Introducción Objetivos de aprendizaje UNIDAD I: Origen e impacto de la biología . TEMAS 1.-Concepto de Biología. 2.- Los antecedentes. 3.- Campos de aplicación de la biología 4.- Ramas de la biología y las ciencias ciencias auxiliares.
5.- Método científico. Método científico y sus pasos. Aplicación del método científico. 6.- Teorías sobre el origen de la vida. Origen del universo. Origen de la Tierra. Origen de la vida. Generación espontánea. Creacionismo. Biogénesis, Redí, Spallanzani, Pasteur. Síntesis abiótica: Panspermia Quimiosintética, (Oparin- Haldane, Miller, Urey, Sydney Fox, Ponamperuma y Alfonso Herrera). 7.- Niveles de organización Biológica. 8.- Virus. Concepto. Clasificación. Estructura. Ciclos de Reproducción. 9.- Resumen 10.- Actividades de aprendizaje y evaluación.
UNIDAD II: ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR.
TEMAS 1.- Antecedentes de la Evolución Celular. Evolución de los tipos celulares. De procariotos a eucariotos. De heterótrofos a autótrofos. De unicelulares a pluricelulares. 2. Teoría Celular. 3.- Estructura y función de la célula. Organelos Celulares. Célula Vegetal y Animal. 5.- Componentes químicos de la Célula. Bioelementos. Compuestos Orgánicos. 6.-Características de los seres vivos. 7.- División celular. Ciclo celular. Mitosis. Meiosis. 8.- Tipos de Reproducción. Asexual. Sexual. Estructuras reproductoras en vegetales y animales. 9.- Resumen 10.- Actividades de aprendizaje y evaluación. UNIDAD III: LA HERENCIA BIOLÓGICA. TEMAS 1.-La genética mendeliana y sus aportes. Concepto de carácter. Los siete caracteres.
Las leyes de Mendel. La cuadricula de Punnett. 2.- Bases moleculares de la herencia. Ácidos nucleicos. Genes y Alelos. Alelos múltiples. Dominancia y recesividad. Estructura del cromosoma. Mapa cromosómico. Cromosomas somáticos somáticos y sexuales. 3.- Los trabajos de Morgan y la herencia ligada al sexo. Hemofilia, Daltonismo. 4 Mutaciones. Concepto. Clasificación: Génicas o puntuales y cromosómicas. La mutación y sus efectos en el organismo. La mutación como fuente de variación. Agentes mutagénicos. Físicos. Químicos. Biológicos. 5.- Resumen 6.- Actividades de aprendizaje y evaluación. UNIDAD IV: EVOLUCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS ORGANISMOS VIVOS. TEMAS 1 Concepto preliminar de evolución. Los aportes de Lamarck, Darwin y Wallace. El viaje de Darwin. Las Islas Galápagos. Selección Natural. Postulados de Darwin.
2.-Especies. Especie biológica.
Especie topológica. Especiación. Mecanismos de Especiación. Barreras de Especiación. Biodiversidad. Diversidad genética. Diversidad de especies. Diversidad de ecosistemas. 3.- Teoría sintética de la evolución 4.- Clasificación de los seres vivos. Sistema artificial. Sistema Natural. Sistema binomial. Taxonomía. ¿Por qué eres un Homo sapiens? Sistemática. Estructuras homologas. Estructuras análogas Los cinco reinos según Whittaker. Monera Protista Fungi Plantae. Animalia. Clasificación según Biggs. 5.- Flujo de Energía. 6.- Resumen 7.- Actividades de aprendizaje y evaluación.
INTRODUCCIÓN La Biología es una ciencia de actualidad, ofrece una gran esperanza a la solución de problemas que enfrenta la humanidad como es el de la salud, la restauración del medio ambiente, la producción de alimentos. Esta ciencia propone alternativas al manejo de los recursos naturales, facilita la comprensión de los mecanismos bajo los que se rigen los seres vivos y da posibilidad de de ubicar nuestro papel como seres humanos en el trama general de la vida. Esta disciplina científica enfrenta grandes retos para buscar solución al problema del SIDA (Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida), del cáncer y a múltiples enfermedades crónico degenerativas. La Biología ha logrado grandes avances al producir vacunas, antibióticos, t ransplantar corazones y manipular los genes que permiten producir proteínas como la insulina humana a partir de bacterias, la hormona del crecimiento, sustancias edulcurantes, el factor cicatrizante contenido en la saliva de los perros o el interferón como proteína antiviral. A estos grandes avances le ha correspondido un fuerte nivel de cuestionamiento, ¿hasta dónde nos marcaremos la frontera para manipular los genes sin que interfiramos sobre los mecanismos naturales de selección?, ¿hasta dónde iremos en contra de los 3500 millones de años de evolución biológica que han tenido los organismos? ¿Hasta dónde se nos permitirá modificar el código genético de los organismos para crear organismos transgénicos como es el maíz, ratones, sandias, bacterias... al cierre de éstas reflexiones ya se tiene concluido el proyecto genoma que ubica de manera precisa los cerca de 100 000 genes y segmentos de interconección que constituyen los 23 pares de cromosomas y que son los que finalmente controlan toda la actividad de las células y que nos tienen afligidos con mas de 3000 enfermedades hereditarias. Lo que te ofrecemos es la posibilidad de explorar juntos este mundo que en algunos momentos te parecerá irreal, pero a través de actividades prácticas de manipulación de organismos y de fenómenos naturales podremos concretar nuestro aprendizaje. Aunque no estés planeando seguir una carrera en el campo de las ciencias biológicas, el aprendizaje de esta importante ciencia te dará un mejor entendimiento de ti mismo, de tu ambiente, de los organismos con los cuales compartimos este planeta.
Nuestra aventura científica está dividida en cuatro unidades: la primera la denominamos “Origen e impacto de la Biología” donde se precisará el concepto y su historia, los campos de influencia, las diferentes disciplinas que se ha tenido necesidad de crear conformando las ramas de estudio, para de ahí arribar a la herramienta de todo investigador: el método científico, herramienta con la cual se han comenzado a tejer respuestas a la difícil pregunta ¿cómo se formó la vida?, ¿de manera espontánea, por creación divina, a partir de otros organismos semejantes o por evolución química?, una vez hurgado en este campo habremos de aclarar los diferentes niveles de organización biológica que percibe la biología y que van a marcar el orden en que habrán de abordarse los temas como el de mayor simplicidad representado por los virus. Dentro de esta simplicidad se esconde un fuerte grado de complejidad representado por las enfermedades que aún no podemos controlar La segunda unidad la denominamos Origen y evolución de la célula, está dedicada a estudiar las características estructurales y el origen de la célula, célula, se presenta un recorrido histórico de los diversos estudios que contribuyeron a integrar la teoría celular. En la primera década década del siglo XIX muchos se preguntaban ¿será posible que todos los seres vivos estén constituidos por células?. La teoría celular postula a la célula como la unidad anatómica funcional y de origen de todos los seres vivos. Por ello consideramos necesario conocer sus componentes estructurales, la función que cada uno de ellos realiza, las características que la hacen diferente a la materia inanimada como es el metabolismo. Otro tema que resulta sobresaliente en esta unidad es la reproducción, lo abordamos a nivel de célula a través de los procesos de mitosis y meiosis para de ahí hacer un recorrido por los tipos de reproducción que se dan en los cinco reinos y resaltar cómo estos mecanismos pueden y han contribuido al desarrollo de los pueblos. La tercera unidad denominada la Herencia biológica, en esta unidad tratamos el nacimiento de la genética partiendo de los trabajos de Mendel, como precursor de la genética clásica, que nos da elementos para comprender la forma como se trasmiten los caracteres de una generación a otra , estos fundamentos sirven de base para que muchos científicos como W.S Sutton y Bovery iniciaran trabajos de investigación a principios del siglo XX; posteriormente Morgan; funda las bases de la genética moderna con sus experimentos controlados sobre mutación, en la mosca de la fruta, el conocimiento del gen y de manera particular las características del DNA. La propuesta de Punnett nos ha permitido de manera numérica calcular las probabilidades de aparición de ciertos caracteres a partir de la combinación de los genotipos. Finalmente el tema de la mutación se constituye
en un tema obligado en el que se da la expresión del genotipo alterado, describimos cómo influyen los mutágenos y cómo los observamos en los individuos. Evolución y clasificación de los seres vivos es el nombre de la cuarta unidad. Partimos abordando los aportes de Lamarck, como iniciador de la corriente evolucionista, donde postula que la diversidad de organismos existentes es resultado de la interacción con el medio ambiente y no formados por obra divina. Los cimientos del Lamarckismo son base para que Darwin formule su teoría de la selección natural, como resultado de una de las investigaciones mas prolongadas en la historia de la ciencia (25 años), donde sobresale su famoso viaje y las conclusiones obtenidas en la Isla de los Galápagos; la gran diversidad de organismos ofrece otro gran reto, clasificarla, para lo que habrán de diseñarse diversas formas para lograrlo, Carlos Linneo es el científico que logra hacer una propuesta de clasificación donde destaca el sistema binomial que lleva su nombre y nos permite asignarle nombre a los organismos representados por los cinco reinos y los dos dominios que engloban hasta el momento la biodiversidad planetaria.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Favorecer que los estudiantes adquieran herramientas de análisis que les permita comprender los mecanismos que rigen el funcionamiento de los seres vivos. El énfasis en las bondades que proporciona la investigación permitirá a los alumnos emplear sus capacidades y habilidades para proponer e interpretar modelos que le faciliten explicar y hacer predicciones del comportamiento de los fenómenos naturales; la formulación de modelos refleja un fuerte grado de abstracción e interpretación de la realidad y nos permitirá manifestar cómo el alumno se percibe no solo como reproductor sino generador de conocimientos. La conformación de un capital cultural en el bachiller a partir de la Biología evidenciará una mejor intervención en la problemática ambiental que vivimos. La acelerada pérdida de superficie arbolada junto con los organismos que en ella habitan, el incremento incontenible de la contaminación y de enfermedades crónico degenerativas nos obliga a actuar a la luz de los conocimientos científicos que nos lleven hacer propuestas que aseguren revertir el deterioro ambiental y permitan mejorar la calidad de vida de todos nosotros. Sabemos que de poco nos podrá servir una buena propuesta técnica si esta no está fortalecida con la esfera de los valores que nos lleven a tener una actitud diferente ante lo vivo.
UNIDAD
1
ORIGEN E IMPACTO DE LA BIOLOGÍA 0BJETIVOS DE APRENDIZAJE
Ubicar los antecedentes de la Biología como ciencia. Reflexionar sobre las áreas de aplicación y el impacto que tiene esta disciplina en los diferentes ámbitos de nuestra vida. Apreciar que en la construcción del conocimiento conocimie nto es necesario intervenir con rigor científico. Analizar y emitir su opinión sobre so bre las diferentes posturas que explican el origen de la vida.
1.1 PRECISANDO EL CONCEPTO El término Biología se deriva de la voces griegas: el prefijo bios que significa vida (o entraña la idea de algo vivo) y el sufijo logia que es el estudio o tratado. Así, en el sentido amplio, es la ciencia de la vida (fig.1), vida que es representada por los diversos organismos que cubren el planeta y que hasta el momento hemos clasificado en 5 reinos, según Wittacker o 6 planteado en el libro de Biggs, así nuestro concepto lo podemos precisar como la ciencia que estudia a los 6 reinos y sus fenómenos comunes : sus orígenes (cómo se formó la vida en la Tierra), su continuidad (cómo se han dado los cambios y transformaciones a lo largo del tiempo), su diversidad (representado por los reinos: monera, protista, fungi, plantas y animales) y sus relaciones ( la manera como interactúan los factores bióticos con los abióticos y viceversa).
Figura No. 1 La diversidad biológica, sus orígenes, su continuidad y sus relaciones preocupación central de la biología. (La vida p.33).
1.2 LOS ANTECEDENTES El término Biología se le atribuye a Jean Baptieste Ba ptieste Caballero de Lamarck La marck en el año de 1800, en el que se pretendió concentrar las diferentes disciplinas (Botánica y Zoología), que estudiaban a los seres vivos, sin embargo, la unificación del concepto se debe a Thomas Hernry Huxley que lo trabaja y lo contextualiza. Sabemos que cuando una ciencia se consolida, no quiere decir que en ese momento surge, ya que el estudio de los animales y plantas se remonta con los antiguos pobladores que podían saciar su hambre o curar sus heridas con los organismos de su entorno. ¿Cuándo y a qué horas cazar? ¿Dónde localizar las plantas y animales cuando se les requerían? ¿Qué plantas eran benéficas y cuáles perjudiciales?, eran preguntas vitales para la sobrevivencia. La importancia de los animales y las plantas ha sido de gran valor como lo demuestran las pinturas elaboradas en las cavernas y/o el aprecio que se le tenía a las personas que se dedicaban a su cuidado o cultivo en las antiguas culturas de Egipto, Mesopotamia, China y aún en el México actual. La sistematicidad de este conocimiento comienza a darse con los Griegos, particularmente con Aristóteles (fig.2), Teofrasto, Galeno e Hipócrates quienes dejan testimonios de sus ideas, planteamientos y observaciones.
Figura No.2 El aporte de los Griegos al conocimiento universal, es altamente valorado para conformar esta disciplina científica. (CNEB p.84).
La pregunta, un fuerte ingrediente para esta ciencia La Biología es una ciencia dinámica, de gran importancia en la actualidad, está siendo reestructurada constantemente en la mente de los científicos, para responder a múltiples preguntas relacionadas con el acontecer de los organismos que nos permitan conocerlos, comprenderlos y así, aprovecharlos de la mejor manera. Las preguntas elaboradas han transformado la ciencia a lo largo de nuestra historia y le han dado el énfasis de la época. ¿Qué ventajas tiene una animal diurno sobre un nocturno? ¿Cómo viven? ¿Cómo y de qué se alimentan? ¿Cómo están estructurados y cómo funcionan?, si se enferman ¿Cómo se curan? ¿Cómo es que tienen capacidad para regenerar sus tejidos? ¿Cómo influye la capa de ozono en la vida? ¿Cómo empezó la vida y cómo se ha transformado? Muchas de éstas preguntas han sido respondidas parcialmente, algunas siguen pendientes, otras aún no se formulan, pero no se han dejado en el olvido, posiblemente la más trascendental sea la que tú puedas formular y que nos de posibilidades de apreciar la magia de la vida que tiene su máxima expresión en nosotros mismos. ¿No lo crees así?
Figura No.3- La pregunta un fuerte ingrediente para el aprendizaje y punto de partida para toda investigación. (Alumnos en discusión grupal) La Biología está cambiando rápidamente, se revitaliza con los nuevos descubrimientos que nos plantean nuevas interrogantes, nuevos desafíos y oportunidades que colocan a ésta ciencia en lo que podemos denominar en este momento como la edad de oro de la Biología .
1.3 LOS CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA BIOLOGÍA Es una disciplina con un fuerte impacto en la vida y la sociedad, nos ayuda a entender el comportamiento de los fenómenos biológicos, la forma como se originan, la manera como se interrelacionan y los efectos que pueden tener. En la salud Preocupación permanente, es responder al mecanismo de transplante de órganos, a dominar enfermedades como el cáncer, el SIDA, (figura 4), a desarrollar actividades preventivas contra el cólera, paludismo, a ponernos en alerta contra el mecanismo de trasmisión genética de las enfermedades como la diabetes, la hemofilia, fibrosis cística, etc. La búsqueda constante por identificar factores que favorezcan nuestra salud.
Figura 4.- El cáncer y SIDA padecimientos que han impactado a la población son motivo de preocupación científica por encontrar la solución. Las partículas del virus HIV (esferas pequeñas) que ocasionan el SIDA atacan a una célula T auxiliar. El HIV afecta seriamente al sistema inmunológico al destruir las células T auxiliares (Ville p. 918)
En la problemática ambiental ¿Qué efectos tiene la deforestación? ¿Cuál es el grado de daño que ocasionan los plaguicidas? ¿Qué impacto tendrá la sobreexplotación de los recursos marinos, de los forestales o de la fauna silvestre? ¿Cómo podremos detener el avance de la deforestación, de la desaparición de especies, el efecto invernadero, la lluvia ácida, o los derrames petroleros? Al parecer la Biología está abocada a resolver problemas ocasionados por nuestro estilo de vida y los excesos que nos hemos planteado con nuestra vida moderna, sin embargo esto es solo una dimensión. Por otra parte tenemos la tarea de conocer la riqueza natural que poseemos ya que sólo el 1% de la biodiversidad es conocida y escasamente usamos unas 100 especies de vegetales y animales a nivel mundial, cuando tenemos cerca de de 40 millones de especies que aún no logramos identificar .
Figura 5. El desarrollo industrial, la voracidad de algunos cuantos, pero sobre todo la falta de educación ambiental han provocado alteración en nuestro sistema que finalmente repercutirá en la calidad de vida de sus habitantes. (Revista Desarrollo y Cooperación No.6/1984. Espalda)
En la producción de alimentos La hambruna a nivel mundial es cada vez más escandalosa, se reporta la muerte de 200 000 personas por hambre, en México plantea Andrés Garay que: “El 70% de la población padece diferentes grados de desnutrición y que más de la mitad de las muertes de niños menores de cuatro años se atribuyen a secuelas de una nutrición deficiente, la amibiasis se torna 30 veces mas frecuente entre los pobres y de cada 100 tuberculosos, 60 son campesinos y 30 son obreros”. La población mundial ya ha rebasado los 6000 millones de habitantes y en México estamos muy cerca de ser 100 millones de personas y todos con las las mismas necesidades y derecho a la alimentación. Por otro lado, nos encontramos con tierras cada vez más agotadas, la frontera agrícola ha llegado a su límite y sólo nos queda seguir creciendo como como lo hemos hecho en estas últimas décadas, a costa de las selvas o bosques. De ahí que la Biología, se preocupa en desarrollar mecanismos que nos permitan producir mayor cantidad de alimentos de manera sustentable, a través de propuestas como la Agro-Biología o la Agricultura Sustentable, que cuestiona el uso indiscriminado de sustancias químicas para la producción de alimentos.
Figura 6 y Figura 6.1 La Agro-Biología adquiere mayor fuerza sobre todo por los consumidores que exigen alimentos seguros, libres de sustancias químicas que a la larga repercuten en su salud. (La vida p.141 y Biggs p.145).
En la filosofía de la vida Si el objetivo central de esta disciplina es el estudio de la vida, éste debe de preservarla, el de acercar satisfactores que así lo permitan, todo lo que atente contra ello es cuestionable, como por ejemplo: ¿Se aprueba el aborto?, por lo que habremos de determinar ¿Cuándo y en qué momento ya se tiene vida? ¿Qué postura tomar ante la eutanasia y ante la pena de muerte? ¿Nos podemos erigir en autoridades que determinen, quién vive o quién muere? Esta postura no sólo será cuando se habla del ser humano. (Pasará lo mismo con el reino animal) Tú que opinas, de la muerte sin compasión, del dolor innecesario, para saciar el hambre conforme al instinto, como en una corrida de toros, una pelea pelea de gallos o de perros. La cacería indiscriminada cobijada por el “deporte”, o por probar qué tan buena puntería tenemos, aunque dejemos a nuestra presa como una basura por nuestro paso. Y que decidir: ¿Clonamos o no clonamos? ¿Le daremos luz verde a los organismos transgénicos? ¿Qué pasará con la privacidad génica de cada uno de nosotros? ¿Servirá para determinar si somos sanos y tenemos derecho al trabajo remunerado? Y finalmente ¿A quién le pertenece la secuencia génica, al que la descifró o al medio ambiente natural y social, que lo gestaron a lo largo de cientos de generaciones? En otras palabras, el fríjol, el maíz o la papa, le pertenecen a los Mexicanos, Peruanos o a los Estadounidenses, sin duda, muchas otras preguntas de igual relevancia han colocado un nuevo escenario en el que se mueve la Biología a través de la Bioética.
Figura7.El crecimiento desmesurado de la población, que presiona la calidad de los recursos naturales es uno de los principales elementos que se esgrimen para la práctica del aborto. Revista de desarrollo y cooperación No.4/1984.
1.4 RAMAS DE ESTUDIO Y CIENCIAS AUXILIARES DE LA BIOLOGIA
El objeto de estudio de la Biología es la vida, sin embargo ésta es muy compleja, ha sido necesario recurrir al auxilio de otras disciplinas científicas y a la creación de nuevas ramas que permitan lograr el objetivo, sus límites han sido difíciles de determinar y su amplitud es tal, que no hay una persona que la domine, se ha requerido el auxilio de otras ciencias, sobre todo, si partimos de que los seres vivos estamos regidos por las leyes de la física y la química, las ciencias que han auxiliado a la Biología en diferentes momentos históricos son: Astronomía, Economía, Ética, Oceanografía, Geología, Matemáticas, Física y Química. Los aportes de las ciencias auxiliares Química.- Nos facilita comprender el funcionamiento de los organismos, la manera cómo transforman los alimentos, cómo son degradados para obtener energía, la forma cómo fijan la energía los vegetales, su composición química y cómo son reintegrados a la tierra a partir de los ciclos biogeoquímicos. Física.- Sus aportes a la conformación de la microscopía, ha dotado de una gran herramienta de trabajo, el aporte de la termodinámica, expresada a través de las leyes que llevan su mismo nombre, nos dan posibilidades de interpretar mejor los ciclos biogeoquímicos, el comportamiento de la energía a través de las cadenas alimenticias, nos da posibilidades de comprender mejor el mecanismo de la respiración. Matemáticas.- La posibilidad de analizar los fenómenos biológicos de manera cuantitativa, nos permite predecir el comportamiento de las poblaciones en cuanto a su aumento o disminución, el cómo se difunde una enfermedad o cómo se trasmiten los caracteres de padres a hijos para obtener variedades mejoradas. Geografía.- La influencia de la latitud, longitud, altura sobre el nivel del mar, los tipos de suelo... como factores determinantes para la distribución de los organismos, su ubicación o abundancia dependiendo de cada uno de ellos.
Geología.- Aporta elementos importantes para el estudio de los fósiles (figura 8) ubicados en sustratos de suelo o incrustados en un tipo de roca, la forma como evolucionaron los continentes para establecer la Teoría de la Pangea, la formación de diferentes envases o cuerpos de agua que dan la posibilidad de crear algún tipo de ecosistema. Astronomía.- Favorece la explicación acerca del ciclo astral de los animales, es decir determina cuándo se aparean, cuándo se dará la floración en función de las horas luz o la fructificación relacionada a las horas frío, por qué y cómo se da el comportamiento migratorio de los organismos y el establecimiento del reloj biológico.
Fig 8. Fósil de polilla y caracol encontrados a 10 km de la población de Nochixtlan Oaxaca.
Oceanografía.- Estudia el comportamiento de los océanos y su impacto en las formas de vida no sólo marinas sino continentales a través de los ciclones; la forma como influyen las corrientes marinas o el fenómeno del niño y niña que son determinantes en los climas y por ende, el desarrollo de la vida en general Historia.- Nos ayuda a la reconstrucción de los hechos biológicos, como la conformación de las eras geológicas y los acontecimientos que en cada una de ellas encierra, nos ha facilitado establecer la cronología celular, los diferentes acontecimientos que se dieron antes y después del DNA, los diferentes científicos que intervinieron durante 2000 años, para finalmente, conocer la forma de cómo los vegetales producen sus alimentos o lo que llevamos recorridendo... entorno al origen de la vida. Ética.- Como parte de la Filosofía que trata de la moral y de las obligaciones del hombre, abre un espacio de reflexión a través de fuertes cuestionamientos, entorno a lo que podrían considerarse excesos relacionados con la vida: El aborto, la eutanasia, la pena de muerte, congelación de embriones humanos, madres incubadoras, la clonación en humanos...cuestionamientos que se basan en principios, normas y valores y que van encausando el actuar de la Biología en relación a su objeto de estudio: La vida y todo lo que a ella le afecte.
Política.- Aunque no se le puede considerar una ciencia, actualmente se ha constituido en un fuerte auxiliar, no para comprender la forma como se llevan a cabo los procesos biológicos sino la búsqueda de formas que permitan proteger las diferentes expresiones de la vida como: Las selvas y bosques, evitar y sancionar el contrabando de flora y fauna, de la contaminación, o la sobreexplotación, todo esto a través de formular leyes, decretos, reglamentos (figura 9), emitir sanciones, negociar internacionalmente para adquirir recursos económicos para mantener las áreas protegidas o hacer que las fronteras realmente funcionen para detener el contrabando de especies, la circulación de sustancias tóxicas o normar la existencia de basureros radioactivos.
Figura 9. La emisión de leyes, normas y decretos, son importantes para proteger la riqueza biológica, pero es necesario hacer un esfuerzo mayor para que no se quede en “letra muerta”.
Ramas de la biología Múltiples son las ciencias que se han desprendido, como ramas creadas a través del tiempo, por la necesidad de precisar el análisis de la vida en diferentes niveles, como el atómico, el celular, funcional, estructural o de biodiversidad: plantas, animales, hongos, protozoarios o bacterias. Las siguientes ramas de la Biología, pueden abordar indistintamente, a cualquiera de los reinos existentes desde diferentes niveles: CIENCIA
OBJETO DE ESTUDIO
Genética variaciones genéticas.
Los mecanismos, leyes de la herencia y
Citología
Las células, su estructura y función.
Fisiología
El funcionamiento de los organismos.
Anatomía
La estructura de los organismos.
Paleontología
Los organismos del pasado por sus fósiles.
Taxonomía con la evolución.
La clasificación y relación de los organismos
Biología molecular
La estructura de los genes y las proteínas.
Biofísica procesos biológicos.
Las leyes de la física y su impacto en los
Bioquímica
Las reacciones químicas que se dan en la célula.
Evolución influyen en las nuevas.
El cómo surgen especies nuevas y cómo
Ecología entre sí y su medio Ambiente.
La forma como se relacionan los organismos
Estas ramas se especializan en alguno de los reinos:
Zoología
Los animales.
Botánica
Las plantas.
Microbiología
Los microorganismos.
