Los franceses Jacques Monod y François Jacob recibieron, en 1965, el premio Nobel por sus estudios en genética sobre el control y regulación de la actividad de los genes. Más adelante analizaremos los trabajos de estos investigadores.
Figura 1.10
Al investigador austriaco Konrad Lorenz se le conoce como el padre de la Etología, rama de la Biología que se dedica al estudio del comportamiento de los animales. Las conclusiones de Lorenz se fundamentaron en sus observaciones de la conducta de patos y gansos (fig. 1.11). A manera de resumen, en el cuadro 1.2 se listan los principales investigadores de las ciencias biológicas con las indicaciones de algunas de sus contribuciones. El campo de la Biología también se ha enriquecido con aportaciones de destacados investigadores mexicanos. En el siglo �� sobresalen las contribuciones de algunos científicos de nuestro país como son: Isaac Ochoterena, realizó un estudio sobre las cactáceas de México (fig. 1.12) y fue
director del Instituto de Biología de la UNAM.
Cuadro 1.2 Principales investigadores de la Biología y sus aportaciones Etapa
Antigua
Renacimiento y siglo ����
Moderna siglo ���
Contemporánea siglo ��
Autor
Aportación
Filósofos naturalistas
Explican los fenómenos por causas materiales.
Hipócrates
Primeros documentos biológicos.
Aristóteles
Fundador de la Biología, utiliza el método científico. Estudio de los animales.
Galeno
Estudio de anatomía.
Vesalio
Anatomía del cuerpo humano.
Hervey
Circulación de la sangre.
Janssen
Construcción de microscopios.
Hooke
Dio nombre a la célula.
Leeuwenhoek
Observación de microorganismos.
Schwann y Schleiden
Teoría celular.
Linné
Sistema de clasificación.
Pasteur
Fermentación, vacunas, falsedad de la generación espontánea.
Darwin
Teoría de la evolución.
Mendel
Leyes de la genética.
Morgan
Teoría cromosómica de la herencia.
Watson y Crick
Estructura del ADN.
Fleming
Descubrimiento de la penicilina.
Oparin
Teoría sobre el origen de la vida.
Monod y Jacob
Regulación genética.
Ochoa
Producción del ARN.
Lorenz
Comportamiento animal.
Dibujo original. Modelo de la estructura del ADN elaborado por la esposa de Francis Crick, Odile Crick, publicado en Nature el 25 de abril de 1953.
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Figura 1.11
a
b
Etología. La Etología estudia el comportamiento animal, cuyo principal investigador fue Konrad Lorenz. Este científico encontró que los gansos desarrollan ciertas conductas por imitación de a) otros gansos b) o de otro ser vivo.
Grupo Editorial Patria
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Biología general Alfonso Herrera fue un investigador distinguido que fun-
Figura 1.12
dó la cátedra de Biología en la Escuela Normal para Maestros. Se incorporó a la corriente evolucionista de Darwin, y en 1906 realizó estudios sobre el origen del protoplasma al que llamó “Plasmogenia”. Además, realizó investigaciones sobre plagas de la agricultura en México. El biólogo Eucario López Ochoterena ha sobresalido principalmente por sus investigaciones con protozoarios (1927), esto es, organismos unicelulares, tanto de vida libre como parásitos. Enrique Beltrán Castillo dedicó gran parte de su vida a
la investigación biológica en el área de los recursos naturales. Es autor de varias obras, entre ellas: Los recursos naturales de México, La pesca en México, Consejos a los biólogos y otras. Fue director y fundador del Instituto Mexica-
no de Recursos Naturales Renovables (IMERNAR). En 1956 se tituló como biólogo Arturo Gómez Pompa y desde entonces a la fecha ha realizado un amplio trabajo como investigador. Fundó el Instituto Nacional de Investigaciones sobre Recursos Bióticos (INIREB) y el Consejo Nacional para la Enseñanza de la Biología (CNEB). Ha trabajado principalmente en Botánica, ecología vegetal y recursos bióticos, sobre esta última disciplina ha publicado numerosas obras.
Cactáceas de México. El investigador Isaac Ochoterena realizó importantes estudios acerca de estas plantas desérticas.
Mario Castro creó diferentes variedades de maíz, entre ellas, la conocida como
“maíz súper enano”. Mediante mejoramiento genético, redujo la altura de esta planta para aumentar el número de individuos por área. Mario Molina, en 1995, obtuvo el premio Nobel por sus estudios sobre la des-
trucción de la capa de ozono debida al uso de gases clorofluorocarbonados que se emplean en la fabricación de aerosoles y refrigerantes. Este investigador ha demostrado el peligro que representa la radiación ultravioleta proveniente del Sol y la destrucción de la capa de ozono. En el cuadro 1.3 se sintetizan las principales contribuciones de científicos mexicanos en el área de la Biología.
Cuadro 1.3 Principales científicos mexicanos y sus contribuciones a la Biología Investigador
Campo de estudio
Isaac Ochoterena
Cactáceas de México.
Alfonso Herrera
Origen del protoplasma (Plasmogenia), plagas agrícolas.
Eucario López Ochoterena
Protozoarios.
Enrique Beltrán
Recursos naturales de México.
Arturo Gómez Pompa
Botánica, Ecología vegetal y Recursos bióticos.
Mario Castro
Fitomejoramiento, creación del maíz enano.
Mario Molina
Ecología, destrucción de la capa de ozono. La comunidad científica internacional ha hecho importantes contribuciones aplicables a diferentes ramas de la Biología, como puedes observar en el cuadro 1.4 que resume los premios Nobel recientes. En la sección Conoce más podrás leer sobre algunos de estos investigadores que crearon modelos animales para estudiar enfermedades humanas.
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