Micología
Las características de los hongos.
Las siguientes ramas se identifican por su especialidad en alguno de los organismos: Mastozoología
Los mamíferos.
Virología
Los virus.
Ornitología
Las aves.
Ictiología
Los peces.
Entomología
Los insectos.
Herpetología
Los reptiles.
Ficología
Las algas.
Nematología
Gusanos filamentosos.
Las siguientes ramas manejan ecosistemas generales: Biología marina
La vida en el mar.
Hidrobiología
Los ecosistemas de aguas continentales.
Ecología ambiente.
Los organismos en relación a su medio
Sociobiología poblaciones animales.
Las relaciones sociales que se dan entre las
Etología
Comportamiento de los animales.
Parasitología
Los organismos que viven a expensas de otros.
Estas ramas manejan algún nivel de expresión de los organismos: Histología
Los tejidos y sus propiedades.
Dendrología relación al clima.
La edad de los árboles y su interpretación en
Embriología vivos.
Las primeras etapas de desarrollo de los seres
Neurofisiología
El cerebro y el sistema nervioso.
Se consideran ramas de reciente aplicación: Biomedicina salud.
La aplicación de los principios biológicos a la
Biotecnología (por ejemplo la respiración).
Lleva a escala industrial procesos biológicos
O ramas muy especializadas como: Conquiología
Las conchas de los moluscos.
1.5 EL MÉTODO CIENTÍFICO
En este apartado hablaremos de la forma como los científicos conocen, de la manera como se estudia la biología o los seres vivos y cómo la ciencia, se va construyendo, a partir de un trabajo riguroso y sistemático, para dar como resultado, el conocimiento científico. Conocimiento. El conocimiento nos permite tener certeza de la realidad, interpretarla proporcionándonos herramientas para enfrentarnos a ella (de ahí el dicho popular “el que no conoce es como el que no ve”). Sabemos de la existencia de dos tipos de conocimiento o formas de acercarnos al objeto de conocimiento, que hasta el momento, hacen posible la vida de las personas sobre la Tierra: el conocimiento empírico (popular) y científico. Conocimiento empírico Empírico significa, lo referente a la experiencia. Se trata de un nivel en donde los sentidos y el aspecto físico de las cosas se vinculan estrechamente. Este conocimiento es el que todos poseemos en mayor o menor medida, nos permite resolver problemas específicos como: El vestir, alimentarnos, el hacer producir la tierra, el manejar un vehículo, criar animales, desarrollar herramientas para la pesca o manejo del bosque. El conocimiento empírico ha permitido el impulso de los oficios: carpintero, albañil, herrero, panadero, curtidor (figura 10), talabartero, tejedor, ebanista, plomero...y muchos otros que han llegado a identificar comunidades enteras como: Atzompa, en el manejo del barro, San Bartolo Coyotepec, para el manejo del barro negro, Tlacolula, en la producción del mezcal, Etla, en la producción del queso, Ocotlán, para la producción de pieles curtidas y cuchillería, Nochixtlán, en la elaboración de barbacoa... etc. A través del conocimiento empírico, se han identificado diferentes plantas con usos muy variados: medicinales, para la construcción, utilizadas como cercos vivos, productoras de taninos (curtientes), jabonosas, para carbón, edulcorantes, forrajeras, productoras de miel, etc. Este conocimiento ha permitido identificar diferentes tipos de suelo, con vocación variada. Facilitó domesticar plantas como el maíz que tiene 10 000 años de manipulación por los campesinos o el trigo de
hace 5000 años. Esto ha favorecido el cuidado de los recursos naturales y la sobrevivencia a lo largo de la historia hasta nuestros tiempos. El conocimiento empírico, se caracteriza por transmitirse de padres a hijos como herencia, generalmente no se registra, no se elaboran libros entorno a los saberes, se trasmite verbalmente, no desarrolla trabajo experimental, se conduce a través de acierto y error, es inexacto e impreciso. Es un conocimiento no menos importante que el científico, sin embargo su tratamiento y análisis son diferentes, así como, el aporte correspondiente. Para poder acceder a un conocimiento científico, es necesario recurrir al empírico como primer acercamiento, al objeto de conocimiento.
Figura 10. El oficio del curtidor que por décadas sostuvo la industria en Oaxaca es un ejemplo de conocimiento empírico, esta industria está a punto de desaparecer por las normas anticontaminantes, el fisco y la opción de los jóvenes a trabajar en áreas menos exigentes de un esfuerzo físico. Este curtidor, Eufemio Chávez rebaja un cuero de res como parte del proceso de curtido.
Conocimiento científico A través del cocimiento empírico entendemos, sin mas, lo que percibimos, si queremos apreciar características, que no son tan obvias a simple vista y hacer diferentes interpretaciones, entonces, tendremos que recurrir al conocimiento científico, generado a través de la observación, del descubrir, explicar y predecir la realidad; para ello, sólo a través de la investigación podremos lograrlo y crear un cuerpo de conocimientos que no sean dogmáticos, ya que, los supuestos en esta lógica, se someten al análisis y crítica, que nos lleven a
establecer postulados y axiomas, que concluyan en la creación de la ciencia, concebida según Tamayo y Tamayo como “conjunto de conocimientos racionales, ciertos, probables, obtenidos metódicamente, sistematizables y verificables que hacen referencia a objetos de la misma naturaleza”; para generar conocimiento científico, el camino obligado es la investigación científica, que se basa en la estructura del Método Científico, fundamentado en la pregunta y la búsqueda de respuestas originadas por la observación y la experimentación. Así, el conocimiento científico es metódico, utiliza el método científico, es sistemático, deja su testimonio escrito en una diversidad amplia de documentos, que nos permitan crear nuevos postulados a partir de los ya existentes; privilegia a la institución educativa o de investigación como la generadora del conocimiento, sus conocimientos son probados, una y otra vez, bajo las mismas condiciones en que fueron generados, reconoce al investigador o científico como portadores del saber. Saber que tiene que pasar por diversas formas, sus planteamientos deberán ser precisos, exactos, rigurosos, objetivos y libres de prejuicios sólo así se construirá la ciencia. “Lo que hace sistemática a la ciencia es la atención que presta a la organización del conocimiento, de modo que sea factiblemente accesible para todos aquellos que deseen construir sobre sus cimientos. De esta manera, la ciencia es una empresa tanto personal como social. La ciencia no es un misterio: a través de sus reglas y procedimientos se encuentra abierta para toda persona que esté dispuesta a afrontar sus retos. La ciencia busca encontrar un conocimiento preciso sobre los aspectos del mundo accesibles a sus métodos de investigación. No se trata de un sustituto de la filosofía, la religión o el arte, el hecho de ser científico no impide a nadie la participación en esos otros campos del conocimiento humano. Procesos del pensamiento sistemático Los procesos de pensamiento sistemático en los que se apoya la ciencia pueden ser divididos, en su mayor parte, en dos categorías: deducción e inducción. En el razonamiento deductivo se comienza con la información disponible, que recibe el nombre de premisas, y luego se obtienen conclusiones basadas en esa información. La deducción se efectúa desde los principios generales hasta las conclusiones específicas (va de lo general a lo particular). Por ejemplo, si aceptamos la premisa de que todos los pájaros tienen alas, y la segunda premisa de que los gorriones son pájaros, podemos concluir, por deducción, que los gorriones tienen alas.
La inducción es un proceso prácticamente opuesto a la deducción. En el razonamiento inductivo se empieza por hacer observaciones específicas, de las cuales se pretende obtener una conclusión, o una regla o principio general unificador. El método inductivo se emplea en la organización de datos dispersos y en su colocación en categorías manipulables, un proceso realizado con base en la pregunta ¿qué es lo que tienen en común todos estos hechos? Un punto débil de este método de razonamiento es que las conclusiones así obtenidas contienen más información que los hechos estudiados en los cuales se basan. Se pasa de muchos ejemplos observados a todos los ejemplos posibles cuando se formula el principio general. Esto se conoce como el salto inductivo. Sin éste no sería posible llegar a las generalizaciones. Sin embargo, conviene mantener presente la posibilidad de que la conclusión sea válida. La información adicional contenida en las conclusiones inductivas puede provenir exclusivamente de la actividad creativa de una mente humana, y la creatividad, por admirable que sea, no es infalible. Aquí se muestra muest ra un ejemplo ejem plo de razonamiento razon amiento inductivo: cuando se retira r etira el sostén sost én de manzanas, naranjas, piedra y árboles, estos caen al suelo; de aquí, se deduce que una fuerza que actúa sobre estos objetos los atrae hacia la tierra (fuerza de gravedad) Aunque una conclusión se base en miles de observaciones, sigue siendo posible que la invaliden nuevas observaciones. Sin embargo, cuando más grande sea el número de casos que se emplean, mayores serán las probabilidades de obtener conclusiones científicas válidas. El científico busca la posibilidad de afirmar que cualquier conclusión específica tiene cierta probabilidad estadística de ser correcta (Ville, et al, pp 20)
Método Científico La palabra método, proviene del griego meta “a lo largo del camino” y odos “camino”, un método es una manera ordenada de realizar una actividad. En la ciencia, un método implica un orden sistemático que se sigue durante una investigación, así el método científico podemos concebirlo como el camino, la estrategia, el proceso, la lógica del pensamiento científico o el procedimiento viable que se sigue para la solución de un problema de relevancia social. Según De la Torre. Es un procedimiento riguroso formulado lógicamente para lograr la adquisición, organización o sistematización y expresión de conocimientos tanto en su aspecto teórico como experimental. “Gracias a un buen método, el científico logra, con mayor seguridad, el control de variables, la producción tecnológica y la satisfacción intelectual” (Saenz, p. 121) En todo método se pueden exigir, por lo menos, dos cualidades: la eficacia y la eficiencia. La eficacia consiste en la seguridad para obtener el fin deseado. La eficiencia consiste en la adecuación y la proporción de los medios empleados para conseguir el fin propuesto. De lo anterior, se desprende la importancia del método en la ciencia. Gracias a él, es posible obtener las finalidades del pensamiento científico con mayor seguridad y presteza. Sin embargo, el método no es un fin en si mismo, es decir, no habría por qué esclavizarse a ese conjunto de reglas sugerencias y pistas que constituyen un método determinado. Por tanto, habría que considerar al método como un instrumento o medio que, por supuesto, tiene su importancia, pero también sus limitaciones.
Fig 11 Elcientífico, pretende a través de la observaciómy experimentación, atrapar la realidad comprobando o disprobando hipótesis qie lo lleven a formular teorías o leyes, done identifiquen variables que influyen como causa y efecto del fenómeno. A Einsten se ha constituido como un prototipo de científico por sus aportes en el campo de la física. (Revista de Información científica y tecnológica volumen 10 No. 143, p. 17)
Llevarlo a la práctica concreta, es lo que posibilita un aprendizaje significativo de la metodología científica y no el aprendizaje de recetas y de principios. La ciencia resulta de la aplicación del método científico. A decir de E. Curtis, la materia prima de la ciencia son nuestras observaciones de los fenómenos del Universo, se limita a lo que puede observar y medir. Las corazonadas se abandonan, las hipótesis se invalidan y las teorías se revisan, no hay verdades, todo está en constante revisión. Es por esto, que los científicos persiguen la objetividad a través de la investigación, por lo que ésta, deberá tener varias características: La investigación deberá ser: Rigurosa (se realiza con precisión, no es arbitraria) Minuciosa (hay que registrar el mínimo detalle del comportamiento del fenómeno) Sistemática (ordenada, en la que se aplica un análisis lógico, se establecen categorías o agrupaciones.)
Estará dirigida a resolver problemas de importancia social. Buscará encontrar principios generales que le permita predecir el comportamiento del fenómeno. No parte de cero, sino de una experiencia o conocimiento previo. Se basa en observaciones apoyadas en instrumentos que la auxilien (microscopio, telescopio, computadora…)
Es una actividad eminentemente lógica y objetiva que le permita validar los procedimientos empleados, los datos recogidos y las conclusiones alcanzadas. Es una actividad paciente que contrasta con lo espectacular, no busca impresionar sino resolver un problema. Es una actividad que requiere valor, la investigación puede tener la desaprobación social o de un grupo, si estás convencido de las bondades de tu
investigación y el beneficio social que puede traer, es importante que la realicemos. Requiere de constante registro, que favorezca el análisis y las conclusiones para que después le demos la oportunidad a otros investigadores de probar nuestros resultados y verifiquen la veracidad de nuestras conclusiones. En el sentido más amplio, el método científico, se refiere a los hábitos de trabajo que los científicos ponen en práctica, conforme su curiosidad, los conduce a la tarea de descubrir las regularidades y las relaciones existentes entre los fenómenos objeto de su estudio. Los métodos de la ciencia también pueden ser descritos como una rigurosa aplicación del sentido común, al estudio y el análisis de la información. En un sentido mas estricto, el método científico alude al modelo de investigación desarrollado por Francis Bacon (1561-1626).. Este modelo consta de la siguiente secuencia: Identificación del problema Obtención de información relativa al problema (por observaciones, mediciones, etc.) Análisis de la información en busca de correlaciones, conexiones importantes y uniformidades. Formulación de una hipótesis (una generalización), la cual es una suposición congruente que explica la información existente y sugiere otras vías de investigación. Evaluación rigurosa de la hipótesis mediante la recabación de nueva información. Confirmación, modificación o rechazo de la hipótesis, a la luz de los nuevos acontecimientos.
CARACTERÍSTICAS DE LOS PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO 1.- Observación del problema. En esta primer etapa, pretendemos percatarnos del mínimo detalle del comportamiento del fenómeno y en función de ello, plantear con precisión el Problema. Es importante resaltar, que si bien es cierto, la observación, es el punto inicial de la investigación, esta se constituye en una característica que habremos de fomentar a lo largo de toda nuestra investigación. Es una de las cualidades mas sobresalientes de un científico, que como mencionamos, habrá de apoyarse en aparatos (microscopio, binoculares, telescopio, computadora) que le permitan, hacer de la observación algo algo muy diferente de la contemplación. La fuente última de todos los hechos científicos son las observaciones y experimentos cuidadosos, realizados sin parcialidad. 2.Planteamiento del problema. La detección del problema nos da posibilidades de centrar nuestra atención en alguna característica particular del fenómeno a estudiar, No podemos abordarlo en su totalidad, ya Fig. 12 La computadora nos permite que la realidad en sí, es hacer simulaciones que nos llevan a compleja. La característica del variar el comportamiento de un problema es que se plantea en fenómeno en situaciones diversas y así forma de pregunta muy hacer observaciones que nos faciliten problema precisa y parte formular un problema necesariamente de la observación. ¿Por qué las plantas son verdes? ¿Qué comen las plantas? ¿Por qué los hijos se parecen a los padres? ¿Cómo se originó la vida? ¿Por qué la luz calienta? ¿Por qué la luz forma una sombra en los cuerpos? ¿Por qué suceden los eclipses? Según lo plantea Saenz, la pregunta debe tener dos condiciones , la primera se refiere a su carácter universal, al manejo de los paradigmas para que pueda ser aceptada en el ámbito de lo científico, la segunda condición es que sea verificable, es decir, que pueda ser factible su contestación, con lo que desechamos preguntas que pertenecen al ámbito de la imaginación, damos por sentado que las preguntas tengan relevancia, claridad y precisión.
3.- Hipótesis. La hipótesis es una respuesta provisional, una suposición que establecemos como una forma de explicarnos la naturaleza del fenómeno estudiado, es una respuesta ingeniosa cargada de conocimiento previo, se constituye en la columna vertebral de nuestro trabajo, a partir de la hipótesis desarrollaremos el experimento por el que demostraremos su veracidad o falsedad. Si nuestra hipótesis es verdadera, se convierte en una tesis científica (ley, principio, explicación, conclusión o una relación entre diferentes objetos de estudio). La hipótesis para ser considerada científica, deberá tener, un carácter universal, hipotético, de relación relación entre fenómenos, coherencia, verificabilidad, sencillez y predictibilidad. 4.- Experimento. Es la parte de la investigación mas atractiva en términos de acción, ya que ésta requerirá no sólo del ingenio, de la experiencia, de los conocimientos que tengamos sino también del esfuerzo físico, muchas veces tendremos que velar toda la noche para observar a los organismos en su medio natural o hacer una prueba con diversas repeticiones donde es importante identificar un grupo control o testigo y el otro experimental. El diseño del experimento exige mucha creatividad, hay hipótesis que han estado formuladas por varias décadas sin que pueda diseñarse el experimento, hasta que llegó el científico que tuvo la chispa o el destello para comprobarla. Por ejemplo, la hipótesis propuesta por Oparín “la vida se originó por evolución química”, tuvieron que pasar más de 30 años para que se formulara el experimento a través del aparato de TESLA, que simula las condiciones de la atmósfera primitiva y comprueba parcialmente la hipótesis. El reto en esta etapa de la investigación, es diseñar formas, que nos permitan el control de las variables que en ella intervienen. La repetición del experimento, bajo las mismas condiciones en que fué formulado, da la oportunidad a que otros verifiquen nuestros resultados cuantas veces sea necesario. La cuantificación de los datos, nos dará mayor certeza del comportamiento del fenómeno y nos permite llegar a la predicción. El uso de la balanza, el termómetro, el análisis químico, son algunos instrumentos para la cuantificación del fenómeno. Al respecto, la estadística es un fuerte aliado que permite determinar la frecuencia de aparición de una característica investigada (número de hembras, machos, edades, sexos, emigración, inmigración), o la correlación e interdependencia entre dos o más variables (podemos determinar la capacidad de carga de un sistema, es decir, cuántos venados puede sostener una determinada área sin que sea afectada, determinando la cantidad y calidad de los alimentos con la densidad de la población.)
5.- Conclusión. En esta fase, podemos decir si nuestra hipótesis es verdadera o falsa, muchas veces podemos llegar a conclusiones que no habíamos previsto, para lo cual no habremos de forzar los datos a nuestro capricho, debemos tener la rigurosidad plantear nuevamente el problema en función de los nuevos datos o conocimientos del fenómeno. Es conveniente registrar los resultados no previstos, a lo que se le ha dado el nombre de serendipity, que han sido determinantes en el avance de la ciencia como el descubrimiento de la penicilina o los rayos X. No siempre llegamos a plantear nuevas teorías o descubrir leyes de comportamiento general, con que arribemos a conclusiones que nos den una respuesta convincente de lo que buscamos, nos daremos por bien servidos. Ejemplo de aplicación del método científico A través travé s del siguiente ejemplo, se pretende demostrar el Principio que la ciencia es acumulativa y demostrar cómo un conocimiento favorece o acelera el descubrimiento de otros. Algunos científicos sólo han desarrollado una etapa del método científico, otros han obtenido sus conclusiones que los han llevado nuevamente al inicio de la investigación. Investigación sobre la fotosíntesis: Problema.- ¿Qué come una planta que le permite crecer y tener frutos? Hipótesis.- “Las plantas se alimentan tragando tierra”. Planteado por Aristóteles en el siglo IV a.C. Se quedó a nivel de hipótesis ya que no efectuó experimentos que lo llevaran a probar la veracidad de su planteamiento, se manejó como verdad durante siglos. El problema se retoma después de aproximadamente 2000 años. 1630 Jan Baptista Van Helmont. Experimento. Diseñó su experimento que duró cinco años con una planta de sauce, tierra y agua (fig 13); estos tres elementos los pesa, la planta es regada, al paso del tiempo hace nuevamente las mediciones, y nota que la tierra había disminuido 57g mientras que la planta aumentó 74 k. el agua que utilizó eran varios litros.
Conclusión. “Las plantas no comen tierra, comen agua”. Sin embargo los litros de agua utilizados no eran proporcionales al peso de la planta. Y se plantea nuevamente el problema. “Si la planta no sólo come agua, ¿qué otra cosa come?”
El problema fue respondido parcialmente, por lo que se retoma 142 años después. Fig. 13. Experimento de Van Helmont en el que se puede apreciar la ganancia en peso al inicio y final del experimento que duró 5 años.
1772 Joseph Priestley
Experimento. Pone una vela encendida. Ambos los coloca primero en campanas de cristal separadas, al juntarlos, el ratón muere y la vela se apaga, posteriormente coloca otra planta y ratón juntos y observa que su vida se prolonga. (Fig14)
Figura 14. Experimentos de Priestley que permite apreciar la compatibilidad entre planta-animal o vela y lo contrario entre vela y ratón. (CNEB p.92) Conclusión. “Las plantas invierten los efectos de la respiración quitando al aire “algo” que los animales le dan al respirar, lo que favorece su crecimiento” La respuesta aún no satisface a la pregunta formulada por lo que se replantea la pregunta a la luz de los nuevos descubrimientos. “Si las plantas no sólo comen agua y ese “algo” de los animales entonces ¿qué comen?”. El lapso para responder se acorta y se retoma 9 años más tarde.
1779 Jan Ingenhousz Experimento. Su diseño consiste en separar las raíces, hojas, tallos, flores, frutos encerrados en campanas con ratones cada una y observa que el aire se vuelve nocivo para los animales donde están las raíces, flores y frutos.
Conclusión. “El invertir el proceso de la respiración sólo ocurre en las partes verdes de la planta”. Aún no responde a la pregunta, por lo que se retoma ¡un año más tarde! 1780 Pristley y otros investigadores Experimento. Repite el experimento anterior, sólo que introduce una nueva variable, las campanas las pone en la sombra y otras que les de la luz y comprueba que los resultados de Ingenhouz solo ocurren en presencia de la luz. Conclusión. “Las plantas no sólo comen agua, también ese “algo”de los animales y la luz es necesaria para que se dé ese proceso”. Se está más cerca de la respuesta, pero aún quedan el reto de encontrar un principio general en todas las respuestas encontradas. 1782 Jean Senebier Experimento. Utiliza una planta acuática, la sumerge en el agua y mantiene el sistema iluminado. Observó que la planta desprende un gas. Posteriormente se comprueba que este gas era oxígeno. Conclusión. Las plantas en su alimentación desprenden oxígeno que favorece la actividad biológica de los animales. Después de mas de 2000 años en que fue planteado el problema, se tiene la siguiente conclusión: “Las plantas requieren CO2 y H20 para efectuar la fotosíntesis en presencia de luz y con la participación de la clorofila, proceso mediante el cual elaboran sus propios alimentos.Este descubrimiento permitió probar a: 1800 Nicholas Theodore de Saussure Mostró que volúmenes iguales de bióxido de carbono y oxígeno se intercambian durante la fotosíntesis y que las plantas retienen el carbono, muestra también como durante este proceso las plantas ganan peso, lo que hizo posible escribir la fórmula que podrás encontrar en la unidad II referente a características de los seres vivos y que da respuesta al problema.
1.6 TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA
La Biología es una ciencia que se ha conformado a través de múltiples preguntas, algunas de ellas están aún sin resolver, (muchas de estas interrogantes han tenido como resultado los mas ingeniosos experimentos que le han dado la esencia al conocimiento) como la clásica pregunta ¿Cómo se formó la vida? ¿Cómo emergieron la gran cantidad de organismos, que junto con nosotros forman la diversidad de los seres vivos que pueblan la Tierra? Dos grandes líneas de pensamiento y acción han pretendido dar respuesta a esta interrogante: la postura evolucionista y la creacionista. Cada una ha tenido su propio espacio para su análisis y promoción e incluso se llegó a legislar para separar lo religioso de lo laico, teniendo así que lo científico o evolucionista se desarrolla en los centros de educación formal e investigación especializada, mientras que lo religioso se lleva a cabo en la Iglesia como institución u otros espacios creados para estimular la fé. Cada una de éstas posturas tiene sus propios seguidores y han conformado nuestra historia hasta éste momento. ¿Qué es la vida? A la difícil pregunta ¿Cómo se formó la vida o los primeros organismos?, se le une esta otra ¿Qué es la vida? De igual manera no tenemos la respuesta, no podemos abordarla a nivel de diccionario, tendremos que asomarnos a la Filosofía, que será como la energía que le va a dar el impulso para buscar la respuesta. Nos resulta fácil definir términos como el de clima, homeostasis, célula, fotosíntesis..., pero si intentamos dar respuesta directa al ¿Qué es la vida? comenzamos a titubear y a lo más que llegaremos es a caracterizarla. Al hacerlo descubrimos que estas características incluyen una organización precisa, una gama amplia de reacciones químicas (metabolismo) que favorecen el crecimiento, la irritabilidad y la adaptación. (fig.15)
Si insistimos en la pregunta ¿Cómo surgió la vida o los primeros organismos? Y si logramos descubrir los mecanismos que propiciaron el surgimiento de la vida ¿Podremos manipularlos para hacer vida? ¿Podremos utilizarlos de acuerdo a nuestros intereses? o en el mejor de los casos ¿Nos ayudará para predecir el futuro en Fig. 15 Organismos en donde se manifiesta la función de las expresión e la vida su armonía y belleza. (Ville, condiciones en que nos p. 804) desarrollamos? La búsqueda de respuestas se han constituido en un reto que aún, pese a los avances científico-tecnológicos no logramos dar respuesta cabal, convincente, tenemos fracciones de las respuestas, juntaremos algunas piezas pero sin duda nos seguirán faltando. Sin embargo, el abordar este tema nos debe llevar a reflexionar sobre lo que en este momento es importante para ti, o para mí, y es el de que nos maravillemos con la expresión de la vida que está a nuestro alrededor, reconocer que su máxima expresión está en cada uno de nosotros y que apreciarla y aprovecharla es uno de nuestros mayores retos. Juntando las piezas El origen del Universo Un referente obligado para abordar el origen de la vida es partiendo del origen del Universo (Cosmos), que según datos, tiene una edad que oscila entre los 10 y 20 mil millones de años, formándose como resultado de una descomunal explosión de materia densamente condensada condensada a una temperatura de cien mil millones de grados centígrados, al darse el enfriamiento a dos mil quinientos grados centígrados las partículas subatómicas (protones y neutrones) se unen formando el núcleo de los átomos. “Estos núcleos, con sus protones cargados positivamente, atrajeron a pequeñas partículas livianas cargadas negativamente (electrones) y así formaron los átomos”, (Curtis, p.49) a partir de ahí los 92 elementos y finalmente todos los cuerpos celestes (estrellas, cometas, satélites,.. y por supuesto nuestro planeta y de ahí la vida). La muestra mas palpable de la gran explosión nos lo da el
análisis del ciclo de vida de una estrella y el resultado del estudio del movimiento de las mismas a partir del efecto Doppler que es el rastro dejado por un cuerpo en forma de ruido (semejante al paso de una ambulancia) o de luz en su recorrido (por la huella de luz que deja una estrella, es posible calcular la velocidad de desplazamiento del cuerpo celeste en un período de tiempo) demuestran como el Universo se encuentra en expansión. A George George Gamow se le considera el padre de ésta Teoría denominada del Big-Bang o de la Gran Explosión aunque en algunos textos como el de Geografía general de Funes se le atribuye a Lemaitre. El origen de la Tierra El surgimiento de la Tierra se percibe en el mismo orden lógico de pensamiento, un proceso gradual de múltiples cambios, transformaciones hasta llegar a modelar el planeta que tenemos. La Tierra debió iniciar su existencia como una masa gaseosa desprendida en el momento de la Gran Explosión formando primero al Sol como a otras estrellas a partir de la acumulación de polvo y gases de hidrógeno y helio hace 5000 millones de años. El Sol originado a partir de la inmensa nube, se condensó gradualmente a medida que los átomos de hidrógeno y de helio eran atraídos por la fuerza de la gravedad y caían en el centro de la nube. Cuando la aglomeración se hizo más densa, los átomos se movieron más rápidamente, más átomos chocaban unos contra otros y el gas de la nube se tornó más y más caliente. A medida que la temperatura se elevaba, se intensificó la violencia de las colisiones hasta que los átomos de hidrógeno chocaron con tal fuerza, que sus núcleos se fusionaron formando átomos de helio adicionales y liberando energía nuclear. Esta reacción termonuclear aún ocurre en el corazón del Sol y es la fuente de energía que se irradia desde su incandescente superficie. Según la teoría actual, los planetas se formaron a partir de los restos del gas y del polvo que giraban alrededor de la estrella recién formada. Al comienzo, las partículas deben haberse reunido al azar, pero a medida que la masa aumentaba de tamaño otras partículas comenzaron a ser atraídas por la gravedad de las masas más grandes. El torbellino de polvo y las esferas en formación continuaron girando alrededor del sol hasta que finalmente, cada planeta hubo limpiado por completo su propia órbita, recogiendo la materia suelta, a la manera de una bola de nieve gigantesca.
La órbita más cercana al Sol fue recorrida por Mercurio, la siguiente por Venus, la tercera por la Tierra, y así sucesivamente hasta Neptuno y Plutón. Se estima que los planetas incluyendo a la Tierra, han comenzado su existencia hace aproximadamente 4600 millones de años. Durante el tiempo en que la Tierra y otros planetas estaban formándose, la liberación de energía a partir de materiales radiactivos mantenían sus interiores muy calientes. Cuando la Tierra aún estaba tan caliente que era principalmente un líquido, los materiales más pesados se reunieron en el centro denso, cuyo diámetro es aproximadamente la mitad del diámetro del planeta., Apenas se agotó la existencia del polvo estelar, piedras y rocas más grandes, el planeta dejó de crecer. A medida que la superficie de la Tierra se enfriaba, fue formándose una corteza externa, una cáscara tan delgada como la de una manzana. Las rocas más viejas de esta capa datan, según los métodos isotópicos, de hace 4 100 millones de años. Sólo 50 kilómetros por debajo de su superficie, la Tierra está aún caliente y una pequeña fracción de ella todavía está derretida. Sus evidencias se manifiestan en las erupciones volcánicas que expulsan lava (roca fundida) a través de los puntos débiles de la corteza terrestre, o en los géiser, que arrojan hirviendo el agua que se había escurrido gradualmente hacia el interior de la Tierra. (Curtis, pp 109-110)
Figura 16. Tierra primitiva en la que los volcanes y relámpagos fueron decisivos para modelarla, la ausencia de oxígeno, las altas temperaturas y los gases metano, amoniaco, vapor de agua y bióxido de carbono fueron los ingredientes centrales para la formación de la vida. (Ville p.426).
La edad de la Tierra La Tierra se originó en un período largo de tiempo, esta es una de las cuatro condiciones para poder explicar el lento diseño de las primeras formas de vida, que iniciaron como estructuras simples, que fueron transitando a una mayor complejidad como las conocemos ahora. El lapso de tiempo no es un deseo caprichoso, existen múltiples pruebas que le dan veracidad a esta exigencia. Determinación de la edad de la Tierra Por ejemplo “el primer intento científico para conocer la edad de la Tierrra, fue de Heredoto, que observó cómo los sedimentos se depositaban en las orillas del Río Nilo y así supo que estudiando la superposición de los estratos, podría conocerse la edad de la Tierra, además, pensó que calculando el volumen de los sedimentos que van al mar, permitirían calcular la duración de los períodos erosivos. Por este método se pensaba que, calculando el tiempo en que se tardó en depositar cada capa, se podría conocer la edad del planeta determinándose en 600 millones de años. El método de la salinidad fue otro intento para medir la edad de la Tierra. Se pensó que los mares en un principio no eran salados y que la salinización se dió en la medida que la sal se desprendía del suelo y era llevada al mar por los ríos. Por esta forma se calculó la edad de la Tierra en 100 millones de años. Este método es poco aceptable porque no se sabe si en un principio los mares eran dulces o salados, o si la concentración de sales se debió a la intensa evaporación del agua del mar o si la sal realmente se desprendió de las rocas sedimentarias. (Funes, pp 69-70)
Existieron otros métodos como el petrográfico basado en las semejanzas de las rocas o el paleontológico en los restos de animales y plantas. “El geólogo James Hutton (1721-1797) propuso que la Tierra fue moldeada por el viento, el clima y el fluir del agua, su propuesta se le conoció como uniformitarismo y era relevante por considerar que la Tierra tenía una larga historia, contraria a la postura cristiana que sólo le atribuía 10 000 años, consideraba que los cambios eran parte de un curso normal de acontecimientos, por oposición a un sistema estático. El inglés William Smith (1769-1839) fue de los primeros en estudiar la distribución de los fósiles en las diferentes capas del suelo, conocidas como estratos geológicos, estableció que cada estrato, independientemente del lugar en el que se
encontrase, contenía tipos característicos de fósiles y que estos fósiles eran realmente la mejor manera de identificar un estrato particular, al identificar diferentes localidades geográficas. George Cuvier fue el fundador de la paleontología de los vertebrados y pudo hacer deducciones brillantes a partir de pocos fragmentos óseos, determinó que muchas especies que habían existido alguna vez, ya no existían.(se sabe actualmente que mucho menos del 1% de todas las especies que han vivido en algún momento están representadas actualmente sobre la Tierra)” (Curtis, pp 29). El método que ha tenido mayor aceptación científica, es el radioactivo, en el que se utiliza el Uranio y Torio y con ello se determinó en 4 500 millones de años la edad de la Tierra, tiempo considerable que nos da posibilidades de tejer explicaciones sobre los múltiples cambios sufridos en el planeta. El origen de la vida Buscando explicaciones desde antes de Cristo hasta el siglo XIX Ya ubicados en la dimensión de lo viviente, han surgido múltiples teorías que si bien reflejan el pensamiento de su época, son muestra del esfuerzo constante por dar explicación a la pregunta ¿Cómo surgió la vida? Teoría de la generación espontánea (abiogénesis) El término espontáneo, es para indicar que la vida ocurrió en un lapso muy pequeño de tiempo y sin sin influencia de otros organismos organismos o de materia viviente. Su principal defensor fue el filósofo griego Aristóteles que por el año 340 a.C. afirmaba... “de estos insectos, la pulga se originó de una ligerísima cantidad de materia putrefacta, ya que donde quiera que haya excremento seco, es seguro encontrar una pulga. Las chinches son generadas por la humedad de los animales vivientes y cuando ésta se seca, saltan de sus cuerpos. Los piojos son generados por la carne de los animales” (Green, p.229) Aristóteles creía también que las moscas salían de la carne podrida de los animales. Pensaba que otros tipos de insectos salían de la madera, de las hojas secas y hasta del pelo de los caballos. (Peter A, p.10) Durante la Edad Media los estudiantes resucitaron los escritos de los filósofos griegos, agregaron literatura y otras ideas fantásticas, como: “Los árboles ganso producen gansos bajo ciertas circunstancias” (Green, p. 229)
El pensamiento de la generación espontánea se contraponía en ese mismo momento a la observación de que los organismos procedían de otros semejantes como lo relata nuevamente el mismo Aristóteles en su libro Animalium... “La mayoría de los peces se originan de los huevecillos de otros peces. Existen sin embargo, algunos peces que pueden originarse del lodo. En un estanque completamente seco, observé que al llenarse éste nuevamente con agua de lluvia aparecían otra vez pececillos, estos animales no pudieron haberse originado ni de los huevecillos, ni de la copulación y por lo tanto deben haberse originado del lodo”
Por su parte Boethius escribió... “Si se arroja un trozo de madera al mar, con el tiempo se crían gusanos en él y en éstos van apareciendo la cabeza, los pies, las alas y finalmente las plumas. Cuando por fin acaba de crecer tiene el tamaño de una oca, y vuela como las otras aves haciendo uso de sus alas. Un naturalista describe un caso que apoya las observaciones anteriores. Un gran barco que tenía el nombre de Cristóbal, había permanecido anclado por tres años en una de las Hébridas. Fue arrastrado hacia la tierra, y la parte que había permanecido bajo el agua estaba llena de agujeros rebosantes de gusanos. Algunos no se habían formado todavía como aves, pero otros ya tenían ese aspecto” (CNECB, p.39)
Así, la generación espontánea supone el surgimiento de la vida a partir de condiciones, tales como la humedad, la temperatura y materia orgánica, lo que llevó a eminentes científicos a no dudar de esta propuesta como fueron Newton, W Harvey, Descartes y Van Helmont. Este último propuso una receta para generar ratones de las camisas (trapos viejos sudados, mas paja en un rincón generará ratones)_ fig 17_ Aunque estas ideas parecen increíbles, no olvidemos que todas tienen rasgos que las justifican. Pueden ser probadas con la lógica y las bases científicas de su tiempo. Muchos de los experimentos clásicos de la biología fueron hechos por el deseo de comprobar la teoría de la generación espontánea (Green, p.229). Es necesario recordar que la fuerza de este planteamiento duró cerca de 2000 años, del 340 a.C. en que se dejan testimonios del pensamiento hasta el año 1700 de nuestra era. La corriente creacionista
Su principal defensor fue Carlos Linneo por el año de 1770, sostiene el criterio de que las especies... “Son inmutables y experimentan cambios sin mas modificaciones que las que permiten distinguir unas de otras, cada especie según esta teoría es independiente de las restantes incluso las mas afines” (Gama, p. 150)
Figura 17. La propuesta de Van Helmont se fundamentaba en unir la materia orgánica y la temperatura para el surgimiento de la vida, caso particular el origen del ratón. (Dibujo hecho a mano, tomado del Lazcano)
Este planteamiento se basa en las narraciones bíblicas del Génesis, afirma que la Tierra no tiene más de 10 000 años, que cada especie fue creada por separado durante un breve lapso de actividad divina ocurrido hace 6000 años y que cada especie tiende a mantener su peculiaridad única y bien definida (Fried, p. 355) La creación según el Génesis La Biblia en el apartado de Génesis da cuenta detallada de cómo se creó la vida en seis días y a partir del día séptimo Dios descansó al ver su obra terminada. Menciona que la tierra estaba desordenada y vacía, y las tinieblas estaban sobre el haz del abismo. Mientras la luz activa activa de Dios estaba moviéndose de un lado a otro sobre la superficie de las aguas.
Primer día (el día bíblico puede abarcar mil años o más, no se traduce al de 24 horas)
La tierra estaba desordenada y vacía, y las tinieblas estaban sobre el haz del abismo. “Llegue haber luz”, entonces llegó a haber luz. Y empezó Dios a llamar la luz Día, pero a la tiniebla llamó Noche. Y fué la tarde y la mañana, un día (Génesis) Segundo día. “Llegue haber una expansión en medio de las aguas y ocurra una división entre las aguas y las aguas”. Hizo Dios la expansión, y apartó las aguas que estaban debajo de la expansión más no las que deberían estar sobre la expansión, (lluvia). Y llegó a ser así, y empezó Dios a llamar la expansión Cielo”. Y fué la tarde y la mañana, el día segundo. (Génesis) Tercer día “Júntense las aguas que están debajo de los cielos en un mismo lugar y descúbrase la seca”. Y llegó a ser así, y llamó Dios a la seca Tierra y a la reunión de las aguas llamó Mares, y vió Dios que era bueno. Y dijo: Produzca la tierra hierba verde, hierba que dé simiente, árbol de fruto que de fruto según su género, que su simiente esté en él sobre la tierra. Y fue así. Y fué la tarde y la mañana, el tercer día. (Génesis) Cuarto día “Llegue haber lumbreras en la expansión de los cielos para hacer una división entre el día y la noche; y sean por señales para estaciones, días y años. Y sean en la expansión de los cielos para brillar sobre la tierra (Estrellas). Y llegó a ser así. Y procedió Dios a hacer las dos grandes lumbreras, la lumbrera mayor para dominar el día (Sol) y la lumbrera menor para la noche (Luna)” Fué la tarde y mañana, día cuarto. (Génesis)
Quinto día “Produzcan las aguas reptiles de animal viviente y aves que vuelen sobre la tierra en la abierta expansión de los cielos. Y empezó Dios a crear las grandes ballenas y toda cosa viva que se anda arrastrando, las aguas produjeron según su género y toda ave alada según su especie.” Y Dios los bendijo diciendo: Fructificad y multiplicad y henchid las aguas en los mares. Y fué la tarde y la mañana del día quinto. (Génesis) Figura 18. y figura 18.1 La creación de dos lumbreras hizo la diferencia entre el día y la noche. (La vida p.31) Sexto día “Produzca la tierra seres vivientes según su género, animal doméstico, animal moviente y bestia salvaje de la tierra según su especie”.Y fué fué así (Génesis) “Y dijo Dios: Hagamos al hombre a nuestra imagen, conforme a nuestra semejanza y crió Dios al varón y hembra, y los bendijo diciéndoles: Fructificad y multiplicad y henchid la faz de la tierra. He aquí la vida eterna.” Y fué la tarde y mañana del día sexto. (Génesis) Séptimo día Y fueron acabados los cielos y la tierra, y todo su ornamento (fig 19). Terminó Dios, reposó en el día séptimo y bendijo Dios al día séptimo, santificólo porque en él reposó de toda su obra que había Dios criado y hecho. (Lo que ahora nosotros llamamos Domingo día de descanso) (Génesis). Los que defienden ésta teoría son partidarios de la inmutabilidad y sostienen que las especies se originaron independientemente unas de otras, por un acto de creación y que cada una se conserva fiel al tiempo original con que fueron creadas. Se considera que la creación de las especies de los distintos organismos, obedece a un plan predefinido de perfección orgánica que tienen una complicación progresiva y que según este plan las especies fueron apareciendo en orden progresivo de complicación, hasta culminar con el hombre. Los defensores de esta teoría
Figura 19. En este cuadro se manifiesta diversidad, armonía y la máxima de sus creaciones, el hombre sobre la tierra. (La vida p. 189)
tuvieron problemas para explicar el por qué de las variaciones entre los organismos de la misma especie. Problema que empezó a resolverse con la llegada de Jean Baptiste Lamarck (Gama, p. 150) Evolucionismo Teoría de la biogénesis Esta teoría sostiene que la vida se originó de la vida y que lo semejante creacionismo y a la de la engendra a lo semejante , se opone a la teoría del creacionismo generación espontánea, sobre todo a ésta última, porque es posible comprobar experimentalmente que la vida no surge de ésta manera, en el creacionismo no es posible intentarlo de la misma forma. Sus principales defensores fueron Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani y Louis Pasteur.
Experimento clásico de Francesco Redi (1626-1697) En 1668 el físico, médico y poeta italiano Francesco Redi, realizó un experimento trascendental bajo condiciones controladas con el fin de refutar la idea de la generación espontánea. Su experimento estaba dirigido especialmente a observaciones e ideas ya generalizadas que aparentemente apoyaban a la teoría de la generación espontánea. “Redi dijo: “Aunque es motivo de observación diaria, que un número infinito de gusanos se formen en un cuerpo muerto y en plantas podridas, me siento inclinado a creer que estos gusanos son generados por contaminación y la materia pútrida en la cual se encuentran, sólo actúa como un medio adecuado donde los animales, en época de cría depositan los huevecillos para encontrar allí, un medio nutritivo para su desarrollo”.
47
Es decir, Redi expresó que las larvas y gusanos no eran generados por la materia muerta, sino que eran la descendencia de sus progenitores, como la de cualquier otro animal. Para demostrar esta idea, puso dos pedazos de carne en frascos (carne de anguila) una parte quedó expuesta a las moscas y otros insectos. Los gusanos sólo aparecieron en el frasco abierto y no en el frasco cerrado” (Green, p. 230)
Figur a 20 y 20.1 El uso de diversos frascos donde se permitía el contacto de las moscas con la carne y otros en los que se evita, favoreció la conclusión de que la mosca sólo proviene de la misma mosca y no de manera espontánea. Lo que Redi observó fue el ciclo completo de la mosca que consta de huevo, larva, pupa y adulto. ( Alexander Alexander pp 10 y 12). Redi relata: “Coloqué tres serpientes muertas en una caja y las dejé descomponerse. A los tres días estaban cubiertas de larvas, las que fueron consumiendo poco a poco toda la carne de las serpientes hasta que quedaron sólo huesos. Hacia el décimonoveno día algunas larvas quedaron inmóviles, como si estuvieran durmiendo. Parecieron acortarse y tomar una forma oval, como de un
huevo. Después adquirieron una consistencia dura, como la de las pupas de las orugas. Redi puso algunas de estas pupas en un vaso de vidrio, y lo tapó cuidadosamente con papel. Después de ocho días, las bolitas duras se rompieron y salió de cada una de ellas una mosca gris. Al principio, las moscas se movían muy lentamente y tenía las alas cerradas. Después de unos cuantos minutos desplegó las alas y pronto tuvo la apariencia de una mosca normal. Todas las moscas maduraron de una manera semejante”, entonces Redi propuso su hipótesis. Habiendo considerado los hechos anteriores principié a pensar si las larvas fuesen los renuevos de las moscas y no derivados de la descomposición de la carne. La hipótesis me pareció plausible, porque antes de la aparición de las larvas siempre encontraba sobre la carne moscas adultas del mismo tipo de las que surgían de las pupas” (CNEB, pp. 43,44). Ya en el siglo XIX ningún científico continuaba creyendo que los organismos complejos aparecían espontáneamente. Sin embargo el advenimiento de la microscopia con Antonio van Leeuwenhoeck (1632-1723) llevó a que se reanimara con mayor fuerza la generación espontánea de organismos simples. Solamente era necesario poner sustancias en descomposición en un lugar cálido durante un corto período de tiempo y minúsculas “bestias vivas” aparecían bajo la lupa ante los propios ojos. “Leewenhoek examinó muestras de agua de los pantanos, del río de Delft y del agua de lluvia que había caído en las macetas. En todas estas muestras encontró pequeños seres vivos” (CNEB, p.47) El italiano Lazzaro Spallanzani. (1729-1799) Eminente investigador, que tuvo aportes como el haber descubierto la forma de desplazamiento de los murciélagos a través de su radar ubicado en las orejas y en 1785 desarrolló un sistema de inseminación artificial en perros para demostrar la importancia de los espermatozoides. Este científico retoma los trabajos dejados a su muerte por Leewenhoek “John Needham (1713-1781) y Lázaro Spallanzani (1729-1799) conocieron los trabajos de Leewenhoeck en relación a los seres pequeñísimos que se producían tan rápidamente que daban la impresión de generarse espontáneamente, por lo que decidieron someter a prueba la teoría de generación espontánea utilizando éste recurso, aunque desde puntos de vista opuestos. John T. Needham se inclinaba a creer que la teoría de la generación espontánea era válida. Por lo mismo, pretendió demostrar que en la materia orgnánica hay una
“fuerza vital” creadora: entonces efectuó una serie de experimentos, hirviendo caldo de carnero por poco tiempo; colocándolo luego en frascos que tapó con corchos, y teniendo como resultado que en un período corto, el caldo presentó colonias de microorganismos. Spallanzani planteaba...Que si un caldo nutritivo se le sella el aire mientras está hirviendo nunca produce microorganismos por lo cual no se descompone. (fig19) “No aceptaba lo que Needham creía haber demostrado y no sólo repitió los experimentos de éste sino que ideó otros, además cambió un poco las condiciones; somete el caldo de carnero a ebullición por más tiempo y con temperatura elevada. Ciertamente, en ninguno de los frascos del caldo de Sapllanzani hay microorganismos. Hace público los resultados” (UEM, p.37)
Figura 21. Frascos de Spallanzani. Mediante este experimento se pudo demostrar que existe vida en el aire a partir de esporas, sin embargo, no pudo responder al cuestionamiento de los vitalistas. (Alexander p.14). Needman, objetó que lo sucedido se debía a que al hervir excesivamente el caldo y al quitar el aire se producía una incompatibilidad con la vida (recordemos que el vitalismo era una postura necesaria para que los organismos tuvieran vida). “Spallanzani decide demostrar el error de Needham. Colocó caldo en ocho frascos, tapó cuatro de ellos con corcho y selló herméticamente los otros cuatro. ¡Los resultados fueron espectaculares! En los frascos tapados con corcho se encontró gran cantidad de microorganismos, mientras que en los sellados la ausencia de éstos fue absoluta”. (UEM, p. 37) Pudo demostrar que al al romper sus frascos y permitir la entrada del aire nuevo el caldo se descompuso inmediatamente. Sin embargo no pudo comprobar que el aire dentro de los frascos no estaba viciado.
En 1860 la controversia se había vuelto tan fogosa que la Academia de París ofreció un premio para los experimentos que arrojaran nueva luz sobre el problema” (Curtis, p.111) Louis Pasteur El premio fue reclamado en 1864 por Louis Pasteur, quien ideó un experimento para mostrar que los microorganismos aparecían solamente por causa del aire contaminado, no espontáneamente como sostenían sus opositores. En sus experimentos usó matraces con cuello de cisne, porque permitían la entrada de oxígeno pensaba que el (elemento faltante en el experimento de Spallanzani, que después de 100 años Pasteur modificó parcialmente), era necesario para la vida, mientras en sus cuellos largos y curvos quedaban atrapadas bacterias, esporas de hongos y otros tipos de vida microbiana, impidiéndose así que el contenido de los matraces se contaminara. Pasteur mostró que si se hervía el líquido en el matraz (lo cual mataba a los microorganismos presentes) y se dejaba intacto el cuello del frasco, no aparecería ningún microorganismo, solamente si se rompía el cuello del matraz permitiendo que los contaminantes entren en el frasco, aparecerían microorganismos (algunos de sus matraces originales todavía estériles permanecen en exhibición en el Instituto Pasteur de París).
En retrospección, los excelentes planteamientos de Pasteur en sus experimentos, resultaron decisivos, porque el amplio problema de la generación espontánea había ocurrido alguna vez o no bajo las condiciones específicas que se alejaban para ello. Los experimentos de éste científico daban respuesta solamente a este último asunto pero los resultados eran tan dramáticos que muy pocos científicos fueron capaces de vislumbrar la posibilidad de que, en condiciones muy diferentes, cuando la tierra era joven, podría en verdad haber ocurrido alguna forma de generación espontánea. El problema acerca del origen de los primeros sistemas vivos quedó sin respuesta hasta bien avanzado el siglo XX (Curtis, p.111). Las respuestas en el siglo XX Svante A. Arrhenius (Teoría de la panspermia) El químico sueco Svante A. Arrhenius, publica en 1908, su libro “la formación de los mundos”. En él sustenta la teoría de la Panspermia. En donde afirma que la vida surge en la Tierra por la llegada de esporas (organismos vivientes) de
diferentes puntos del universo, transportadas a través de meteoritos. Supone que esas esporas resistieron el frío y la falta de aire del espacio exterior, viajaron hasta encontrar un medio para poder vivir y reproducirse.
Figura 22 y figura 22.1 Frascos con cuello cuello en forma de cisne, con los que Pasteur (a la derecha) Pone fin a la polémica de generación espontánea, estos frascos a más de cien años de su experimento permanecen intactos en el instituto Pasteur en Francia. (Curtis p.111 y Alexander p.13). Existen algunas objeciones a la Panspermia. La principal es que no aclara el origen de las esporas. Es decir, no explica realmente el origen de la vida. También se duda de la resistencia de las esporas a las radiaciones que existen en el espacio exterior y de que puedan sobrevivir a las altas temperaturas ocasionadas por la caída de los meteoritos en la superficie terrestre. Esta propuesta no es tan descabellada dada la inmensidad del universo, que en la Tierra existen organismos en aguas termales en completa ebullición que otros organismos soportan condiciones extremas como la mosca de la sal o el crecimiento de pastos de suelos salobres. Sin embargo, los seguidores a esta propuesta son pocos dadas las evidencias. Teoría de la evolución química (SÍNTESIS abiótica) Si la vida no se genera espontáneamente, sino a partir de los elementos vivos semejantes, la pregunta aún no se responde cabalmente. ¿Cómo se formó la vida?, ¿Cómo se formaron los primeros seres vivos para que a partir de ellos se hayan desarrollado las múltiples formas de vida que conocemos?, es decir, el
origen de la vida no puede quedar reducido a un mero acto de reproducción de que lo semejante engendre a lo semejante.
Figura 23 y figura 23.1 Alexander Oparín (1894-1984) y John Haldane Imagen 2 y 3. Revista ciencia y No.78/1988.
Ivanovich (1894-1964) desarrollo
...partiendo de Oparín en 1924 para Fox en 1960
llegar a S.
La vida surgió a partir de un lento proceso de evolución química. Es decir, que a partir de sustancias inorgánicas sencillas se formaron sustancias orgánicas cada vez más complejas, hasta integrar las primeras formas de vida. Esta idea fue propuesta por Alexander Ivanovich Oparín en 1924 y coincidentemente por John Haldane, por lo que muchos la han bautizado como la hipótesis heterótrofa de OparínHaldane. A partir de esta propuesta, múltiples trabajos han reafirmado que la vida surgió por única vez, de manera lenta pero constante a partir de múltiples reacciones químicas favorecidas por las condiciones de la atmósfera primitiva, ésta idea cobró fuerza y para 1935 era ampliamente aceptada. “Se piensa que al inicio la temperatura de la Tierra era baja, pero al continuar la compactación gravitacional se produjo calor, este aumentó en respuesta a la energía de la desintegración radiactiva. El calor se liberó en manantiales térmicos o volcanes, que a su vez produjeron gases, los cuales formaron la segunda atmósfera reductora, con poco oxígeno libre o sin él. Los gases producidos incluían dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua, contenía también un poco de amoniaco, sulfuro de hidrógeno y metano, aunque estas moléculas reducidas bien pudieron haberse degradado por la radiación ultravioleta del Sol. Con el enfriamiento gradual de la Tierra, el vapor de agua se condensó produciendo lluvia torrencial que formaron los océanos, además, estas lluvias erosionaron la superficie de la Tierra agregando minerales a los océanos haciéndolo salados. La energía de los relámpagos, aunado a el calor que surgía del interior del planeta y las radiaciones ultravioleta provenientes del Sol, produjo una variedad de
sustancias orgánicas sencillas en la atmósfera, las cuales se acomodaron en poco tiempo en los mares primitivos. Puesto que no había seres vivos que pudieran degradar esas sustancias orgánicas y porque la atmósfera promotora seguía sintetizando ininterrumpidamente moléculas hasta que adquirieron las características de una diluida sopa caliente (metáfora propuesta por J.B. S. Haldane) Fried, p 355 Los mares debieron haber recibido una constante aportación de nuevas partículas orgánicas, ya que la Tierra en constante enfriamiento debieron ocurrir torrenciales tormentas eléctricas durante muchos miles de años. “La siguiente etapa fue crucial para la hipótesis de Oparín. Las sustancias orgánicas de los mares fueron concentrándose cada vez más, lo que les permitió formar moléculas cada vez más grandes y de mayor complejidad especial, es decir, coloides con propiedades especiales de carga eléctrica, capacidad de dividirse al llegar a ciertas dimensiones. Oparín les dió el nombre de Coacervado (figura 24), aunque el término le corresponde originalmente a B. Jhon, Oparín lo fundamentó mayormente con sus investigaciones, por lo que se le atribuye mas a él, a esos coloides específicos de gran complejidad organizacional; los coacervados adquirían forma de gota gracias a que los rodeaba una “jaula” de moléculas de agua perfectamente ordenada. Por consiguiente había una clara línea divisoria entre las moléculas de la gota y las de agua circundante. Las propiedades de absorción de los coacervados hacían que éstos crecieran, pero Fig. 24. en Esquema de última instancia debió formarse coarcervado en el que se resalta una membrana verdadera en la el proceso metabólico de las interfase coacervado-agua, con lo sustancias. Un coacervado que cual aumentó la permeabilidad contiene fosforilasa y amilasa selectiva de la pequeña gota” fue capaz de absorver glucosa 1 (Fried, p.355). fosfato del medio y convertirla en malto maltosa. sa. Ville Ville . 429
En opinión de Oparín, desde las primeras etapas del desarrollo de la materia viviente debió haber síntesis de
proteínas a partir de aminoácidos. Dado que las proteínas pueden funcionar como catalizadores, su formación debió ser un mecanismo que promovió el establecimiento de un orden en las reacciones químicas, es decir, el surgimiento de un metabolismo controlado, Oparín no mencionó el probable mecanismo de reproducción de esas complejas organizaciones de moléculas orgánicas, que en el año de 1924 aún no se sabía nada acerca de las funciones de los poli nucleótidos. Con todo ello es claro que la formación de esas moléculas portadoras de información es fundamental para cualquier teoría acerca de la evolución gradual de la vida a partir de sistemas abióticos más sencillos. Miller-Urey Stanley Miller, quien fuera discípulo del premio Nobel Harold Urey (Universidad de Chicago) dispuso un aparato de TESLA (Test life abiotic) (fig25) en 1953, que producía pequeñas descargas eléctricas en el interior de un sistema cerrado que contenía metano, amoníaco, vapor de agua y un poco de hidrógeno gaseoso. (En éste aparato se reproducían las condiciones de la atmósfera primitiva en cuanto a las descargas eléctricas simulando las tempestades eléctricas, la composición química, el comportamiento de la hidrósfera y el tiempo suficiente para que reaccionaran los componentes químicos) Los resultados de la estimulación energética, de una atmósfera parecida a la de la tierra primitiva fueron asombrosos. Se formaron diversas moléculas orgánicas entre las que destacaron cetonas, aldehídos y ácidos, “pero lo mas importante de todo es que formaron cuatro aminoácidos: glicina, alanina, ácido aspártico y ácido glutámico, todos ellos componentes de las proteínas que forman a los seres vivos. También se habían formado ácidos grasos, los ácidos fórmicos, acético y propiónico, así como urea, otros aminoácidos no proteínicos y muchos otros compuestos orgánicos de alto peso molecular. Se había demostrado de esta manera que los compuestos fundamentales para la aparición de los seres vivos se podían originar abióticamente. Ante resultados tan espectaculares, rápidamente se empezaron a repetir en todo el mundo experimentos de tipo similar y otros más complicados. Figura 25. Miller y Urey utilizaron un aparato semejante para probar la hipótesis de Oparín sus
resultados después de una semana de experimento siguen repitiéndose en el ambiente científico. (Ville p.427) Al principio, los experimentos utilizaban descargas eléctricas como fuente de energía, para éstas reacciones de síntesis prebiológica, rápidamente se generalizó la utilización de otras formas de energía, como radiación ultravioleta, partículas aceleradas que simulaban las producidas por el decaimiento radioactivo de algunos elementos, o fuentes de calor que en la Tierra primitiva pudieron haber sido originadas por la actividad geológica. También cambiaron las sustancias químicas, se introdujo ácido sulfhídrico (H2CO) y monóxido de carbono (CO). De igual manera el resultado varió; se produjeron aminoácidos, purinas, pirimidinas, carbohidratos y ATP” (Lazcano, pp, 42-43).
Sidney Fox Sidney Fox (Universidad de Miami) demostró que la luz ultravioleta puede inducir la condensación de aminoácidos a dipéptido y posteriormente, en condiciones de calor moderado y seco, también puede polimerizar aminoácidos para generar protenoides, es decir, polipéptidos cortos que contienen hasta 18 aminoácidos. El descubrimiento más interesante de Fox es que el ácido poli fosfórico fomenta la producción de esos polímeros, resultado un tanto análogo a la función actual del ATP durante la síntesis de proteínas, los protenoides de Fox suelen adoptar una forma esférica específica. Aunque aún se encuentran lejos de la estructura viva verdadera, estas diminutas esferas (microesférulas o esférulas de Fox) manifiestan algunas de las propiedades de las células vivas; para comprobar la formación de polímeros, Fox calentó una mezcla de aminoácidos secos y obtuvo polipéptidos. Al producto de ésta polimerización le llamó protenoide, su ensamblaje a su vez, generará protobiontes semejantes a seres vivos simples, al crecer los protobiontes generan dos estructuras semejantes. Las condiciones internas son distintas de las externas (Fried p. 356) Una variedad de protobionte son las microesferas que se forman por la adicción de agua y protenoide; poseen propiedades osmóticas, también absorben materiales de su entorno y responden a cambios en las concentraciones osmóticas como si estuvieran rodeadas por membranas aunque éstas no contienen lípidos. Ciril Ponamperuma Los primeros trabajos de Fox fueron expandidos por Ciril Ponnamperuma en 1964, demostró que durante la polimerización térmica de aminoácidos se forman cantidades de guanina; con base en ese resultado el científico relacionó la síntesis de nucleótidos con la síntesis de polipéptidos. Mas adelante, informó que el tratamiento prolongado de los gases de una atmósfera reductora con una corriente eléctrica da como resultado la formación de adenina y ribosa (Fried p.356). C. Ponamperuma, es actualmente director del Laboratorio de Exobiología del Departamento de Química, en la Universidad de Maryland. Nació en 1923 en Galle, Sri Lanka. En 1962 comenzó a trabajar en el programa de exobiología iniciado por la NASA en el Ames Research Center, en donde, en 1965 fue designado como rector de la rama de Evolución Química. Ponnamperuma obtuvo resultados importantes al descubrir aminoácidos en los meteoritos, demostrando la posibilidad de sintetizar en el laboratorio muchas
moléculas importantes desde el punto de vista biológico, así como de simular, también en laboratorio, las condiciones ambientales existentes en los planetas y en la Tierra primigenia. Otros científicos, han recalcado la importancia de los suelos húmedos (Haldane) y las arcillas (Bernal) como medios estabilizadores que favorecieron a los coacervados previamente formados. Por consiguiente, hay un defecto en la hipótesis, que la vida pudo surgir en los mares, pues en ellos debió ser muy difícil difícil de mantener la integridad estructural y funcional. El fundamento de ésta hipótesis contraria, es la tendencia de los polímeros a disociarse para formar sus monómeros constituyentes cuando están disueltos en agua y abunda el calor o alguna otra forma de energía, en tales condiciones debió promoverse la hidrólisis mas no la condensación. (Fried, p. 356) Alfonso Herrera Entre la década de los treintas y cuarentas, un científico mexicano, Alfonso L. Herrera, realizó una serie de investigaciones en torno al origen de la vida. Realizó una serie de experimentos con mezclas de aceite, gasolina y resinas para obtener micro estructuras a las cuales denominó sulfobios. Dichas micro estructuras presentaban una organización interna; sin embargo, no eran capaces de dividirse. A partir de estas investigaciones, propuso propus o la teoría de la plasmogenia para explicar el origen de la vida; en ella destaca la formación del protoplasma, compuesto fundamental para que se manifestaran las primeras formas de vida, pues consideraba a ésta como la actividad fisicoquímica del protoplasma. En sus investigaciones, Herrera demostró la síntesis abiótica de compuestos orgánicos, sin embargo, no llegó a definir completamente los límites entre la materia viva y la materia inanimada, pues en ambos materiales era posible que se formara el protoplasma. (Ma de los Angeles Ch., Biól. P.20) Herrera plantea la teoría de los sulfobios, como sistemas producidos también por la evaporación de capas delgadas de tiocianato de amonio sobre formaldehído acuoso, y cuya forma a veces semeja la de algunos microorganismos. A la fecha, los científicos han coincidido en la necesidad de que participen cuatro requisitos para que se de la evolución química de la vida: Primero.- La vida sólo pudo haber evolucionado en ausencia del oxígeno libre. Como tal elemento es muy reactivo, su presencia en la atmósfera habría producido
la degradación de las moléculas orgánicas. Sin embargo, la atmósfera de la Tierra tenía gran capacidad de reducción, por lo que el oxígeno libre habría formado óxidos con otros elementos. Segundo.- Otro requerimiento debió ser la energía. La Tierra era un lugar con gran cantidad de energía, tormentas violentas, volcanes e intensa radiación, incluso la radiación ultravioleta del Sol. Probablemente “aquel Sol” producía más radiación ultravioleta que el actual y la Tierra no poseía una capa protectora de ozono que bloqueara esta radiación. Tercero.- Los elementos químicos, constituyen las piezas necesarias para la evolución química. Estos elementos incluyen agua, minerales inorgánicos disueltos (presentes en forma de iones) y gases presentes en la atmósfera. Cuarto.- el tiempo como el último de los requisitos, tiempo para que las moléculas pudieran acomodarse y reaccionar entre si. La edad de la tierra nos proporciona el tiempo necesario para la evolución química (Ville et al, p.430)
1.7 NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos obedecen a las leyes de la física y la química. Los organismos están constituidos por los mismos componentes químicos (átomos y moléculas) que las cosas inanimadas. Sin embargo, podemos establecer claras diferencias entre sistemas biológicos y no biológicos. La complejidad de los organismos es tal, que para entenderlos necesitamos dividirlos en partes mas sencillas biológica y funcionalmente distinguibles, cada una de estas partes la denominamos nivel de organización biológica (fig.26); los organismos funcionan como un todo complejo a partir de la suma del funcionamiento de sus partes (aunque el todo, es mas que la suma de sus partes, es claro que el hidrógeno y el oxígeno por si solos tienen propiedades diferentes y que unidos dan una molécula con características diametralmente opuestas).
Si partimos de lo más simple a lo complejo, el primer nivel de organización es el subatómico (protones, neutrones, electrones). “Estas partículas se organizan en átomos que constituirían el segundo nivel y la organización de los átomos en moléculas representa el tercer nivel. Aunque cada nivel está formado por componentes del nivel precedente, la nueva organización de los componentes en un nivel da como resultado la aparición de propiedades nuevas que son diferentes de las del nivel precedente”. En un cuarto nivel de organización surge la propiedad más notable de todas: la vida, en la forma de célula. Otras propiedades surgen cuando las células individuales, especializadas, se organizan, en un nivel todavía superior: en un organismo multicelular. Organizadas de una manera, las células forman (la unión de células da como resultado tejidos y éstos a su vez órganos para dar como resultado aparatos y sistemas y constituir de esta manera el quinto y sexto nivel ) un hígado; organizadas de otra, el tracto intestinal; de otra, el cerebro humano que representa un nivel extraordinario de complejidad organizadora. Con todo esto es, a su vez, solo parte de una entidad mayor, cuyas características son diferentes de aquellas del cerebro, aunque dependen de las de éste. El organismo individual tampoco es el nivel último de organización biológica, se le puede considerar como el séptimo nivel. Los organismos vivos actúan recíprocamente formando el octavo nivel denominado población (podría ser una población de coyotes, nopales, pinos....) que van a interactuar para constituir un noveno nivel identificado como comunidad, (población de pinos, conejos, venados, coyotes, águilas...) y la relación entre comunidades va a dar como resultado el onceavo nivel expresado en los ecosistemas, (un lago, un bosque, una plantación de maíz..)., donde van a interactuar no sólo los organismos, sino también, los factores ambientales como el clima, la humedad, la presión atmosférica y finalmente, la biosfera, (la esfera de la vida) doceavo nivel que expresa toda la vida en el planeta, en un espacio confinado desde las profundidades oceánicas, hasta los cinco kilómetros de altura sobre el nivel del mar en que se han encontrado formas vivientes.
Es de esperarse que en la naturaleza no se da un funionamiento fragmentado como lo acabamos de presentar; lo hacemos como una estratgia para comprender la gran complejidad que representan las fomas de vida. Para cada nivel de organización, la biología ha conformado disciplinas que permitan fijarla como su objeto de estudio. El análisis de esta ciencia generalmente empieza por la célula para dar el salto a los mecanismos hereditarios entre los organismos; analizar los mecanismos que influyen en su evolución;
finalmente la forma como se relacionan unos con otros, para conformar verdaderos ecosistemas como unidades ecológicas de alta complejidad organizativa.
Figura 26. Niveles de organización biológica. (Audesirk p.3)
1.8 VIRUS
SU CONCEPTO: Los virus son entidades que se localizan en el umbral que separa lo vivo de lo no vivo, miden aproximadamente la mitad a una centésima parte de lo que mide la bacteria mas pequeña. No son seres celulares, celulares, no se mueven por sí mismos, ni son capaces de realizar sus actividades metabólicas de una manera independiente; no respiran, ni crecen. Todas las formas de vida celular contienen DNA y RNA; sin embargo, los virus contienen uno de los dos, poseen enzimas necesarias para sintetizar proteínas. Pueden reproducirse, en el complejo medio intracelular, las células infectadas por ellos a las que se les denomina célula huésped. En cierta forma los virus sólo “reviven” cuando infectan una célula, por lo que se les conoce como parásitos obligados. Su clasificación: Por no ser celulares y no desempeñar actividades metabólicas propias, los virus no se clasifican en ninguno de los cinco reinos de seres vivos, ni reciben nombre en latín. Hasta la fecha todavía no existe acuerdo en cuanto a un sistema para la clasificación de los virus, puesto que se sabe muy poco sobre sus relaciones evolutivas. Aunque se ha propuesto un sistema para su clasificación tentativa en géneros y familias, dicho sistema aún no es aceptado por todos. Los virus suelen agruparse según los siguientes criterios: por su tamaño (virus y viroides); por su forma (helicoidales y poliédricos); por la presencia o ausencia de una cubierta externa; por el tipo de ácido nucleico (DNA, adenovirus y RNA, retrovirus. No todos los virus de RNA son retrovirus pues no todos inyectan la enzima transcriptaza inversa) Aunque el término adenovirus se utiliza para clasificarlos de acuerdo al órgano o tejido que infectan , tal es el caso de la adenoides. También, se les clasifica con base en los tipos de enfermedades que provocan, (virus de la rabia, de la poliomielitis, herpes virus, oncovirus), con base en sus
mecanismos de transmisión (virulentos o líticos, templados o lisogénicos), así como las células que infectan (bacteriófagos, fitófagos, zoófagos), también se usa un código numérico para distinguir varios virus que infectan al mismo huésped. Los siete virus que que infectan la bacteria intestinal común, Escherichi coli, reciben el nombre de bacteriófagos T1, T2 a T7 (T de tipo)
Su estructura: Un virus es una partícula diminuta formada por un núcleo de ácido nucleico, rodeado por una o dos cubiertas proteínicas a la que se denomina cápside. El término virión designa una partícula viral simple, capaz de infectar. Algunos virus poseen una cubierta externa que contiene proteínas, lípidos, carbohidratos y vestigios de metales. Hay virus de DNA y virus de RNA, pero nunca se encuentran ambos simultáneamente. Cualquiera que sea el tipo de material nucleico que posee el virus, constituye su material genético o genoma, que es el que dicta la órden para reproducirse El genoma viral puede constar de menos de cinco genes o hasta varios cientos de ellos. Sin embargo, los virus jamás tienen docenas de miles de genes, como las células de los organismos más complejos. Sólo el virus más grande, el de la viruela, puede ser visto a través del microscopio óptico. Casi todos los virus son más pequeños que las bacterias, y de hecho, sólo algunos de ellos son apenas más grandes que una molécula proteínica. Las partículas individuales de todos los virus, con excepción del de la viruela, tienen un diámetro menor a 0.25 milimícras y sólo pueden ser fotografiados en el microscopio electrónico. Sin embargo, las acumulaciones de virus que proliferan el citoplasma de una célula infectada sí son visibles al microscopio ordinario.
Figura 27. Diferentes tipos de virus. (Biggs. p. 479) La forma del virus es determinada por la organización de las subunidades, llamadas capsómeras, que integran el cápside. Los virus son en general helicoidales o poliédricos, o bien presentan una combinación de ambas formas. Los virus helicoidales, como el virus del mosaico del tabaco, se ven como bastoncillos largos, su cápside es un cilindro hueco con estructura helicoidal. Los virus poliédricos tienen una forma más o menos esférica. El virus de plantas, conocido como virus de plantas enanas (del enanismo), es un virus poliédrico que carece de envoltura externa. Otro virus poliédrico, el de la influenza, está rodeado de una envoltura externa con espículas de glucoproteína, facilitan su adhesión a la célula huésped. El polivirus es un virus poliédrico con 20 facetas triangulares y 12 esquinas.
A diferencia de las células, los virus pueden ser cristalizados; cuando los cristales inertes se ponen de nuevo en contacto con las células huésped adecuadas, vuelven a proliferar y producen los síntomas de la enfermedad. Este fenómeno fue descubierto en 1892 por el botánico ruso Iwanowski en la enfermedad llamada mosaico del tabaco.
Figura 28. Partes de un virus. (Ondarza, p. 420) Ciclo de reproducción Los virus carecen de la maquinaria que les permita reproducirse, por lo que utilizan la de su huesped y así, producen su ácido nucleico y consecuentemente las proteínas específicas. Existen varios pasos en el proceso de infección viral que son comunes a casi todos los bacteriófagos: Fijación a la superficie de la célula huésped. El virus se fija a sitios receptores específicos presentes en la superficie de la célula huésped. Puesto que cada especie bacteriana tiene diferentes sitios receptores, cada virus se fija de manera exclusiva a una sola especie. “El bacteriófago T4 sólo puede infectar algunas cepas de E. Coli. T4, no puede reproducirse en células humanas, animales o vegetales, o incluso en otros tipos de bacterias. De igual manera, el virus de mosaico del tabaco sólo puede reproducirse en células de la planta del tabaco, o en células específicas como las nerviosas, por el virus de la poliomielitis, gracias a ello es posible erradicar enfermedades ya que sólo atacan a un organismo como el caso de la viruela”. Penetración. Después de que el virus se ha fijado a la superficie de la célula, inyecta su ácido nucleico a través de la membrana celular y lo introduce en el citoplasma del huésped. El cápside del fago permanece fuera de la bacteria. Casi todos los virus que infectan células animales, por el contrario, penetran intactos en
las células huésped, que los fagocita y ya en el interior salen de la vacuola y liberan su ácido nucleico en el citoplasma. “El método para entrar en la célula huésped depende en parte de la forma del virus. Algunos pueden inyectar su material genético como si fueran una jeringa, dejando su cubierta acoplada a la membrana plasmática” (Biggs, p.480) Replicación. Una vez dentro, el virus interrumpe el funcionamiento ordinario del metabolismo celular. El DNA bacteriano es degradado, de tal manera que los genes virales quedan libres para dictar las futuras operaciones bioquímicas, mediante el uso de los ribosomas de la célula huésped, su energía y muchas de sus enzimas, se autorreplica y sintetiza sus propias macromoléculas. Los genes virales contienen toda la información necesaria para producir virus nuevos. La replicación puede ser en escasos 20 minutos para obtener nuevos virus a lo que se le llama ciclo lítico (lisis = destrucción)
Figura 29. Ciclo lítico, en el que se da un rompimiento violento de la célula. (Biggs, p. 481) Contrario al cuando genético del en el del queda transcurriendo que se vuelva
que
ocurre material virus se inserta huésped y “adormecido”, varios años para activar, iniciando
el ciclo lítico, como ocurre con la varicela, la hepatitis, el herpes y el SIDA, a éste ciclo infeccioso se le llama ciclo lisogénico.
Figura 30. Ciclo lisogénico en donde se percibe la inserción del material genético en la célula huésped , por lo que éste queda “adormecido” y al paso de los años se reactiva para iniciar el ciclo lítico o de rompimiento (Biggs, p. 482) Ensamblaje. Los componentes virales recién sintetizados se ensamblan y producen partículas virales completas. Liberación. En una infección lítica, el virus produce lisozima, una enzima que degrada la pared celuar de la célula huésped. Esta célula se lisa, con lo que quedan libres unos 100 bacteriófagos nuevos. Los virus infectan otras células y el proceso vuelve a comenzar. Puesto que la infección da por resultado la lisis y muerte de la célula infectada, los virus que provocan infecciones líticas se conocen como bacteriófagos virulentos (ciclo lítico), contrario a los virus templados (ciclo lisogénico), que integran su material genético al del huésped. Cuando la bacteria replica su DNA, también se replica el DNA viral, que se llama prófago ó provirus, cuando está integrado al DNA huésped, las células portadoras se les denomina lisogénicas. (Este apartado esta basado en Ville, et al, pp 488 a 501).
Enfermedades causadas por virus Cuando una bacteria contiene virus templados presentan propiedades nuevas. Por ejemplo, las bacterias que provocan la difteria, la escarlatina o el botulismo causan la enfermedad cuando contiene el fago específico; de hecho, la toxina está codificada realmente por el fago.
Los seres humanos son susceptibles a diversas enfermedades como: varicela, viruela (figura 31), herpes simple (una variedad es el herpes genital), herpes zoster, paperas, rubéola, fiebre amarilla, hepatitis, sarampión, rabia, verrugas e influencia, SIDA, cáncer. De hecho, se estima que cada ser humano sufre de dos a seis infecciones virales cada año, como el resfriado común, el herpes es causa de los “fuegos” bucales comunes. comunes. Se conocen unos 40 tipos de adenovirus (DNA) que infectan aparatos respiratorio y digestivo; son causa del mal de garganta, amigdalitis y conjuntivitis. Existen (virus de RNA) se conocen unos 70 tipos que infectan al hombre en los intestinos, vías respiratorias y son causa de resfriados; en los niños causan vómito y diarrea. En los animales, llegan a infectar a perros, cerdos, artrópodos y roedores, provocando rabia, rabia, cólera porcino, glosopeda, moquillo, influenza porcina y sarcoma de Rous en aves de corral y encefalitis equina. En las plantas, se conocen más de 400 virus, el primero identificado fue el virus del mosaico del tabaco, otros atacan a la papa o al jitomate, provocando pérdidas cuantiosas a la agricultura.
Figura 31. Efectos de la viruela en un niño Bangladesh en 1973. Por el año de 1700 uno de cada 10 infectados moría. En 1977 la OMS declaró erradicado este virus. (Curtis, p. 809)
RESUMEN 1.- El término biología se deriva de las voces griegas: bios=vida y logos=estudio. Este concepto fue propuesto por Jean Baptieste Caballero de Lamarck, pero unificado por Thomas Henry Huxley.
Los primeros antecedentes se encuentran en la cacería y recolección hecha por los primeros hombres. La cultura griega ejerce fuerte influencia en el pensamiento científico particularmente con Aristóteles, Teofrasto, Galeno e Hipócrates. El campo de acción de la Biología, busca respuestas a los problemas de salud, al manejo del medio ambiente y a lo que concierne a la contaminación y la administración de los recursos naturales. Además, busca alternativas a la problemática ambiental y a la conformación de una filosofía que nos permita apreciar más la vida. 2.- Diversas son las ramas que se han desprendido de ésta disciplina, de un tronco conformado por los tres grandes campos que le dieron origen: Botánica, Zoología y Microbiología, ha sido necesaria esta división dada la complejidad del objeto de estudio que no permite a una sola persona dominarla y lo obliga a la especialización (veterinario, entomólogo, citólogo, odontólogo, ecólogo, taxónomo, virólogo, genetista,...). 3.- El método científico es la lógica del pensamiento científico que se sigue para la solución de problemas de importancia social, se refiere a los hábitos de trabajo que los científicos ponen en práctica con la finalidad de descubrir las relaciones existentes entre los fenómenos en estudio. En un sentido más estricto, el método científico alude al modelo de investigación desarrollado por Francis Bacon (15611626) y que da como resultado la creación de la ciencia y la tecnología. Así, el método científico: Posee características tales como la rigurosidad, la sistematicidad, se basa en observaciones de los fenómenos en estudio y es objetivo. Se pueden identificar una serie de pasos que son guía en el trabajo de investigación: Motivación hacía el objeto de estudio. Según el axioma planteado por Ondarza es relevante este primer punto ya que la investigación “requiere 1% de inspiración y el 99% de sudación o esfuerzo físico. Observación del problema, esta es una de las cualidades más sobresalientes del científico.
Planteamiento del problema, lo hacemos con precisión en forma de pregunta. Hipótesis como respuesta provisional o tentativa a la pregunta anterior. Experimento, es la parte más excitante de la investigación y donde aflora todo el ingenio del científico para probar o disprobar la hipótesis. Conclusión, se determina si la hipótesis es verdadera o falsa y habrá que plantear una nueva.
4.- El problema de ¿Cómo se originó la vida? Es una de las principales metas que ha dado nacimiento a esta ciencia y que nos marca la historia de por lo menos 2000 años de búsqueda de respuesta, en este recorrido se han dado las más variadas de las respuestas, dentro de las que destacan: La generación espontánea o abiogénesis en la que moscas, gusanos, aves o peces se originaron sin que intervinieran organismos semejantes, sólo condiciones ambientales tales como la humedad, temperatura y la materia orgánica, el pensamiento griego sobresale como autoridad, Aristóteles su principal principal defensor. El creacionismo basado en el relato bíblico describe los seis días de la creación, iniciando por el día y la noche, la separación de las aguas y el cielo, posteriormente la tierra, las estrellas, para que en el quinto día se creara la vida de animales y plantas y en el sexto día al hombre. Se reconoce como a uno de sus defensores a Carlos Linneo. Biogénesis, sacude el pensamiento de la generacioión espontánea con: “Lo vivo engendra a lo vivo” y lo “semejante engendra a lo semejante”. Sus principales defensores fueron:
Francesco Redi que diseñó un experimento ingenioso en el que colocó en frascos tapados y destapados trozos de carne, para demostrar que las moscas no se generan espontáneamente sino a partir de las mismas moscas. Lazzaro Spallanzani. Quien en frascos sellados prepara diferentes infusiones para demostrar que en el aire existen microorganismos que van a contaminar las sustancias y que estos no se generan espontáneamente, sin embargo, no puede responder al cuestionamiento de los vitalistas de que no se genera vida por que la sustancia no está en contacto con el aire.
Louis Pasteur, retoma el experimento de Spallanzani y modifica sus frascos para que la sustancia estuviera en contacto con el aire sin que la contaminara, diseña sus famosos matraces con cuello de cisne o de ganso, los pone en ebullición y estos permanecen transparentes hasta nuestros días en exhibición en el Instituto Pasteur de Francia. Con ello demuestra que lo que crece en los frascos es producto de la contaminación de microorganismos del aire y no por generación espontánea. La teoría de la evolución química, va más allá de la respuesta de la biogénesis, ya que esta última sólo responde a nivel de los organismos ya existentes, pero ¿Cómo se formaron las primeras formas vivientes? Alexander Ivanovich Oparín, fue el primer científico que da una respuesta hasta ahora convincente, al plantear que la atmósfera ha venido evolucionando y con ello las primeras formas de vida. Parte, de considerar la ausencia del oxígeno por su reactividad y la existencia de gases tales como el metano, amoniaco, vapor de agua; Haldane se suma a esta propuesta proponiendo el bióxido de carbono, todos ellos reaccionaron formando una sopa primigenia, rica en carbohidratos, bases púricas y pirimídicas y aminoácidos, esta propuesta fue planteada en 1921 y comprobada en 1953 por Stanley L. Miller y Harold C Urey a través de un aparato que le denominaron de TESLA en que simularon las condiciones atmosféricas e introdujeron los gases propuestos por Oparín-Haldane, teniendo como resultado al final del experimento los aminoácidos glicina, alanina, ácido aspártico y ácido glutámico, todos ellos componentes de las proteínas que forman a los seres vivos. 5.- La complejidad de la materia requiere ser dividida en niveles que nos permitan comprenderla para que en determinado momento manipularla, aprovecharla, defenderla, apreciarla o simplemente explicarnos la relación que existe entre los organismos y la materia inanimada. El nivel más simple, (aunque de gran complejidad) lo constituyen las partículas subatómicas que formarán el átomo y de ahí la molécula para unirse y formar los compuestos químicos y más adelante los organelos, que unidos, conformaran la célula, los tejidos, órganos, aparatos y sistemas, el organismo, la población, comunidad, ecosistema y finalmente la biósfera. 6.- Los virus o fagos son partículas no vivas que causan enfermedades; están compuestos por DNA o RNA, cubiertos por una o dos capas proteínicas denominada cápside, son mas pequeños que las bacterias, tienen forma helicoidal, poliédricos o presentan una combinación de ambas formas.
Los bacteriófagos son virus que infectan a las bacterias, los fitófagos a las plantas y los zoofagos a los animales. Se reproducen sólo dentro de la célula de húesped, pudiendo desarrollar un ciclo lítico (virulento) o lisogénico (templado). La infección ocurre primero por la fijación a la célula huésped, posteriormente la penetración, replicación, ensamblaje y liberación. La infección lisogénica le confiere propiedades nuevas a la célula bacteriana, estas propiedades pueden causar enfermedades como la difteria, escarlatina o el botulismo ya que la toxina es producida bajo la orden dada por el material genético del virus. Cuando los fagos nuevos son liberados a partir de células lisogénicas pueden contener una porción de DNA bacteriano, dando como resultado un DNA recombinante. En ciertas infecciones virales, la célula huésped continúa sus actividades metabólicas mientras los virus son ensamblados y liberados lentamente, de modo que, la célula sufre un daño mínimo. Los fitófagos provocan graves pérdias agrícolas como la que provoca el enchinamiento de las hojas del jitomate o el que éstas sequen el tabaco. Las plantas también pueden ser infectadas por viroides, que son más pequeños y simples que los virus. Los virus animales sin envoltura, entran en la célula huésped por medio de un proceso similar a la fagocitosis; los virus con envoltura, se fusionan con la membrana de la célula huésped y pasan hacia el interior de ella.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Y EVALUACIÓN
Como reforzador del aprendizaje es conveniente que desarrolles los siguientes ejercicios que te permitirán analizar, aplicar y valorar el grado de aprendizaje alcanzado en esta unidad I.- De manera precisa describe lo que a continuación se te pide:
_Describe algunos ejemplos existentes en tu población o comunidad donde tengan participación las siguientes disciplinas científicas: Entomología, Ictiología, Etología y Biotecnología. _Identifica algún problema de tipo biológico en el que no haya alguna disciplina que lo estudie. _Identifica algún beneficio posible derivado del estudio de la Biología que no haya sido mencionado. _En tu vida cotidiana, identifica dos formas como los seres vivos te afectan a diario. _Describe una situación en la que el conocimiento de la biología humana haya sido importante para ti.
_Elabora un mapa conceptual con los científicos que han participado en la búsqueda de la respuesta a la pregunta ¿Cómo se formó la vida? Y cuáles fueron sus aportes: Aristóteles, Linneo, Redi, Spallanzani, Pasteur, Arrenius, Oparín, Haldane, Urey-Miller, Fox, Ponnamperuma y Herrrera. (Toma en cuenta las diferentes corrientes de pensamiento que te permita una mejor organización). _ Desarrolla un diagrama UVE para explicar los niveles de organización _ Explica por qué una institución educativa como la nuestra, no da espacio para discutir a profundidad la teoría del creacionismo? - Junto con tus compañeros en equipo, explica qué significa la vida para tí UTILIZANDO PALABRAS CLAVE, ESCRIBE UNA FRASE EN CADA UNA DE ELLAS QUE MUESTRE QUE FUERON ENTENDIDAS: Biología________________________________________________ Reino__________________________________________________ Ramas dela biología_____________________________________ Ciencias auxiliares______________________________________ Método________________________________________________ Conocimiento empiríco___________________________________ Conocimiento científico___________________________________ Hipótesis_______________________________________________ Biogénesis______________________________________________ Postulado_______________________________________________ Ciencia_______________________________________________
II.- COMPLEMENTA LA FRASE CON EL TÉRMINO O TÉRMINOS EN EL ESPACIO SEÑALADO. a).-__________,_________________,___________________y______________son las cuatro condiciones para el surgimiento de la vida desde del punto de vista químico. b).- _________________,__________________,____________________ son los tres modelos a través de los cuales Oparín, Fox y Herrera explican el surgimiento de los primeros organismos. c).-________________,__________________,___________________y ______________son los cuatro aminoácidos que se formaron en el aparato de TESLA. d).________________,_____________________,_________________,__________ ___son las cuatro etapas que se recorren en el desarrollo del método científico. e).- Los virus están compuestos de _____________ y _____________. f).- Los bacteriófagos infectan a ________________, mientras que los fitofágos a______________ y los zoofágos lo hacen a ______________________. g).- Los virus sólo pueden reproducirse en el interior de una célula por lo que se les conoce como_____________________________. h).-Se conocen dos formas de reproducción, la violenta o ______________ y la templada o________________. i).- En una infección de tipo____________________los virus pueden vivir silenciosamente en el cuerpo del huésped durante años, antes de volver a entrar en actividad. j).- Los____________________son aún mas pequeños y simples que los virus; están formados formados de una cadena cadena corta de RNA sin ningún tipo de _____________protectora.
K).- La infección viral se realiza por medio de los cinco procesos siguientes__________,________________,________________,_______________, __________________. l).- La estructura típica de un virus consta de __________________dónde se encuentra el ácido nucleico, la ______________________por dónde pasa el ácido nucleico cuando es inyectado y _______________________que le dan facilidad para posarse en la célula huésped. m).____________________,_________________________,___________________ __son tres formas de clasificar a los virus. n).- _______________________________es el nivel de organización resultado de la unión de varias poblaciones. o).-_________________________________se le considera el nivel de mayor complejidad de la materia. p).- _____________________es el término que le damos cuando tenemos que registrar resultados en una investigación que no estaban previstos. III.- ESTABLECE DIFERENCIAS Y/O EXPLICA LOS SIGUIENTES CONCEPTOS ¿Qué diferencia hay entre un ciclo lítico y uno lisogénico? ¿A qué se debe el que los virus sean especiales para atacar a un organismo o tipo de célula? ¿Cómo es que un virus puede permanecer sin causar daño a una célula y después de un tiempo de manifestarse la enfermedad? ¿Describe de qué manera es posible cultivar virus? ¿Qué diferencia hay entre eficacia y eficiencia del método científico? ¿Qué diferencia hay entre el método petrográfico y el paleontológico para determinar la edad de la Tierra?
¿Qué diferencia sustancial hay entre el experimento de Spallanzani y el desarrollado por Pasteur? ¿Qué diferencias hay entre el conocimiento empírico y el científico? ¿Qué diferencia hay entre el método deductivo e inductivo? ¿Qué diferencia hay entre biogénesis y evolución química para explicar el origen de la vida?
2
UNIDAD OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
El alumno conocerá y comprenderá los fundamentos de la teoría celular y resaltará la importancia de las membranas en el funcionamiento y clasificación de las células. Destacará los componentes morfológicos de la célula y las funciones que desempeñan dentro de ella. Explicará la importancia de las macromoléculas en la estructura y metabolismo celular; su clasificación y principales ejemplos. Conocerá las diferentes etapas del ciclo celular y la finalidad de cada una de ellas. Identificará las características de la mitosis y la meiosis, como proceso de reproducción celular. Diferenciará las formas de reproducción, sexual y asexual.
2.1 ANTECEDENTES DE LA EVOLUCIÓN CÉLULAR Recordemos que de acuerdo a la teoría quimiosintética sobre el origen de la vida, los primeros sistemas precelulares se originaron en una atmósfera primitiva que carecía de oxígeno en forma libre (reductora). Por lo cual se cree que las primeras células fueron de respiración anaerobia , pues no empleaban el oxígeno en su proceso respiratorio y su nutrición era heterótrofa, porque se nutrían de los
compuestos de carbono que por síntesis abiótica se originaron en el medio acuático. Se piensa que los primeros seres heterótrofos anaerobios, vivían en el fondo de los mares para evitar la radiación y tener más suministro de alimentos. Tabla de la Evolución celular La evolución celular es dividida por Dickerson, R.E. En cinco etapas:
1ª 2ª
La formación de la tierra con los gases CO2, CH4, NH3, que favorecieron el origen de la vida. La síntesis abiótica de monómeros orgánicos como aminoácidos, monosacáridos y bases nitrogenadas.
3ª
La polimerización de estas unidades en macromoléculas de proteínas, lípidos, polisacáridos y ácidos nucleicos.
4ª
Formación de la organización polimolecular precelular: coacervados a esférulas.
5ª
Desarrollo de la capacidad reproductora y metabólica de la célula, permitiendo la transmisión de los caracteres a las células hijas.
Con el tiempo aumentaron las poblaciones, el alimento escaseó y hubo competencia para conseguirlo. Estos seres, para obtener energía, consumían y degradaban entre otros compuestos, azúcares (carbohidratos), liberando agua y dióxido de carbono. Al liberarse este gas filtra la luz ultravioleta disminuyendo la síntesis de moléculas orgánicas. Como consecuencia de lo anterior estas primeras células estuvieron expuestas a un proceso similar al de selección natural, capaces de mutar, para sintetizar alimentos complejos a expensas de sustancias simples, apareciendo de esta forma los organismos autótrofos quimiosintetizadores. Más tarde, aparece el proceso de fotosíntesis (construir con luz) con el cual es posible utilizar la energía luminosa para producir moléculas orgánicas a partir de agua, sales minerales y dióxido de carbono. Por lo cual ahora los organismos se convirtieron en autótrofos fotosintetizadores.
De este último tipo de nutrición posteriormente dependería la existencia de la vida en el planeta y se desarrollaría una acelerada evolución biológica, así como la transformación de los componentes de la atmósfera, que dejaron de ser reductores para transformarse en oxidantes. La acumulación de oxígeno dió lugar a la formación de una capa de ozono (O 3) encargada de filtrar la intensa radiación solar, protegiendo así a las células y estas pudieron abandonar los mares para colonizar la tierra. Cuando las células contaron con un mayor grado de diferenciación y eficiencia que les permitió transformarse de heterótrofos a autótrofos y de anaerobios a aerobios, el siguiente paso sería la transformación de la célula procarionte a eucarionte. Evolución de los tipos celulare de procariontes y eucariontes. Todos los sistemas vivos, a excepción de los virus que son agregados moleculares, están constituidos por células que pueden ser de dos tipos: procariontes y eucariontes. Procariontes (pro = “antes” ; karion = “núcleo”), estas células poseen una organización interna mínima, pues no presentan membranas internas, por lo tanto, no existe núcleo definido ni organelos . Tanto el material genético como las enzimas respiratorias, las enzimas digestivas y otros materiales se encuentran dispersos en el citoplasma. Por esta razón en lugar de mitocondrias sólo hay enzimas respiratorias; en lugar de cloroplastos, sólo hay cromatóforos; en lugar de un núcleo, el ADN se encuentra disperso en el citoplasma, en forma circular.
Las células procariontes están representadas por organismos unicelulares, pertenecientes al reino mónera, como bacterias y cianobacterias o cianofíceas (algas verde-azuladas) Bacterias. Se caracterizan por presentar una pared celular rígida que le ayuda a mantener la forma, químicamente esta pared se encuentra formada por: carbohidratos, lípidos y polipéptidos; su material nuclear se encuentra disperso en el citoplasma, incluyendo su cromosoma único. Se reproducen asexualmente por bipartición. Sin embargo, existe un grupo de bacterias que se reproducen por conjugación en la que intervienen dos bacterias: una bacteria donadora que deposita su cromosoma en el interior de la bacteria receptora, la cual, después de cierto tiempo, se divide dando lugar a dos células hijas. En condiciones desfavorables del medio donde viven las bacterias presentan la capacidad extraordinaria de adquirir formas de resistencia llamadas endosporas, capaces de resistir en vida latente por mucho tiempo las condiciones adversas. La nutrición
de la mayoría de ellas es heterótrofa, porque utilizan para su alimentación materia orgánica, ya elaborada por lo que pueden ser: Saprofitas (descomponen y desintegran la materia orgánica) Simbióticas (asociadas con otros seres) Parásitas (se alimentan de otros organismos y les causan daño)
Pero también existen bacterias capaces de fabricar sus alimentos a expensas de sustancias inorgánicas por lo que son autótrofas y pueden ser: Fotoautótotrofas: tienen pigmentos fotorreceptores Quimioautótrofas: que utilizan la energía obtenida mediante procesos químicos.
En cuanto a su respiración pueden ser aerobias y anaerobias. En la figura 2.1.Se
proporciona una idea de las funciones de los principales componentes de la célula bacteriana.
Fig. 2.1. Dibujo esquemático que ilustra las funciones de los principales componentes de una célula bacteriana. (Ejemplo de un organismo procarionte) (Junqueira – carneiro: p.274) Cianobacterias o Cianofíceas. Como procariontes, carecen de núcleo, presentan una pared celular rígida, además tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis, pues presentan pigmentos como la clorofila y la ficobilina, que comprende, a su vez, dos pigmentos: ficocianina (azul) y ficoeritrina (rojo). Separando fracciones por centrifugación, se ha comprobado que la clorofila está dentro de unos sáculos de la membrana (tilacoides), mientras que la ficobilina se encuentra en gránulos, llamados cioanosomas, adosados a las membranas. Cianosomas y tilacoides pueden realizar la fotosíntesis juntos pero no por separado. Estos pigmentos permiten que estas bacterias puedan desarrollarse en condiciones ambientales extremas de temperatura y concentración de sales. Estas membranas con clorofila, sin que puedan considerarse verdaderos cloroplastos, constituyen un orgánulo membranoso de células procariontas (fig. 2.2). Cada célula es igual a las demás células del grupo. Es frecuente encontrar células dentro de una capa gelatinosa protectora. Su reproducción es asexual. Es común encontrarlas en los estanques, en corrientes de agua, lugares húmedos sobre la tierra. En tiempo de calor se multiplican rápidamente y con frecuencia provocan el mal olor de las aguas estancadas.
Fig. 2.2. Repr esent ación gráfic a de una ciano bacte ria. (Eje mplo de un organismo procarionte) (Paniagua: p. 25) EUCARIONTES (Eu = “verdadero” ; karion = “núcleo”) se caracterizan por presentar membranas internas que les confiere ciertas particularidades; por ejemplo, tienen una membrana nuclear que rodea dos o más cromosomas, por lo tanto el núcleo se encuentra bien definido dentro de la célula y es el sitio donde se localiza el material genético, también presenta organelos celulares delimitados por su propia membrana, tales como: mitocondrias, cloroplastos en células vegetales, lisosomas, retículo endoplásmico, ribosomas, aparato de Golgi, poseen sistemas ciliares y flagelos más complicados que las células procariontes.
Las células eucariontes presentan otras diferencias importantes respecto de los procariontes, tales como un tamaño mayor, nutrición por absorción, ingestión o bien fotosíntesis, reproducción por mitosis y meiosis, lo que le permite el desarrollo de procesos de reproducción sexual. Su organización interna es más desarrollada, ya que cada uno de sus organelos se especializa en realizar una función determinada; por ejemplo, las mitocondrias son los organelos que llevan a cabo la respiración celular; los cloroplastos tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis.
Figura 2.3. Comparación entre célula eucariótica y una procariótica. Nótese la falta de organelos en la procariótica. (Nelson Gideon: p. 65) Tabla 2.2 Comparación de las Celulas procariontes y euariontes
Organización celular Sistema genético: Localización
Estructura del núcleo
Endomembranas Paredes celulares Citoesqueleto Mesosomas Ribosomas subunidades Mitocondrias Cloroplastos Retículo endoplasmático Aparato de Golgi Lisosomas Exocitosis y endocitosis
Principalmente unicelular
Principalmente pluricelular, con células diferenciadas.
Nucleoide, cuerpo Núcleo, mitocondrias, cromatínico o material cloroplastos. nuclear. - No - Delimitado delimitadas por por membrana membrana nuclear nuclear - Uno o más - Un cromosom cromosoma as lineales circular - Los - El cromosoma cromosom no contiene as tienen histonas histonas - No hay - Hay nucleolo nucleolo No Si De celulosa en los De azúcares y péptidos vegetales y de quitina característicos en los hongos. No Si Si No 80S Dispuestos sobre membranas en retículo 70S* Distribuidos en el endoplasmático. 70S en citoplasma mitocondrias y cloroplastos. No Si No Si No Si No Si No Si No Si
*S corresponde a unidades Svedberg de sedimentación, el coeficiente de sedimentación en la centrífuga.
Una vez que surgieron las células eucarióticas, se diversificaron por procesos evolutivos para constituir la mayoría de los reinos de seres vivos actuales (protista, mónera, fungi, plantae, animalia).
¿Cómo explicar el origen de los eucariontes? Las evidencias fósiles permiten deducir que la evolución celular fue de lo simple a lo complejo, es decir, que las primeras células fueron procariontes y posteriormente aparecieron los eucariontes; sin embargo, hay varias teorías para explicar como fue este proceso. Una de estas teorías es la del plegamiento de membrana, propuesta por Robertson (1962), “Los eucariontes se originaron debido a las mutaciones sufridas por los seres procariontes, originando que las estructuras membranosas de estas células se formaran bien sea por invaginación (hundimientos) de la membrana plasmática o por evaginaciones (salientes) de la misma”. Propone también esta teoría que debido al plegamiento de la membrana, parte de ADN original (del procarionte) quedó atrapado en las estructuras que se transformaron en las mitocondrias y los cloroplastos actuales, lo que explicaría la presencia de éste en esos organoides, y que la membrana nuclear se formó también por los replegamientos de la membrana.
Figura 2.4. Representación de la teoría del replegamiento de membrana propuesta por Robertson, que originaría la membrana nuclear y el retículo endoplásmico. En (2) el núcleo ya se encuentra diferenciado y se observa un retículo endoplásmico primitivo que en (3) muestra un grado de desarrollo notable. (Gama fuertes p.105) Otra teoría es la ENDOSIMBIÓTICA propuesta por Lynn Margulis. Afirma que grandes células procarióticas formaron simbiosis 1 con procariontes más pequeños, siendo éstas, últimas células incluidas dentro del citoplasma de la más grande sin ser digeridas y dando origen a la formación del núcleo y de los organelos. Al ayudarse mutuamente se hicieron más competitivas con respecto a otras de estructura celular más simple. Esta teoría postula que las mitocondrias pueden ser descendientes de bacterias aeróbicas y los cloroplastos d algas verde- azules procarióntes.
Figura 2.5 La teoría endiosimbiótica propuesta por Margulis para explicar el origen de las células eucariontes. (Lazcano-Araujo: p. 83) Hay fundamentos para creer que las mitocondrias y los cloroplastos tuvieron este origen porque, al igual que el núcleo celular, contiene DNA con información genética que se transmite en la división celular a las células hijas. Otro hecho que
apoya a esta teoría es que el DNA contenido en las mitocondrias es una molécula de forma circular, similar a la de las bacterias. “Una tercera teoría para explicar el origen de las células eucariontes a partir de las procariontes ha sido sugerida recientemente por Cavalier-Smith; él supone que la evolución de la endocitosis – (fagocitosis y pinocitosis) – (movimientos de la membrana para ingerir alimentos) fue el mecanismo para que se formaran las estructuras membranosas del citoplasma y la compartamentalización de éste en zonas de diferentes características. 1 Existencia simultánea y asociada de dos organismos que viven y se desarrollan en las mismas condiciones y que ayudándose mutuamente se transforman y adquieren propiedades nuevas. Cavalier – Smith propone que el ancestro común era una cianofícea unicelular, facultativamente fototrófica , incapaz de fijar nitrógeno, pero que podía liberar oxígeno mediante procesos fotosintéticos y capaz de realizar respiración aerobia basada en citocromos y otras moléculas transportadoras de electrones, según esta teoría los pasos que siguió una procarionte para convertirse en eucarionte fueron los siguientes: 1er. Paso: Pérdida de la pared celular de una alga cianofícea, que viviese en un medio bentónico poco profundo y rico en restos orgánicos y bacterias que pudiese engullir. 2º. Paso: La aparición de compartimientos intracelulares como resultado de la fagocitosis. 3er. Paso: La especialización de cada uno de estos compartimientos en funciones específicas. 4º. Paso: Material genético quedó atrapado en estos compartimientos que luego se transformarían en núcleo, mitocondrias y cloroplastos” 2.
De unicelulares a pluricelulares
2
A. Lazcano. El origen de la vida. p. 84
La transición de los organismos unicelulares o pluricelulares es una de las etapas más importantes en la evolución biológica. Los primeros organismos que habitaron nuestro planeta fueron acuáticos, unicelulares, procariontes, heterótrofos, anaeróbios y capaces de replicarse así mismos, más tarde por las condiciones del medio como la escasez de alimentos, algunos organismos mutaron apareciendo de esta manera los organismos autótrofos quimiosintetizadores . Organismos unicelulares capaces de sintetizar la compleja molécula clorofílica, el surgimiento de la fotosíntesis provocó que la atmósfera primitiva se fuera enriqueciendo con el oxígeno desprendido durante esta función, lo que ocasionó que algunos organismos desarrollaran la respiración aerobia. Los acontecimientos anteriores tuvieron como resultado el surgimiento de organismos unicelulares cada vez más complejos estructural y fisiológicamente. Los eucariontes aparecieron hace unos 1,400 a 1,500 millones de años y a su vez, iniciaron una diversificación. La rápida diversificación de los organismos unicelulares eucariontes los fue conduciendo desde hace unos 1,000 millones de años a una progresiva diferenciación tanto en sus estructuras como sus funciones; es decir, las funciones de esas células poco a poco se hicieron más específicas, y algunas de sus estructuras se modificaron, como podría ser la aparición y el desarrollo de flagelos o cilios en algunas células que les permitieran un desplazamiento más eficiente. A medida que la diferenciación aumenta, disminuye la capacidad para realizar otras funciones, por lo que la célula se hace más dependiente de las demás. Se dice que los pluricelulares evolucionaron a partir de un sólo grupo de antecesor unicelular; dos teorías tratan de explicar esta transición: Monofilética Polifilética
Teoría Monofilética: Se divide en teoría colonial y teoría sincitial, ambas explican la posible evolución los metazoarios a partir de un sólo grupo de antecesor unicelular.
de
Teoría del flagelado colonial: “Esta teoría fue propuesta por Haeckel (1874), moficiada en 1887 por Metschnikoff y posteriormente revisada por Hymán en 1940 (figura
Fig. 2.6 Origen de los animales propuestos por Heckel (1874) y revisado por Hyman (1940), quien elaboró el presente. Gama Gama Fuerte Fuertes, s, . 143
2.6). En la cual se prop one
que los metazoarios surgieron a partir de un flagelado colonial esférico y hueco, que igual que en el volvox (figura 2.7) las células flageladas estaban sobre la superficie externa, presentando la colonia un eje anteroposterior definido, el cual nadaba con el polo anterior hacía adelante, y que posteriomente hubo diferenciación de células somáticas reproductoras; recibe esta etapa el nombre de blastea. Según Haeckel la blastea se invagino para formar un organismo en forma de saco de doble Fig 2.7 Volvox, forma una colonia movíl que puede tener miles de células flageladas, que presentan una clara división del trabajo. (Gama Fuertes, p. 144) pared llamado gastrea, que fue el metazoario antecesor hipotético equivalente a la etapa de gástrula en el desarrollo embrionario de los metazoarios actuales (figura 2.8). Además, Heckel hizo notar la gran similitud estructural entre la gstrea y algunos metazoarios inferiores como celenterados, hidrozoarios y esponjas, en los que los dos últimos poseen forma de saco de doble pared con una sola abertura que conduce a la cavidad digestiva. Metschnikoff consideró que la blástula no era hueca, sino sólida, como en los celenterados primitivos, y que por tanto la rastrea fue un organismo sólido. “Las
colonias tal vez primero tubieron poca diferenciación celular, con celulas estructural y fisiológicamente independientes del conjunto; conforme evolucionaron fue posible una intercomunicación entre ellas a través de su membrana plástica, por medio de los plasmodemos plasmodemos que son puentes citoplasmáticos, y se logró la pliricelilaridad en grado más complejo con los resultados
Fig. 2.8 Hipotética blastea ancestral que deacuerso a Haeckel, la forma de saco de doble pared o rastrea que tienen algunos metazoarios inferiores como las esponjas, fue adquirida por invaginación de la blastea. (Gama Fuertes, p. 145) 145)
posteriores de una mayor diferenciación celular y con una limitada división del trabajo. Esto es, que determinadas agrupaciones celulares están encargadas de realizar funcions específicas y como consecuencia de esa especialización, las células se hicieron más dependientes unas de otras. En ciertos vólvocidos actuales ya se presenta cierta división del trabajo, algunas células realizan las funciones de locomoción, otras las de nutrición etc.” Teoría sincital o teoria del ciliado multinucleado. Esta teoría fue postulada por Hadzi (1953) y Hanson (1958) (sincital significa de membrana entre núcleo y núcleo). “Según esta teoría los metazoarios derivaron de un protozoario ciliado multinucleado, que al formársele membrana a cada núcleo dio origen a las células internas. Se ha planteado la hipótesis sobre el posible origen de un metazoario de simetría bilateral a partir del ciliado multinucleado, del cual creen evolucionaron los primeros platelmintos acelos, que por tanto serían los metazoarios actules más primitivos. Se han formulado muchas objeciones a esta teoría, sobre todo en lo referente a la tabicación sincital, porque en ningun grupo de metazoarios actuales existe algun hecho relacionada con está, también deja sin explicación la existencia común en los metazoarios de espermatozoides flagelados. Pero el problema mayor de esta teoría es que si se acepta a los platelmintos acelos como metazoarios actuales más primitivo, esto obligaría a acptar que los celentarados de simetría radial derivan de estos platelminto, lo cual no concuerda con las pruebas que indican que la simetría radial de los celenterados es anterior a la bilateral”. Tería polifilética “Los autores de esta teoría, Greenberg (1959) entre ellos, postulan que los metaoarios como los celkenterados, las esponjas, los ctenóforos y los platelmintos, evolucionaron en líneas diferentes a partir de diversos grupos de protozoarios. Los celenterados y las esponjas de los flagelos coloniales, los ctenóforos y los platelmintos de los ciliados”.
Figura 2.9 representación de la teoría del origen polifilético de los principales grupos de plantas superiores. (gama fuertes: p.147)
2.2 POSTULADOS DE LA TEORÍA CELULAR Una de las ideas más importantes en la historia de la biología es la teoría celular, la cual propone que todas las formas de vida están compuestas por células y productos celulares que fue consecuencia de las investigaciones iniciadas con el desarrollo de las lentes ópticas y su combinación para construir el microscopio compuesto (del griego micros, pequeños y shopein ver). Los primeros microscopios se hicieron alrededor del 1600. Galileo, un Científico Italiano, hizo un microscopio con el que observó insectos. Jans Lippershey y Zacharias Jansen, fabricantes holandeses de espejuelos también desarrollaron microscopios compuestos. La primera aportación importante obtenida mediante la observación microscópica se le atribuye al inglés Robert Hooke, quien en 1665, al observar un pedazo de corcho muy delgado vió una gran cantidad de pequeñas celdillas. Hooke llamó a estas celdillas “ células” por que le recordaban las pequeñas habitaciones, ocupadas por los monjes. A pesar pe sar que Hooke dijo que algunas contenían “jugos”, enfocó más su atención a las paredes que limitaban las células; pero como el corcho que observó ya no era un tejido vivo, sólo encontró los huecos donde anteriormente estaban las células. En 1676 el holandés, Anton Van Leeuwenhuek construyó microscopios simples con sólo una lente que aumentaba los objetos 200 veces. Dió a conocer sus observaciones acerca de los eritrocitos, espermatozoides y de una gran cantidad de “animaculos” microscópicos contenidos en el agua de los charcos. A principios del siglo XIX se realizaron varios descubrimientos acerca de la estructura de los tejidos vegetales y animales que llevaron finalmente al botánico Schleiden y al zoólogo Schwann a formular la teoría celular. En 1858 Virchow amplió la teoría celular “todas las células se originan en células preexistentes”, estableciendo la división celular como el fenómeno central en la reproducción de los organismos. La Teoría celular se traduce a partir de los siguientes postulados: Unidad anatómica: La presencia de células en todos los organismos vivos. Unidad fisiológica: La relación estrecha entre la estructura y la función.
Unidad de origen: La continuidad genética de la materia viva.
Concepto de célula según Don Santiago Ramón y Cajal (1930), considera la célula como un corpúsculo generalmente microscópico dotado de vida propia y que consta de tres partes: Membrana, protoplasma y núcleo. La definición anterior sigue siendo válida pero con el avance de la teoría molecular y según la teoría de sistemas. Una célula viva es un sistema de moléculas orgánicas, que tienen la capacidad de autoregularse y autoreplicarse; que opera sobre la base de máxima economía de partes y procesos, que puede llevar a cabo varias reacciones orgánicas consecutivas y encadenadas, para la transferencia de energía y para la síntesis de sus propios componentes, por medio de enzimas que sintetiza por sí misma. En el lapso comprendido entre la propuesta de la teoría celular (1838-1839) y finales del siglo XIX, debido a la carencia de técnicas para hacer cortes, teñir y fijar y el poco poder resolutivo del microscopio óptico, las observaciones celulares fueron deficientes. Cuando se desarrollaron algunas técnicas y se mejoró la calidad de los microscopios, se pudieron hacer observaciones más completas, descubriendo la presencia de pared celular en las células vegetales, la división celular y la fecundación. Con la aparición del microscopio electrónico y el desarrollo de técnicas modernas como la ultracentrifugación, radiactividad, cromatografía, electroforesis, etc. Se ha incrementado el conocimiento de las estructuras celulares a nivel molecular. La teoría celular ha servido de base en el campo de la biología celular y molecular.
LA LÍNEA DEL TIEMPO 2.3 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA
La célula consta de tres estructuras principales: membrana celular, citoplasma y núcleo. Límites celulares. Membrana celular. También llamada membrana plasmática, citoplasmática o fundamental, es la estructura que limita y protege a las células aislándolas del medio externo, otra de sus funciones es actuar como una barrea de permeabilidad selectiva y sensitiva entre el interior y el exterior de la célula. La membrana celular es el instrumento fundamental en el proceso de comunicación intercelular. Está formada por una delgada película, que se observa claramente con el microscopio electrónico. Todas las membranas, independientemente de su origen, están constituidas por lípidos y proteínas. La mayor parte de ellas también poseen carbohidratos unidos a las proteínas y a los lípidos. Las proporciones en que están presentes estos tres componentes en los diversos tipos de membranas varían enormemente. Los carbohidratos en general representan menos del 10% del total de la masa de la membrana.
Composición de algunas membranas biológicas (como porcentaje en peso seco) (Smit h y Word , p. 92) Las prote ínas que consti tuyen a las membranas “sirven de receptores que intervienen en procesos de reconocimiento y adhesión celular, otras actúan como transportadores hacia el interior o el exterior de la célula, otras son enzimas que catalizan reacciones asociadas con la membrana y, finalmente, otras son proteínas estructurales que, junto con los receptores, conectan la membrana plasmática con el citoesqueleto,
con otra célula adyacente o con la matriz extracelular”. 7 Las proteínas de la membrana se clasifican de la siguiente manera: Proteínas Integrales (Intrínsicas). Están asociadas con lípidos, son insolubles en agua (hidrofíbicas). Constituyen el 70 % de las proteinas de la membrana plamática, algunas de estas moléculas proteínicas atraviesan completamente la doble capa lipídica, sobresaliendo an ambas superficies de la membrana, siendo denomínadas proteinas transmembranosas. Proteínas periféricas (extrínsecas). Son solubles en agua (hidrofílicas) no penetran en la hidrofóbica de la bicapa lipídica. son transmembranosas). La Fig. 2.10 Interacción de proteínas distribución de las proteínas en las de membrana integrales y membranas es asimétrica lo cual periféricas con la bicapa lipídica. provoca que las superficies presenten características diferentes.
zona (no
“Los lípidos constituyen la estructura o matriz de la membrana y están representados básicamente por los fosfolípidos, compuestos que representan una “cabeza” hidrofílica constituida por grupos fosfato, y una “cola” hidrofóbica formada por cadenas de carbonos de naturaleza lipídica” estas moléculas de lípidos dispuestas en dos capas en la membrana celular, cada una de las dos capas se forman por la acomodación de cabezas y colas (fig. 2.11). Imagínate que tienes una torta de quesillo, la tapa superior e inferior del pan representan a las cabezas y el quesillo a las colas. Existe otro tipo de lípido asociado a las membranas: el colesterol, pero sólo lo presentan las células animales. 8
7 8
R. Paniagua. Citología e Histología vegetal y animal. p. 41 C. Ville. Biología. p.38.
Los carbohidratos presentes en la membrana se encuentran unidos covalentemente a proteínas (glucoproteínas) o a lípidos (glucolípidos). Están situado exclusivamente en la superficie externa de la membrana y son oligosacáridos y, en algunas membranas, polisacáridos. Figura 2.11 Dibujo esquemático que muestra las dos capas de moléculas lipídicas, con las cadenas (hidrofóbicas) colocadas en el interior de las membranas y los extremos polares (hidrofílicos) orientadas hacia
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA: El “modelo de mosaico fluido” ha sido reconocido actualmente como la estructura básica de la totalidad de las membranas (mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas, peroxisomas, envoltura nuclear, membranas plasmáticas y otras). Este modelo fué desarrollado por los biólogos celulares S.J. Singer y G.L. Nicolson en 1972. Ellos proponen que las membranas están constituidas por una bicapa de fosfolípidos, con sus colas (hidrofóbicas) hacia el interior de la membrana, mientras que las cabezas (hidrofílicas) quedan orientadas hacia el medio extracelular o hacia el citoplasma, que son medios acuosos. Esta bicapa de fosfolípidos forma el “armazón” fluido y viscoso, una gran cantidad de proteínas frecuentemente se deslizan de manera lenta dentro de la bicapa.
Figura. 2.12 El modelo del mosaico fluido de la membrana plasmática. De acuerdo con este modelo, la membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos en la que están embebidas diversas proteínas. Muchas proteínas y los lípidos tienen carbohidratos unidos a ellas que forman glucoproteínas y glucolípidos respectivamente. La amplia variedad de proteínas de membrana se pueden clasificar en tres categorías principales: proteínas de transporte, proteínas receptores y proteínas de reconocimiento. (Audesirk: P. 108) TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA: La célula debe adquirir del exterior moléculas para efectuar sus procesos vitales, y al mismo tiempo excretar el material tóxico y liberar productos de secreción. Por tanto, las membranas biológicas deben ser selectivamente permeables.
Para la mayoría de las sustancias existe una relación directa entre su solubilidad en los lípidos y su capacidad de penetración en las células. De un modo general, los compuestos hidrofóbicos, solubles en los lípidos, como los ácidos grasos, hormonas esteroides y anestésicos, atraviesan fácilmente la membrana. En cambio, las sustancias hidrófilas, insolubles en lípidos, penetran en las células con mayor dificultad, dependiendo del tamaño de la molécula y de sus características químicas. El transporte celular puede ser pasivo o activo. El primero se presenta cuando las sustancias atraviesan la membrana sin requerir para ello de un gasto adicional de energía pues su propia naturaleza y energía cinética les permiten el tránsito, tal es el caso de algunos iones, átomos y moléculas pequeñas. El transporte activo es
el movimiento de materiales a través de la membrana con un gasto energético adicional. (Audesirk: P. 110)
Pare d celul ar: Algun as célula s prese ntan un límite hacia el exteri or de la mem brana plasm ática, esta envoltura dura no viviente llamada pared celular, está presente en bacterias, plantas, hongos y algunos protistas. La pared celular es mucho más gruesa que la membrana plasmática y está formada de diferentes sustancias según el organismo. Cuando Robert Hook descubrió las células, lo que observó fue la pared celular, las paredes celulares de las plantas están compuestas por celulosa y otros polisacáridos, mientras que las paredes celulares de los hongos están compuestas del polisacárido modificado llamado quitina. Las paredes celulares bacterianas tienen un armazón parecido a la quitina al que están unidas cadenas cortas de aminoácidos y otras moléculas. Las paredes celulares sostienen y protegen a las células, por ejemplo permiten que las plantas y los hongos resistan las fuerzas de la gravedad, el viento y que permanezcan erectas sobre la tierra. La pared celular es porosa, lo que permite el paso fácil de pequeñas moléculas, como los minerales,
el agua, el oxígeno, el bióxido de carbono, los aminoácidos y azúcares. Sin embargo la estructura que realmente rige las interacciones entre una célula y su ambiente externo es la membrana plasmática. CITOPLASMA Se localiza entre la membrana celular y la membrana nuclear, constituido por un sistema coloidal que le permite presentar “movimientos continuos, que le facilita transportar todas las estructuras de la célula; así mismo, el citoplasma regula la entrada y salida de agua y otros materiales a la célula, de acuerdo a su composición química y a su gran capacidad de absorción, además alberga a todos los organelos celulares. Presenta características muy particulares en aquellas células Figura 2.13 Interpretación artística del Muchos organelos se especializadas; por citoesqueleto. ejemplo, en las encuentran probablemente unidos al células de tejido citoesqueleto, el cual refuerza a la membrana óseo, el citoplasma plasmática. Las reacciones químicas, el acumula gran movimiento de las partes de la célula y la cantidad de sales de captura y liberación de materiales son calcio coordinados por el citoesqueleto. (Audesirk: P. para proporcionar una consistencia muy 97) dura a la célula”.9 El citoplasma de las células eucariontes, se encuentra soportado por una estructura proteínica denominada/citoesqueleto. CITOESQUELETO. Desempeña funciones relacionadas con el movimiento y el sostén de las células; consta de tres tipos diferentes de proteínas que dan origen a su vez a tres estructuras distintas: los microfilamentos, los filamentos intermedios y los microtúbulos. (Fig. 2.13)
Microfilamentos. Tienen un diámetro de 7nm. Están formados por la proteína activa, son el constituyente dinámico más importante, ya que le permite a las células moverse y cambiar de forma. En combinación con la proteína miosina forman los filamentos deslizantes que intervienen en la contracción muscular. Filamentos Intermedios. Su diámetro es de 8 a 11nm, y se llaman así simplemente porque tienen un diámetro “intermedio” en comparación con el de los otros dos. Microtúbulos. Son fibras únicas de alrededor de 25nm de diámetro. Están compuestos por la proteína tubulina y sus funciones principales están relacionadas con el sostén, la forma, la estructura, división celular y la movilidad celular, ésta última a través de los llamados cilios y flagelos. Cilios. “Son estructuras con aspecto de pequeños vellos, constituidos por un haz de microtúbulos dispuestos paralelamente y envueltos por una membrana. Los cilios son cortos, múltiples y en los epitelios, se ubican siempre en la superficie apical de las células. Flagelos. Son generalmente únicos y largos, en el cuerpo humano, se encuentran solamente en los espermatozoides. Tanto en cilios como en flagelos, los microtúbulos están organizados en nueve pares” 10 de microtúbulos dispuestos en círculo alrededor de un par central, esta distribución es llamada 9+2. Centriolos. Constituye una de las formaciones especializadas de los microtúbulos es un componente de todas las células animales y de algunos vegetales inferiores. Guarda relación con la división celular y la formación de cilios y flagelos, normalmente se encuentran en pares están situados cerca del núcleo y compuestos de un grupo de 9 túbulos dispuestos para formar un círculo, esta distribución es la llamada 9+0.
ORGA NELO S Son estruct
uras celulares, con función específica que se encuentran contenidas dentro del citoplasma. Estructuras para el ensamblaje y transporte de proteínas. Uno de los sistemas membranosos citoplasmáticos más extensos es el RETÍCULO ENDOPLÁSMICO (RE) fue descubierto y descrito en la década de 1950, después de la introducción de los métodos de microscopía electrónica. Observándose que se trata de un complejo sistema de membranas que se proyecta en casi todo el interior de la célula y forma grandes bolsas o cisternas aplastadas que se conectan unas con otras a través de tubos y con el aparato de Golgi. La cantidad de (RE) varía entre los diferentes tipos de células y en diferentes momentos de desarrollo. Las células animales suelen tener más (RE) que protistas, algas, hongo o plantas superiores. “En muchas partes de la célula, el retículo endoplásmico está asociado con unos pequeños gránulos densos situados a lo largo del borde exterior de su membrana. Estas estructuras se denominan ribosomas y le dan aspecto rugoso a ciertas regiones del retículo, por lo que éste se conoce como retículo endoplásmico rugoso (RER) ; estas regiones están frecuentemente asociadas con actividad de síntesis proteínica. El retículo endoplásmico liso (REL) no contiene ribosomas y se observa en regiones celulares que participan en la síntesis y el transporte de lípidos o en la destoxificación de una variedad de venenos” 11. En algunas células (REL) también sintetiza otros tipos de lípidos, hormonas, esteroides, testosterona y estrógenos producidos en los órganos reproductores de los mamíferos.
Todas las membranas celulares están compuestas por lípidos y proteínas que se sintetizan en el retículo endoplásmico.
Figura. 2.14 Retículo endoplásmico. Hay dos tipos de retículo endoplásmico: RE rugoso, tachonado de ribosomas, y RE liso que carece de ribosomas. Aunque el RE en las micrografías electrónicas parece una serie de tubos y sacos, en realidad es una masa de hojas plegadas y de canales que se interconectan. Se piensa que en muchas células, el RE liso y rugoso son continuos, como se muestra en el dibujo. Los ribosomas se adhieren en la cara citoplásmica de la membrana del RE rugoso. rugoso. (Audersik: P. 88)
RIBOSOMAS son organelos contenidos dentro del retículo endoplásmico rugoso, aunque también pueden observarse de manera libre. Están constituidos por dos subunidades de diferente tamaño cuyas proporciones varían según la clase de célula, para células procariontes la porción mayor es de (50S) y la porción menor (30S). El ribosoma integro (70S), y para eucariontes el ribosoma integro es de (80S). Contiene 35% de proteínas y el resto de ARN, en ellos se sintetizan las proteínas que después son transportadas a diferentes partes y sitios de la célula, o incluso enviadas a través de la membrana celular y liberadas fuera de ella. Las proteínas que se forman en los ribosomas libres van directamente al citoplasma. La porción pequeña de estos ribosomas se forma cuando determinadas proteínas ribosomales llegan al nucléolo, donde previamente se a realizado una síntesis de ARN ribosomal (ARNr). Esta porción pequeña se desplaza al citoplasma para unirse con el ARN mensajero (ARNm) ahí localizado, y poco después ocurre la unión de las dos subunidades del ribosoma.
Estructuras para el almacenamiento de las proteínas Dentro de los organelos que almacenan materiales están el complejo de Golgi, las vacuolas y los lisosomas. COMPLEJO DE GOLGI. Fue descubierto en 1898 por Camilo Golgi, se origina a partir del retículo endoplásmico, consiste en pilas de cisternas, las cuales son sacos aplanados llenos de líquido y sustancias disueltas o suspendidas (Fig. 2.15). Con frecuencia las pilas de cisternas están asociadas con un sistema periférico de túbulos y una variedad de vesículas cubiertas y no cubiertas de diferente tamaño.
Generalmente las cisternas están organizadas en pilas llamadas dictiosomas. Por lo común un dictiosoma consiste en cinco a ocho cisternas apiladas una sobre otra como platos, pero no es raro encontrar treinta cisternas en un dictiosoma de invertebrados y otros organismos. Un solo aparato de Golgi puede estar compuesto de uno y más dictiosomas. “La función del complejo de Golgi es aceptar vesículas del retículo endoplásmico, modificar las membranas y los
contenidos de las mismas e incorporar los productos terminados en vesículas de transporte que los llevan a otras partes de las células y, especialmente, a la superficie celular. Así, los complejos de Golgi sirven como centros de compactación y distribución. Se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Las células animales contienen habitualmente de 10 a 20 complejos de Golgi, excepto en los espermatozoides maduros y los glóbulos rojos, las células vegetales pueden tener varias centenas.
Figura 2.15 Complejo de Golgi. El complejo de Golgi es una pila de sacos membranosos aplanados del retículo endoplásmico. Las vesículas que constantemente se fusionan y se liberan del complejo de Golgi y el RE, transportan material en varias direcciones: del RE hacia el complejo de Golgi y de regreso nuevamente, y del mismo hacia la membrana plasmática, los lisosomas y algunas vesículas. (Audesirk: P.89) Los lípidos y proteínas de membrana, sintetizados en el retículo endoplásmico, son enviados al complejo de Golgi en vesículas que se fusionan con él. Dentro de las cisternas del complejo de Golgi, ocurre la asociación final de carbohidratos con proteínas (para formar glucoproteínas) y con lípidos para formar (glucolípidos); estas combinaciones de carbohidrato encontradas en las superficies de las membranas celulares, desempeñan, según se cree, papeles centrales en la función de la membrana. La evidencia actual indica que las diferentes etapas de este procesamiento químico ocurren en diferentes cisternas del complejo de Golgi y que los materiales son transportados de una cisterna a la siguiente por medio de las vesículas. Después de completarse el procesamiento químico, el nuevo
material de membrana es compactado en vesículas que son enviadas a la ubicación correcta, sea ésta la membrana celular o la membrana de un orgánulo determinado. En las células vegetales, los complejos de Golgi también reúnen parte de los componentes de las paredes celulares y los exportan a la superficie de la célula, donde ellos son ensamblados. Además de su función en la organización de las membranas celulares, los complejos de Golgi tienen una función similar en el procesamiento y compactación de materiales que son liberados fuera de la célula. La Fig. 2.16 resume el modo en que los ribosomas, el retículo endoplásmico, el complejo de Golgi y sus vesículas actúan recíprocamente para producir nuevo material para la membrana celular y macromoléculas para excretar” 12
Figura 2.16. Diagrama que ilustra la interacción de los ribosomas, el retículo endoplásmico y el Complejo de Golgi y sus vesículas. Estos orgánulos cooperan en la síntesis, procesamiento químico, empaquetamiento y distribución de macromoléculas y nuevo material de membrana. (Curtis: P.143) Vacuolas y almacenamiento “Las células tienen espacios especiales, llamados vacuolas, que sirven para el almacenamiento temporal de materiales. Una vacuola, como la que se muestra en la figura 2.17, es una bolsa de fluido rodeada por membranas. Las vacuolas almacenan alimentos, enzimas y otros materiales que la célula necesita; algunas vacuolas almacenan productos de desecho.
Algunos animales poseen una vacuola especializada que se encarga de recoger el exceso de agua y sacarla de la célula. Las células de las plantas tienen una única vacuola muy grande ”13, que está llena de “savia celular”, que puede cambiar de volumen por ósmosis. De hecho, la presión de la vacuola hinchada empuja la membrana plasmática contra la pared celular, lo que provoca que el tejido de la planta sea firme. La planta se marchita cuando no hay suficiente líquido para mantener sus enormes vacuolas llenas. Aparte del agua, la savia de la vacuola puede contener azúcares, proteínas, pigmentos y ácidos orgánicos, sales, gases (oxígeno, CO2). En ocasiones, algunos solutos pueden cristalizar dentro de las vacuolas.
Figura 2.17 La vacuola es un espacio lleno de fluidos y rodeado de membranas, que se localiza en el citoplasma de la célula, y que parece un balón de agua. Las células vegetales (izquierda) generalmente tienen una sola vacuola muy grande; las células animales (derecha) pueden contener muchas vacuolas pequeñas. (Biggs. P. 200) LISOSOMAS Y RECICLAJE. Son organelos membranosos generalmente esféricos con estructura y dimensiones variables, parecen
existir en todas las células eucariontes, ya que se encontraron en las células de plantas, hongos y protozoarios además de las células 13
A. Biggs. et. al. Biología. p. 200 Fig. 2.18 Los lisosomas son vesiculas llenas de enzimas que se liberan desde el aparato de Goldigieren alimentos y organelos desgastados, como las mitocondrias. (Audesirk: P.90)
animales, donde fueron descubiertos. Su principal función es la digestión celular pues contienen numerosas enzimas hidrolíticas “que facilitan el rompimiento de moléculas grandes, como almidones, lípidos y proteínas, en otras más pequeñas. También son capaces de digerir partículas extrañas que entran a la célula, como las bacterias causantes de enfermedades. Otra función de los lisosomas es destruir partes gastadas de la célula; los productos de esta digestión pueden ser reutilizada por ella”14, también destruyen ciertas estructuras durante el proceso de desarrollo. “Durante la metamorfosis de la rana, las enzimas lisosomales ayudan a destruir las estructuras del renacuajo que ya no serán útiles en la fase madura. Luego, las materias primas resultantes de la degración de estructuras como la cola se usan para la formación de órganos más maduros 15. En algunas ocasiones la membrana que rodea al lisosoma puede romperse lo que hace que la célula se digiera a sí misma por lo que el bioquímico belga Cristian de Duve les llamó sacos suicidas. Dentro de las teorías sobre la vejez, una de ellas plantea que a medida que avanzamos en edad la célula se va llenando de lisosomas y se preparan para desintegrarla. Transformados de energía Cada célula tiene una gran necesidad de energía para fabricar materiales, tomar cosas del medio y eliminar otras así como para moverse y reproducirse. Las estructuras que proporcionan esta energía son las mitocondrias y los cloroplastos en muchos aspectos son parecidos, se piensa que evolucionaron de bacterias que se instalaron hace mucho tiempo dentro de una célula eucarionte. Esta hipótesis endosimbiótica fue propuesta por Lynn Margulis. Los cloroplastos captan la energía de la luz solar durante la fotosíntesis y la almacenan en un azúcar, mientras que las mitocondrias convierten la energía de la luz en ATP para su uso en la célula.
14
15
P. Alexander., Biología. p. 26
G. Fried. op. cit. p. 41
ENERGÍA Y MITOCONDRIAS . Son organelos membranosos (de doble membrana), “cuya capa externa lisa sirve de límite exterior, mientras que la interna aparece plegada una y otra vez en placas o láminas paralelas que se extienden por el centro de la cavidad de la mitocondria (figura 2.19) pudiendo encontrarse y fusionarse con pliegues procedentes del lado opuesto. Cada membrana constituye una unidad de membrana y consta de una capa media doble de moléculas de fosfolípido con una capa de moléculas de proteína en cada lado. Los pliegues internos en forma de anaquel o entrepaño, llamados crestas contienen las enzimas del sistema de transporte de electrones, de primera importancia en la transformación de la energía potencial de los alimentos en energía biológicamente útil para las actividades celulares. El material semilíquido del compartimiento interior, la matriz, contiene las enzimas del ciclo del ácido cítrico de Krebs. Las mitocondrias cuya función primordial es la liberación de energía han sido atinadamente denominadas la central eléctrica de la célula.
Figur a 2.19 Las mitoc ondri as const an de un
par de membranas que rodean dos compartimientos líquidos, el compartimiento intermembranoso entre las membranas externa e interna y la de la matriz, dentro de la membrana interna. La membrana externa es lisa, pero la interna se pliega y forma estructuras profundas, llamadas crestas. Las mitocondrias son el sitio del metabolismo aeróbico. (Audesirk. p.95) Las mitocondrias (y los cloroplastos) son peculiares por cuanto se hallan bajo control de dos sistemas genéticos diferentes. El ADN existente en la mitocondria proporciona el código genético para el 10%, aproximadamente de la proteína mitocondrial, especialmente los polipéptidos hidrófobos de la membrana mitocondrial interna. El ADN nuclear proporciona el código genético para el resto de las proteínas mitocondriales, que son sintetizadas, como otras proteínas, sobre los ribosomas, fuera de las mitocondrias, y más tarde son captados por las mitocondrias e incorporadas a las mismas.” 16 Las células necesitan energía para realizar los siguientes trabajos: 1.-“Sintetizar y degradar moléculas 2.-Transportar solutos en contra de gradientes electroquímicos a través de sus membranas (transporte activo) 3.-Incorporar macromoléculas y partículas desde el exterior (endocitosis) 4.-Secretar macromoléculas al medio extracelular (exocitosis) 5.-Trasladarse (Migración celular) o contraerse (las células musculares) 6.-Desplazar sus propios componentes (Organoides, macromoléculas, etc) 7.-Multiplicarse (mitosis, meiosis) 8.-Recibir señales del exterior y conducirlos hasta los sitios celulares adecuados” 17
CLOROPLASTOS Y ENERGÍA Las células vegetales contienen organelos membranosos llamados plástidos, son estructuras que contienen una doble membrana y un genoma propio. Los plástidos maduros son de tres tipos:
Cloroplastos Cromoplastos Leucoplastos. 1. Cloroplastos “son los plástidos más comunes y los de mayor importancia biológica. Por el proceso de fotosíntesis producen oxígeno y la mayor parte de la energía química que es utilizada por los organismos vivientes. La vida se mantiene gracias a los cloroplastos. Sin ellos no habría plantas ni animales, ya que éstos se alimentan de lo producido por los vegetales, y puede decirse que cada molécula de oxígeno usada en la respiración y cada átomo de carbono presente en sus cuerpos pasaron alguna vez por un cloroplasto. Se localizan principalmente en las células del mesófilo, tejido que se encuentra en las hojas de las plantas superiores y en las algas.
El cloroplasto está constituido por las siguientes estructuras: (Fig. 2.20) La Envoltura La Estroma Los Tilacoides
La envoltura de los cloroplastos presenta dos membranas, una externa y otra interna, a través
Figura: 2.20 Esquem a de un cloropla sto de vegetal superior (Paniag ua. p. 231)
De las cuales se producen los intercambios moleculares con el citosol. En el cloroplasto maduro no se observa continuidad de la membrana interna con los tilacoides. Ambas membranas carecen de clorofila, pero tienen un color amarillo por la presencia de pigmentos carotenoides. Contienen solamente el 2% de la proteína total del cloroplasto. La estroma representa la mayor parte del cloroplasto y en ella se encuentran inmersos los tilacoides. Está compuesta principalmente por proteínas. Contiene ADN y también ARN, que intervienen en la síntesis de algunas de las proteínas estructurales y enzimáticas del cloroplasto. Es en la estroma donde se produce la fijación del CO 2. Los tilacoides constituyen sacos aplanados agrupados como pilas de monedas. Cada pila de tilacoides lleva el nombre de granum (plural: grana). Pero además, hay tilacoides que atraviesan la estroma y que parecen conectar entre sí a dos tilacoides pertenecientes a otros tantos grana. A los elementos individuales situados en las pilas se los llama tilacoides de los grana, mientras que a los conectores se les denomina tilacoides de la estroma” 18 Cada célula tiene de 20 a
100 cloroplastos de forma esférica, ovoide o discoidal y que contienen el pigmento verde llamado clorofila. Cromoplastos (cromo significa “color”) contienen pigmentos coloreados amarillos, anaranjados y rojos, que son responsables de la coloración de las estructuras florales y las frutas. Leucoplastos (leuco significa “blanco”), generalmente de mayor tamaño que los cloroplastos. Su función principal es la acumulación de sustancias de reserva, como proteínas, lípidos o almidón. Los leucoplastos más característicos son los que contienen almidón, y se llaman amiloplastos
.
(Pani agua. p. 229) Centro de control de la célula El ácido desoxirribonucleico ( DNA) es el material genético de las células vivas. El DNA de una célula contiene la información para dirigir las reacciones químicas necesarias para la vida y la reproducción. En las células eucariontes, el DNA se encuentra dentro del núcleo, siendo una de las características distintivas de este tipo de células.
Núcleo: fue descrito por primera vez en 1700 por Antony Van Leevwenhoeck, cuando realizaba estudios en eritrocitos de salmón. Posteriormente fue observado por Fontana (1781) y descubierto en plantas fanerógamas por Brown (1831), quien lo describió “como un corpúsculo constante en cada célula”. En la mayoría de las células hay un solo núcleo, aunque puede haber dos en algunas células del hígado, epitelio de las vías urinarias y células de Purkinje del corazón. Las células multinucleadas son raras. Las mejor conocidas son los osteoclastos, fibras musculares esqueléticas y los epitelios de algunos invertebrados. La forma nuclear se adapta a la configuración de la célula: es redondo en células embrionarias, contorneado en leucocitos, ramificados en las células de Sertoli del testículo de mamíferos. La posición del núcleo en la célula es generalmente central, pero puede variar debido a la influencia de otros componentes, por ejemplo en las células secretoras el núcleo se localiza en la base. El núcleo propiamente dicho (núcleo; interfásico por oposición a núcleo en mitosis o en división) consta de tres componentes morfológicamente bien distinguibles: Membrana nuclear (también llamada envoltura nuclear)
Cromatina Nucleolo La membrana nuclear es una diferenciación especializada del retículo endoplásmica está formado por una membrana doble (cada una de estructura trilaminar y de origen lipoproteico, similar a la membrana plasmática), la membrana externa de la envoltura nuclear se continua con el retículo endoplásmico, por lo que pasa a formar parte del sistema de unidad de membranas y la interna queda en contacto con la cromatina. Entre las dos hojas de la membrana nuclear queda un pequeño espacio perinuclear. Esta membrana posee grandes y numerosos poros (Fig. 2.21). Los poros tienen forma redonda y de “estructuras complejas que contienen por lo menos ocho subunidades proteicas con un canal pequeño en el centro. El agua, los iones y las moléculas pequeñas como el ATP pueden pasar libremente por el canal central, pero éste regula el paso de moléculas mayores, en especial de proteínas y de RNA, probablemente conforme se mueven las unidades proteicas ya sea para agrandar o restringir el acceso al canal. De este modo los poros ayudan a controlar el flujo de información”
19
. Los poros se encuentran distribuidos uniformemente, estableciendo comunicación entre el interior del núcleo y el citoplasma. La cromatina está compuesta de DNA y proteínas. Estas sustancias, se condensan durante el proceso de división celular formando los cromosomas, estructuras filamentosas que contienen a los genes. Los cromosomas están constituidos por cinco tipos, distintos de proteínas llamadas histonas. Las histonas tienen como función envolver al ADN compactándolo en unidades llamadas nucleosomas. La combinación de tres o cuatro nucleosomas constituyen un gen. Figura 2.21. Estructura del núcleo y su envoltura. El núcleo eucariótico consta de una doble membrana externa, la envoltura nuclear que encierra el material genético, el DNA; que se asocia con proteínas para formar la cromatina. En una región de la cromatina, el nucleolo se tiñe más intensamente que el resto del núcleo. (Audesirk. P. 86)
El nucléolo es un cuerpo esférico que se encuentra en el interior del núcleo, puede ser único o múltiple, están formados RNA ribosomal, ribosomas, proteínas y DNA. Los nucleólos predominan en la interfase y al iniciarse la mitosis, ya que, durante las siguientes fases de la división celular desaparecen para formarse nuevamente al final de la telofase. El trabajo del nucleólo es sintetizar ribosomas. Una célula con crecimiento activo puede producir 10 000 ribosomas por minuto.Después de haber estudiado los componentes del núcleo podemos concluir que sus funciones principales son: A través de su DNA dirige las síntesis de proteínas. Tiene una función importante en la división celular. Rige las principales funciones metabólicas de la célula.
113
Transmite la información hereditaria. Célula vegetal y animal Las células vegetales se asemejan a los animales en innumerables mecanismos moleculares básicos, como la replicación de DNA, su transcripción en RNA, síntesis proteica, transformación de energía vía mitocondrias y estructura molecular de las membranas y de varios organelos. Sin embargo, se distinguen debido a una diversificación evolutiva y existen estructuras que son típicas de cada clase de célula. (Figura 2.22 y 2.23) Las principales diferencias serán mencionadas a continuación: 1.-Presencia de paredes. Además de la membrana plasmática, las células de las plantas contienen una o más paredes rígidas constituidas de pequeñas fibras de celulosa unidas por una especie de cemento constituidos por polisacáridos y proteínas que les confiere una forma constante protegiendo al citoplasma contra agresiones mecánicas, acción de parásitos, etc. Las células animales no tienen pared celular; son propios de los vegetales, hongos y bacterias. En las células vegetales, la síntesis proteica así como los complejos proteína-polisacárido siguen la misma vía observada en las células animales: polirribosoma retículo endoplásmico aparato de Golgi. Sin embargo, la celulosa es sintetizada a partir de glucosa proporcionada por el citoplasma mediante un complejo enzimático unido a la membrana plasmática. 2.-Presencia de plastidios. Una de las principales características de las células de las plantas es la presencia de plastos, que son organelos mayores que las mitocondrias y como ellas, delimitados por dos unidades de membrana. Cuando estos organelos no contienen pigmentos, son llamados leucoplastos. Los que contienen pigmentos son los cromoplastos, de los cuales los más frecuentes son los cloroplastos, ricos en clorofila, principal pigmento fotosintético. Las células animales no presentan estas estructuras porque no llevan a cabo el proceso de la fotosíntesis. 3.-Vacuolas citoplasmáticas. Las células de las plantas contienen con frecuencia vacuolas citoplasmáticas mucho mayores de las que existen en el citoplasma de las células animales. Las vacuolas de las células vegetales pueden ocupar la mayor parte del volumen celular, reduciendo el citoplasma funcional a una delgada franja en la periferia de la célula. Como las vacuolas generalmente desplazan el
citoplasma de la célula vegetal contra su pared, el transporte intracitoplasmático no ocurre en la célula vegetal como en la animal. Evolutivamente las células vegetales desarrollaron un proceso que genera corrientes citoplasmáticas, llamado ciclosis que se basa en la interacción de actina con la miosina presentes en el citoplasma, facilitando el transporte intracitoplasmático. 4.-Presencia de almidón. Al contrario de las células eucariontes animales, que utilizan el polisacárido glucógeno como reserva energética, las células de las plantas tienen como polisacárido de reserva al almidón. 5.-Presencia de plasmodesmos. Las células vegetales poseen tubos de 20 a 40 nm de diámetro que ligan a las células vecinas. Estas conexiones son llamadas plasmodesmos, se generan simultáneamente con la pared celular primaria recién formada al final de la división celular y establecen canales para el tránsito de moléculas. Las células animales no presentan plasmodesmos. Solamente células de ciertos tejidos se comunican por las uniones comunicantes. 6.-La división mitótica. Es diferente en las células vegetales, ya que estas células no presentan centriolos como en el caso de los animales. La mayor parte de la mitosis en los vegetales ocurre en los meristemas, regiones localizadas principalmente en el extremo de las raíces y ramas, que contienen células con una intensa actividad mitótica, responsables del crecimiento en esas regiones. La división no está restringida a las células meristemáticas y las células vegetales, al contrario de las células animales, frecuentemente pueden volver a dividirse después de su completa diferenciación.
Figura: 2.22. Célula animal representativa, interpretada según microfotografías electrónicas. Como todas las células, ésta se encuentra limitada por una membrana celular. El citoplasma es atravesado y subdividido por un complejo sistemas de membranas, el retículo endoplásmico que en algunas áreas está cubierto por ribosomas, que son las estructuras especiales sobre los cuales los aminoácidos se ensamblan en proteínas. También se encuentran ribosomas en otras partes del citoplasma. Los complejos de Golgi son centros de empaquetamiento o compactación de moléculas sintetizadas dentro de la célula. Los lisosomas y peroxisomas son vesículas en las cuales diferentes tipos de moléculas se degradan a constituyentes más simples. Los mitocondrios son los encargados del suministro de energía para las actividades celulares. El citoesqueleto que es una red altamente compleja de filamentos proteicos, cuya función es: mantener la forma de la célula, fijar sus orgánulos y dirigir el tránsito molecular e intracelular. El cuerpo más grande de la célula es el núcleo y dentro de el se encuentra el nucléolo. (Curtis. p. 137)
Figura 2.23 Una célula vegetal relativamente joven, interpretada según fotomicrografías electrónicas. Al igual que la célula animal, está limitada por una membrana celular. Rodeando a la membrana celular hay una pared celular que contiene celulosa. Los plasmodesmos, que son canales que atraviesan las paredes celulares, suministran una conexión citoplasmática entre células contiguas. En las células vegetales, las vacuolas frecuentemente ocupan la mayor parte de la célula. Los cloroplastos, organelos donde ocurre la fotosíntesis generalmente se concentran cerca de la superficie de la célula. La célula vegetal presenta estructuras que también se encuentran en la célula animal, compara las figuras y podrás observarlas. (Curtis. p. 138) TABLA 2.8 ESTRUCTURAS CELULARES, DISTRIBUCIÓN EN LAS CÉLULAS VIVAS.
SUS
FUNCIONES
Y
ESTRUCTURA
FUNCIÓN
PROCARIONTES
PLANTAS
ANIMALES
DNA
DNA
DNA
Único, Circular, sin protínas
Muchos, lineales, con proteínas
Muchos, lineales, con proteínas .
Ausente
Presente
Presente
Delimita el núcleo, regula el movimiento de los materiales que entran y salen del núcleo.
Ausente
Presente
Presente
Sintetizan los ribosomas.
Ausente Presente
Presente
Organización del material genético Material genético
Codifica la información necesaria para construir una célula y controla la actividad celular.
Cromosomas
Contienen y controlan el uso del DNA
Núcleo
Contenedor de los cromosomas rodeado por una membrana.
Envoltura nuclear
Nucleolo
Tabla 2.8 Estaructuras celulares, sus funciones y distribución en las celulas
Estructuras citoplasmáticas Mitocondrias Producen energía mediante metabolismo aeróbico.
Ausente
Presente
Presente
Ausente
Presente
Ausente
Cloroplastos
Realizan la fotosíntesis.
Ribosomas
Dan lugar a la síntesis de proteínas
Presente
Presente
Presente
Retículo endoplasmático
Sintetizan componentes de membrana y lípidos.
Ausente
Presente
Presente
Muchas estructuras se enlistan como “ausente” en los procariontes, sin embargo, sus funciones con frecuencia son esenciales para la vida de cualquier célula. En los procariontes, estas funciones se realizan, pero no en estructuras visibles. Por ejemplo, los procariontes sintetizanCOMPONENTES enzimas digestivas sobre los ribosomas adosados a la membrana celular e QUÍMICOS DE LA CÉLULA inmediatamente secretan las enzimas, con las que digieren los alimentos fuera de la célula. Por lo tanto, aunque los procariontes no contienen retículo endoplásmico, vesículas secretoras y lisosomas, se realiza, la función de estos organelos. *Muchos procariontes Los seres vivos se distinguen por su compleja organización y función, presentan una semejanza sorprendente en lo que a su composición química se refiere, ya que en la formación de los principales compuestos no sólo intervienen los mismos elementos, sino con frecuencia éstos se encuentran en proporciones similares,
como en el caso de las proteínas que, en todos los organismos de los diferentes niveles evlutivos, se forman a expensas de los 20 aminoacidos fundamentales por medio de la biología molecular es posibles detectar y cuantificar las diferencias de los compuestos químicos que estén en las células de las diferentes especies. Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos de diferentes elementos que se combinan químicamente entre sí. Los elementos son sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios químicos ordinarios. La partícula más pequeña de un elemento es un átomo. Hay 92 elementos en la naturaleza y cada uno difiere de los otros en la estructura de sus átomos. En la integración y funcionamiento de los seres vivos intervienen, aproximadamente, 25 elementos llamados bioelementos. Bioelementos. Su distribución no es la misma, ni está en la misma proporción en los diferentes grupos de seres vivos, pero en general se puede considerar que el 99% de la materia viva está formada por 6 elementos importantes, para poder identificarlos fácilmente se les conoce con la sigla CHONPS (tabla 2.9), que corresponde al carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre. Los bioelementos se integran en diferentes combinaciones para formar molé culas de distin tos tama ños que dan orige n a los comp uesto s (tabla 2.10).
Compuestos orgánicos de la célula El elemento fundamental de los compuestos orgánicos es el carbono, que unido al hidrógeno y otros elementos (oxígeno, nitrógeno, fósforo o azufre.) es capaz de formar una gran variedad de compuestos. Desde el punto de vista biológico los más importantes son los siguientes: Carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos Carbohidratos. También conocidos como glúcidos, hidratos de carbono o azúcares. Son moléculas que contienen generalmente carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de un carbono por dos hidrógenos y un oxígeno, están agrupados en la forma H-C-OH. Los carbohidratos son las sustancias orgánicas más abundantes en la naturaleza, se sintetizan en las plantas verdes a partir de
agua y dióxido de carbono, con la ayuda de energía solar. Este proceso se denomina fotosíntesis y es la reacción de la que dependen todos los seres vivos, ya que es el punto de partida de la formación de alimentos. Generalmente los hidratos de carbono se dividen en 3 clases de acuerdo con el número de moléculas de azúcar que contienen: Monosacáridos o azúcares simples (una molécula de azúcar) Oligosacáridos (dos a diez moléculas de azúcar) Polisacáridos o azúcares complejos (muchas moléculas de azúcar) Monosacáridos: Han sido descritos con la fórmula (CH2O)n, donde n es el número de carbonos en el esqueleto, que puede ser de 3 a 7 carbonos (figura 2.24) Esta fórmula explica el nombre carbohidrato que literalmente, significa “carbono más agua”
Figura 2.24 Dos modos diferentes de clasificar a los monosacáridos según el número de átomos de carbono y según los grupos El gliceraldehído, Figurafuncionales. 2.25 En solución acuosa, la la ribosa y la glucosa contienen, además de losglucosa, grupos azúcar hidroxilo, grupo aldehído, deunseis carbonos, se llaman azúcares de aldosa (aldosas). La dihidroxiacetona, la ribulosa existe en dos estructuras en anillosy la fructosa contienen un grupo cetona y sealfa llaman azúcares de cetosa (cetosas). y beta que están en equilibrio. Curtis.p.85 La molécula pasa por la forma de cadena abierta en su transición de de grupos hidroxilo y un La grupo Monosacáridos: “Se caracterizan por la presencia una forma estructural a la otra. aldehído o cetona (figura 2.24) Estos grupos constituyen azúcares únicafuncionales diferencia en los dos anillos es la posición del grupo hidroxilo unido al átomo de carbono 1, en la forma alfa está por debajo del plano del anillo, y en forma beta, por encima de éste. (Curtis.p.86)
altamente solubles en solución acuosa y en moléculas que contienen más de cinco átomos, llevan a una reacción interna que cambia dramáticamente la conformación de la molécula. Cuando estos monosacáridos están en solución, el grupo aldehído o cetona tiene una tendencia a reaccionar con uno de los grupos hidroxilo, produciendo una estructura en anillo. En la glucosa, por ejemplo, el grupo aldehído del primer átomo de carbono reacciona con el grupo hidroxilo del quinto átomo de carbono, produciendo un anillo de seis miembros, como se ve en la (figura 2.25) Cuando se forma el anillo, puede cerrarse de dos maneras, estando ahora el grupo hidroxilo en el primer carbono, pero situado o bien por encima, o bien por debajo del plano del anillo. La forma en la que el grupo hidroxilo se encuentra debajo del plano se conoce como glucosa alfa, y la forma en la que está por encima del plano se conoce como glucosa beta. Esta pequeña diferencia entre las formas alfa y beta de la glucosa puede llevar a diferencias muy significativas en las propiedades de las moléculas más grandes formadas por los sistemas vivos a partir de la glucosa. Este monosacárido representa una fuente principal de energía para los humanos y otros vertebrados, es la forma en que el azúcar se transporta generalmente en el cuerpo animal” 20 Oligosacáridos: Son carbohidratos que se forman por la unión de dos a diez monosacáridos, estos se clasifican según el número de moléculas de sacáridos que contengan: disacáridos, los de dos moléculas, trisacáridos, de tres, tetrasacáridos de cuatro, etc.
El enlace característico mediante el cual se unen los monosacáridos se conoce como “enlace glucosídico” y es un enlace tipo: C-O-C (figura 2.26) derivado de la combinación de un grupo hidroxilo, de una molécula de monosacáridos, con una porción aldehído o cetona de la otra, con desprendimiento de una molécula de agua
20
H. Curtis. Biología. op. cit.pp. 85,86.
Figura 2.26 El disacárido disacárido sacarosa se sintetiza mediante una reacción de deshidratación, en la que se elimina un hidrógeno (-H) de la glucosa y un grupo hidroxilo (-OH) de la fructosa, formándose una molécula de agua y dejando los dos anillos de monosacáridos unidos mediante enlaces simples al átomo de oxígeno que se conserva. Los oligosacáridos más conocidos son los disacáridos: sacarosa, lactosa y maltosa (tabla 2.12) Los disacáridos se utilizan frecuentemente para el almacenamiento de energía a corto plazo, en especial en los vegetales, cuando se requiere de energía, se desdoblan nuevamente en subunidades de monosacáridos mediante hidrólisis.
Polisacáridos: Están constituidos por la unión de varios monosacáridos principalmente glucosa unidos en cadenas largas.Por la función biológica que desempeñan los polisacáridos pueden ser: estructurales (celulosa, quitina) y de almacenamiento (almidón y glucógeno)
Para comprender la diferencia entre polisacáridos estructurales y de almacenamiento de energía; se tomará como referente a la molécula de glucosa que es una cadena de seis átomos de carbono y que cuando está en solución, tal como ocurre en la célula, asume una forma de anillo. El anillo puede estar cerrado de dos maneras. Una de las formas de anillo se conoce como alfa y la otra como beta (figura 2.25) El almidón y el glucógeno están constituidos completamente por unidades alfa. La celulosa en su totalidad por unidades beta (2.27). Ésta ligera diferencia evita que las enzimas digestivas de los animales rompan los enlaces entre las subunidades de glucosa.
Figura 2.27 Estructura de la celulosa. La celulosa, igual que el almidón se compone de subunidades de glucosa, pero la orientación del enlace entre las subunidades en la celulosa es diferente, de tal manera que cada molécula de
glucosa está invertida. A diferencia del almidón, la celulosa tiene una gran fuerza estructural, debida parcialmente a la diferencia en sus enlaces y también el arreglo de moléculas paralelas de la celulosa en fibras con enlaces cruzados largos. Las células de las plantas generalmente producen fibras de celulosa en capas, que corren en ángulos diferentes unas de otras, dando como resultado la resistencia para el estiramiento en ambas ambas direcciones. (Audesirk.P.43) Polisacáridos estructurales: El polisacárido estructural más abundante de la naturaleza es la celulosa, formada por muchas moléculas de glucosa y es el componente fundamental de la pared celular, cuya función principal es brindar protección y soporte mecánico a la célula vegetal. Las vacas y otros rumiantes, las termitas y las cucarachas pueden utilizar a la celulosa como fuente de energía, gracias a la simbiosis de los microorganismos que habitan en sus aparato digestivo, ya que tienen la capacidad de romper la celulosa para formar moléculas de glucosa y de esta forma asimilar este carbohidrato. La celulosa es la materia prima para la fabricación de papel. En los animales el polisacárido más abundande es la quitina, polisacárido en el que las subunidades de glucosa se han modificado químicamente y presenta un grupo que contiene nitrógeno, la quitina es un componente principal de los exoesqueletos de los artrópodos, tales como los insectos y crustáceos, y también de las paredes celulares de muchos hongos; es un polisacárido resistente y duro. Al menos 900 mil especies diferentes de organismos pueden sintetizar quitina. Polisacáridos de almacenamiento: El almidón es un producto de reserva se encuentran en cereales, como el arroz, el trigo y el maíz, en productos vegetales como la papa y en legumbres como el frijol. El almidón tiene dos formas: La amilosa y la amilopectina, ambas formadas por unidades de glucosa acopladas.
El glucógeno es el almidón animal, “es la principal forma de almacenamiento del azúcar en los animales superiores. En los vertebrados, el glucógeno se almacena principalmente en el hígado y el tejido muscular. Si hay un exceso de glucosa en el torrente sanguíneo, el hígado forma glucógeno. Cuando la concentración de glucosa en la sangre baja, la hormona glucagón, producida por el páncreas, se descarga en el torrente sanguíneo, el glucagón estimula al hígado para hidrolizar el glucógeno a glucosa, la cual entra en el torrente sanguíneo. La formación de polisacáridos a partir de monosacáridos requiere energía. Sin embargo, cuando la
célula necesita energía, estos pueden ser hidrolizados, liberando monosacáridos que a su vez pueden oxidarse, suministrando energía para el trabajo celular.” 21
LÍPIDOS También se les conoce como grasas, son insolubles en solventes polares como el agua, pero se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales como el 21 Ibid.
p. 89
alcohol, el éter, la acetona y el cloroformo. Al igual que los carbohidratos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno como elementos principales, aunque pueden incluir en su estructura otros elementos químicos como fósforo, nitrógeno y azufre. Dada la diversidad de características químicas de los lípidos existen diferentes clasificaciones, atendiendo a los criterios de saponificación. Se clasifican en dos grupos: los que poseen en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) y los que no lo poseen (lípidos insaponificables).
A las moléculas de grasa se les conoce también con triglicéridos y se dicen que son neutros porque contienen grupos no polares. Una molécula de grasa consta de tres moléculas de ácido graso unidas a una molécula de glicerol. El glicerol es un alcohol de tres carbonos que contienen tres grupos hidroxilo. Un ácido graso es una cadena de hidrocarburo larga que termina en un grupo carboxilo (-COOH), la cadena no polar es hidrofóbica, mientras que el grupo carboxilo da a una porción de la molécula las propiedades de un ácido, cada enlace entre el glicerol y el ácido graso está formado por la eliminación de una molécula de agua (figura 2.28). Los ácidos grasos que no aceptan la incorporación de más de un átomo de hidrógeno y que no presentan enlaces dobles, se dice que son saturados, como el ácido esteárico. Los ácidos grasos que presentan átomos de carbono unidos por enlaces dobles, se dice que es no saturado, porque sus átomos de carbono tienen el potencial para formar enlaces adicionales con otros átomos, como el ácido oleico (figura 2.28). Las grasas no saturadas comúnmente se llaman aceites, son más
comunes en las plantas que en los animales (aceite de oliva, aceite de cacahuate). Las grasas animales, como la manteca, el tocino o la mantequilla, contienen ácidos grasos saturados y habitualmente sus temperaturas de fusión son más elevadas.
Figura 2.28 Una molécula de grasa está formada por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. (De aquí el nombre de “triglicérido”). Las largas cadenas hidrocarbonadas de las que están compuestos los ácidos grasos terminan en grupos carboxilo (-COOH), que se unen covalentemente a la molécula de glicerol. Cada enlace se forma cuando una molécula de agua se elimina (condensación). Las propiedades físicas de una grasa, por ejemplo su punto de fusión, están determinadas por las longitudes de sus cadenas de ácidos grasos y por si las cadenas son saturadas o no saturadas. Aquí se muestra tres ácidos grasos diferentes. Los ácidos grasos esteárico y palmítico son saturados y el ácido oleico es no saturado, como puede verse por el doble enlace en su estructura. Curtis p.93 Los triglicéridos tienen las siguientes funciones: Sirven como reserva de energía. Los animales almacenan grasa en el tejido adiposo y estos depósitos representan reservas alimenticias que se utilizan a corto o a largo plazo. Protegen al cuerpo del frío, ya que son aislantes térmicos y colaboran a disminuir la pérdida de calor. Protegen, contra la fricción, a ciertas estructuras del organismo como el corazón y las articulaciones.Son abundantes en la vaina de mielina de las fibras nerviosas, donde se considera que desempeñan una función de protección.
Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidos y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas y frutos, están cubiertas de una capa de cera protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal. Fosfolípidos: Recibe este nombre una gran variedad de lípidos que además de carbono, hidrógeno y oxígeno contienen fósforo y en muchos casos también nitrógeno. Son ésteres derivados del glicerol o glicerina, en los que uno de los radicales ácidos del glicérido está sustituido por el ácido fosfórico. Todos los fosfolípidos tienen una “cola”, hidrófoba que consta de dos cadenas de ácidos grasos y una cabeza “hidrófila” (figura 2.29), constituida por un residuo de ácido fosfórico cargado negativamente, el cual está unido, a su vez, a un grupo cargado positivamente. Los fosfolípidos son, por lo tanto, moléculas anfipáticas, ya que en la misma molécula existen las dos regiones, hidrófila e hidrófoba. Por lo cual, tiende a formar membranas cuando se colocan en un medio acuoso, de tal modo que las cabezas están orientadas hacia el agua y las colas hacia el interior, (figura 2.30). Los fosfolípidos desempeñan un papel muy importante en los organismos, ya que son componentes de las membranas celulares tanto de vegetales como de animales, participando en la regulación de la entrada y salida de materiales a la célula. (Transporte a través de la membrana celular).
Figura 2.29 Una molécula de fosfolípidos está formada por dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol, como en una grasa y por un grupo fosfato unido al tercer carbono del glicerol. También contiene habitualmente un grupo químico adicional, indicado con la letra R. Las “colas”, de ácido insolubles en agua (hidrofóbicas), la “cabeza” polar que contiene a los grupos fosfato y R, es soluble (hidrofílica).
Figura 2.30 a) Dado que los fosfolípidos tienen cabezas solubles en agua y colas insolubles en ella, tienden a formar una película delgada en una superficie acuosa, con sus colas extendidas por encima del agua. b) Rodeadas de aguas, aguas, se distribuyen espontáneamente en dos capas, con sus cabezas hidrofílicas (amantes del agua), extendidas hacia fuera y sus colas hidrofóbicas (temerosas del agua) hacia adentro. Esta disposición constituye la base estructural de la base estructural de las membranas celulares. (Curtis: P.94) Glucolípidos: (“lípidos con azúcar”), se clasifican en cerebrósidos y gangliósidos. En este grupo de lípidos, el tercer carbono de la molécula de glicerol
no está ocupado por un grupo fosfato, sino por una cadena de carbohidrato corta. Al igual que la cabeza de fosfato de un fosfolípido, la cabeza de carbohidrato de un glucolípido es hidrofílica, y las colas de ácidos grasos son hidrofóbicos. En solución acuosa, los glucolípidos se comportan del mismo modo que los fosfolípidos y también son componentes importantes de las membranas celulares, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares. Esteroides: Son estructuralmente diferentes a todos los otros lípidos. Todos los esteroides están compuestos de 4 anillos de carbono fusionados (figura 2.31), con diferentes grupos funcionales salientes. Comprenden dos grupos de sustancias:
1.-Esteroles: Como el colesterol y la vitamina vitamina D 2.-Hormonas esteroides: Como las hormonas suprarrenales y las hormonas sexuales.
Figura 2.31 Dos ejemplos de esteroides, a) La molécula de colesterol está forma por cuatro anillos de carbono y una cadena hidrocarbonada, b) la testoterona hormona sexual masculina sintetizada a partir del colesterol por células de los testículos, también tiene la estructura característica de cuatro anillos, pero carece de la hidrocarbonada. (Curtis p.95)
“El colesterol se encuentra en las membranas celulares (exceptuando las células bacterianas), aproximadamente el 25% (en peso seco), de la membrana de un glóbulo rojo es colesterol. También es un componente principal de la vaina de mielina, la membrana lipídica que envuelve a las fibras nerviosas de conducción rápida, acelerando el impulso nervioso. El colesterol es sintetizado en el hígado a partir de ácidos saturados y también se obtiene en la dieta principalmente en la carne, el queso y las yemas de huevo. Las altas concentraciones de colesterol en la sangre están asociadas con la arterosclerosis, en la cual el colesterol se encuentra en depósitos grasos en el interior de los vasos sanguíneos enfermos. Las hormonas sexuales y las hormonas de corteza adrenal (la porción más externa de las glándulas suprarrenales, que se encuentran por encima de los riñones) también son esteroides. Estas hormonas se forman a partir del colesterol en los ovarios, testículos, corteza suprarrenal y otras glándulas que las producen” 22.
22
Ibid. p. 95
Prostaglandinas: Son lípidos cuya molécula básica está constituída por 20 átomos de carbono que forman un anillo ciclopentano y dos cadenas alifáticas. Estas sustancias tienen una marcada actividad biológica a nivel celular sobre distintas funciones, como secreción de ácido en el estómago, contracción y relajamiento de músculos, regulación de la temperatura corporal, agregación de las plaqueteas sanguíneas, control de la inflamación y de la permeabilidad vascular. Terpenos: Son constituyentes notables de ciertos vegetales, y a ellos se deben su olor y sabor característicos. Son componentes importantes de los “aceites esenciales” derivados de dichos vegetales, por ejemplo, los terpenos alcanfor, limonero y mentol se presentan en el aceite de alcanfor, de limón y de menta, respectivamente. Un alcohol terpenoide llamado fitol forma parte de la molécula de clorofila.
Otros terpenoides incluyen el caucho (o hule) natural y los pigmentos carotenoides que absorben la energía lumínica en la fotosíntesis y originan los colores amarillo y naranja de las zanahorias, los follajes del otoño y otro materiales vegetales. Las vitaminas liposolubles A, D, E y K, se sintetizan a partir de los mismos precursores de cinco carbonos como los terpenos. Los carotenos vegetales son precursores de la vitamina A, la cual se encuentra solamente en los animales. Proteínas Son moléculas grandes y complejas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, sin embargo muchas también poseen azufre, fósforo y otros elementos como magnesio, hierro, zinc y cobre (aunque estos últimos en cantidades muy pequeñas). Las proteínas son los componentes principales de la célula constituyendo más del 50% de su peso seco. Están constituidas por unidades más simples llamadas aminoácidos, su denominación responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (- NH2) y otro carboxilo o ácido (-COOH) se unen a un carbono (- C -). Las otras dos valencias de ese carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (-H) y con un grupo variable al que se denomina radical (-R) (Figura 2.32a). Teóricamente es posible la existencia de una gran variedad de aminoácidos distintos, pero solamente veinte tipos diferentes se utilizan para construir las proteínas (Figura 2.32 b). Los aminoácidos que un organismo no puede sintetizar y por tanto tienen que ser suministrados con la dieta se denominan aminoácidos
esenciales; y aquellos que el organismo puede sintetizar se llaman aminoácidos no esenciales.
Para la especie humana son esenciales ocho aminoácidos: treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto). Las diferencias entre los veinte aminoácidos radican en sus grupos laterales (-R). En ocho de las moléculas, el grupo está formado por cadenas cortas o por anillos de carbono e hidrógeno, estos grupos son no polares y por tanto hidrofóbicos. Los grupos laterales de siete de los aminoácidos tienen cadenas laterales que son ácidos débiles o bases débiles; dependiendo del grupo lateral en particular y del pH de las soluciones, por su carga eléctrica pueden ser positivos, negativos o neutros. Los aminoácidos están unidos entre sí por enlaces covalentes que se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-
Figura 2.32 Cada aminoácido contiene un grupo amino (-NH 2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un átomo de carbono central. Un Un átomo de hidrógeno y un grupo lateral están unidos al mismo átomo de carbono. Esta estructura básica es idéntica en todos los aminoácidos. La “R” indica el grupo lateral, que es diferente en cada tipo de aminoácido. b) Los veinte aminoácidos diferentes usados en la construcción de las proteínas. Como puede verse, la estructura esencial es la misma en las veinte moléculas, pero los grupos laterales difieren. Estos grupos pueden ser no polares (sin diferencia de carga entre una zona y la otra), polares pero con cargas balanceadas de modo tal que el grupo lateral en conjunto es neutro, o negativamente cargado o positivamente cargado. Los grupos laterales no polares no son solubles en agua, mientras que los grupos laterales polares y cargados son solubles en agua. (Curtis, P. 98) NH2) del otro, con desprendimiento de una molécula de agua. El enlace entre estos dos grupos se denomina “enlace peptídico”, la molécula que se forma por la unión de muchos aminoácidos se llama polipéptido (Figura 2.33). La secuencias de aminoácidos en la cadena polipeptídica determina el carácter biológico de la molécula proteica; aun una pequeña variación en la secuencia puede alterar o destruir la manera de funcionar de la proteína.
Figura 2.33 a) Un enlace peptídico es un enlace covalente formado por condensación b) Los polipéptidos, son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, en los que el grupo amino de un ácido se une al grupo carboxilo de su vecino. (Curtis. p. 99)
Para ensamblar los aminoácidos en proteínas, una célula no sólo debe tener una cantidad bastante grande de aminoácidos, sino también suficiente cantidad de cada tipo. Las proteínas son moléculas organizadas que se presentan en una gran variedad de formas. Los biólogos reconocen cuatro niveles de organización en la estructura proteica: Estructura primaria. Está representada por la sucesión lineal de aminoácidos que forman la cadena peptídica y por lo tanto indica que aminoácidos componen la cadena y el orden en que se encuentran. El ordenamiento de los aminoácidos en
cada cadena peptídica, no es arbitrario sino que obedece a un plan predeterminado en el ADN. Estructura secundaria. Se forma por la disposición espacial que adopta la cadena peptídica a medida que se sintetiza en los ribosomas. Es debida a los giros y plegamientos que sufre como consecuencia de la capacidad de rotación del carbono y de la formación de enlaces débiles (puente de hidrógeno).
Linus Pauling y Robert Corey (1951) descubrieron que podían formarse puentes de hidrógeno entre el hidrógeno ligeramente positivo del grupo amino de un aminoácido y el oxígeno ligeramente negativo del carboxilo de otro aminoácido. Ellos identificaron dos estructuras que podrían ser resultado de estos puentes de hidrógeno. Una de éstas fue llamada hélice alfa, porque fue la primera en ser descubierta, y la segunda, hoja o lámina plegada beta . Las proteínas que en la mayor parte de su longitud asumen una forma de hélice o de hoja plegada se conocen como proteínas fibrosas. Estructura terciaria. Corresponde a la estructura de la mayoría de las proteínas globulares, presentándose superplegamientos y enrollamientos de la estructura secundaria, constituyendo formas tridimensionales geométricas muy complicadas que se mantienen por enlaces fuertes y otros débiles. “Los puentes de disulfuro que se forman entre los aminoácidos cisteína pueden colocar parte de una proteína cerca de otra. Fuerzas internas, debidas al tamaño y las propiedades de los grupos funcionales en los aminoácidos específicos presentes, también pueden moldear una proteína. Por ejemplo, los aminoácidos con grupos R muy grandes (como la fenilalanina), son muy voluminosos para que puedan mantenerse uno junto a otro en una sola hélice. Como resultado, la hélice se pliega.
Probablemente la influencia más importante sobre la estructura terciaria de una proteína es su medio celular, específicamente si la proteína está disuelta en el citoplasma, en los lípidos de la membrana o la mitad en una y la otra mitad en la otra. Los aminoácidos hidrofílicos pueden formar enlaces de hidrógeno con moléculas cercanas de agua, pero los aminoácidos hidrofóbicos no pueden. Por lo tanto, una proteína disuelta en agua se pliega en un arreglo irregular, con sus aminoácidos hidrofílicos viendo hacia el medio acuoso externo y los hidrofóbicos hacia el interior, reunidos en el centro de la molécula”. 23
23
T. Audesirk. G. G. Audesirk. Audesi rk. op. cit. p. 50
Estructura cuaternaria . Se refiere a la organización espacial adquirida cuando dos o más cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes, con estructuras terciarias quedan autoensambladas por enlaces débiles, no covalentes, presentando su propia conformación tridimensional . Esta estructura no la poseen todas las proteínas, la hemoglobina es una proteína que presenta los cuatro niveles estructurales, consta de dos pares de péptidos muy similares, que se mantienen unidos mediante enlaces de hidrógeno.
Clasificación de las proteínas Según su conformación: Se entiende como conformación, la orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los ejes de sus enlaces. Existen dos clases de proteínas que difieren en sus conformaciones características: “proteínas fibrosas” y “proteínas globulares”. Proteínas fibrosas. Constan de cadenas largas, dotadas a menudo de secuencias repetitivas de ciertos aminoácidos, peculiaridad de la estructura primaria que se refleja en las configuraciones hélice alfa y beta laminar plegada de la estructura secundaria, su función es básicamente estructural, forma parte de la piel, músculos, tendones y tejido conectivo.
A continuación se describen las principales principale s proteínas fibrosas: colágeno, queratina, fibrinógeno y proteínas musculares. El colágeno, forma parte de huesos, piel, tendones y cartílagos, es la proteína más abundante en los vertebrados. La moléculas contiene por lo general tres cadenas polipeptídicas muy largas, cada una formada por unos 1 000 aminoácidos, trenzadas en una triple hélice siguiendo una secuencia regular que confiere a los tendones y a la piel, su elevada resistencia a la tensión. Cuando las largas fibrillas de colágeno se desnaturalizan por calor, las cadenas se acortan y se convierten en gelatina. La queratina, constituye la capa externa de la piel, el pelo y las uñas en el ser humano y las escamas, pezuñas, cuernos y plumas en los animales. La queratina protege el cuerpo del medio externo y es por ello insoluble en agua.
El fibrinógeno es la proteína plasmática de la sangre responsable de la coagulación. Bajo la acción catalítica de la trombina, el fibrinógeno se transforma en la proteína insoluble fibrina, que es el elemento estructural de los coágulos sanguíneos o trombos. La miosina, que es la principal proteínas responsable de la contracción muscular, se combina con la actina, y ambas actúan en la acción contráctil del músculo esquelético y en distintos tipos de movimiento celular. Proteínas globulares. Carecen de la regularidad que se observa en las estructuras primaria y secundaria de las proteínas fibrosas, pero exhiben complejos patrones de plegamiento que producen una estructura terciaria globular. En general, son proteínas de gran actividad funcional; los anticuerpos, algunas hormonas, la hemoglobina, las enzimas entre otras pertenecen a este grupo. Son solubles en medios acuosos, en algunas ocasiones tienen funciones estructurales como en los microtúbulos.
Los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas, agrupan los miles de proteínas distintas que se producen en el suero sanguíneo como respuesta a los antígenos (sustancias u organismos que invaden el cuerpo). Un solo antígeno puede inducir la producción de numerosos anticuerpos, que se combinan con diversos puntos de la molécula antigénica, la neutralizan y la precipitan en la sangre. Las hormonas proteicas son segregadas por las glándulas endocrinas, no actúan como las enzimas, sino que estimulan a ciertos órganos fundamentales que a su vez inician y controlan actividades importantes, como el ritmo metabólico o la producción de enzimas digestivas y de leche. La insulina, segregada por los islotes de Langerhans en el páncreas, regula el metabolismo de los hidratos de carbono mediante el control de la concentración de glucosa. La tiroxina, segregada por el tiroides, regula el metabolismo global; y la calcitonina, también producida en el tiroides, reduce la concentración de calcio en la sangre y estimula la mineralización ósea. La hemoglobina es una proteína respiratoria que transporta oxígeno por el cuerpo; a ella se debe el color rojo intenso de los eritrocitos. Se han descubierto más de cien hemoglobinas humanas distintas, entre ellas la hemoglobina S, causante de la anemia de células falciformes.
Todas las enzimas son proteínas globulares que se combinan con otras sustancias, llamadas sustratos, para catalizar las numerosas reacciones químicas del organismo. Estas moléculas, principales responsables del metabolismo y de su regulación, tienen puntos catalíticos a los cuales se acopla el sustrato igual y controla el metabolismo en todo el cuerpo. Los microtúbulos son agrupaciones de proteínas globulares que actúan como entramado estructural de las células y, al mismo tiempo, transportan sustancias de una parte de la célula a otra. Cada uno de estos microtúbulos está formado por dos tipos de moléculas proteicas casi esféricas que se disponen por parejas y se unen en el extremo creciente del microtúbulo y aumentan su longitud en función de las necesidades. Los microtúbulos constituyen también la estructura interna de los cilios y flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos microorganismos para moverse. Las paredes del tubo están formadas por dos tipos de subunidades de una proteína globular, la alfa y la beta tubulina. Según su composición: Pueden clasificarse en proteínas simples y conjugadas. Las simples son aquellas que están formadas únicamente por la unión de aminoácidos, ligados unos con otros por enlaces peptídicos, mientras que las conjugadas son las que en su molécula presentan otros componentes orgánicos o inorgánicos. La porción no proteica de una proteína conjugada se denomina “grupo prostético”, en la tabla 2.14, muestra la clasificación y ejemplos.
Funciones de las proteínas Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las proteínas son específicas de cada una y permiten a las células mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones (tabla 2.15). Todas las proteínas realizan su función de la misma manera: por unión selectiva a moléculas. Las proteínas estructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteína para originar una estructura mayor. Sin embargo, otras proteínas se unen a moléculas distintas: los anticuerpos a los antígenos específicos, por ejemplo.
Tabla 2.15 Clasificación de las proteínas de acuerdo a su función EJEMPLOS Insulina Adenocorticotrófica Del crecimiento Calcitonina Proteínas estructurales Glucoproteínas Mucoproteínas Alfa queratina Colágena
FUNCION Regula el metabolismo de la glucosa Regula la síntesis de corticosteroides Estimulan el crecimiento de los guesos Regula l metabolismo del calcio. Forman parte de la cubierta y pared celular Se encuentran en el líquido sinovial y secreciones. En piel, plumas, uñas y cuernos. En tejidos conectivos como tendones, hueso y cartílagos
ÁCIDOS NUCLEÍCOS Son macromoléculas complejas de elevado peso molecular de naturaleza ácida, de suma importancia biológica, se localizan principalmente en el núcleo pero también
en el citoplasma. La secuencia de bases nitrogenadas en estas moléculas (polímeros) codifica la información genética necesaria para todos los aspectos de la herencia biológica. A ello se debe la evolución diversificadora de lo organismos, las mutaciones positivas y las alteraciones negativas que producen malformaciones en los individuos. Estos ácidos no sólo dirigen la síntesis de enzimas y de otras proteínas, sino que también son las únicas moléculas que tienen el poder (con la ayuda de enzimas adecuadas) de autorreplicarse, que representa una manifestación básica de la vida. Los dos tipos de ácidos ácidos nucleicos en las células son: Ácido desoxirribonucleico. (DNA) Ácido ribonucleico. (RNA) Ambos son polímeros de unidades repetidas llamadas nucleótidos (monómeros), cada uno de los cuales está formado por un azúcar de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada (púrica o pirimídica) y una molécula de ácido fosfórico. Además de los lo s nucleótidos nucleó tidos que constituyen const ituyen las moléculas mo léculas de los ácidos nucleícos, las células contienen cantidades relativamente grandes de nucleótidos libres, que desempeñan principalmente funciones de coenzimas. Por hidrólisis parcial es posible retirar el radical fosfato de los nucleótidos, aparecen entonces compuestos denominados nucleósidos, constituidos por una pentosa y una base. La estructura de los ácidos nucleicos es importantísima en los mecanismos de la herencia y de la síntesis de proteínas. Los ácidos nucleicos se presentan detalladamente en la unidad III, tema 3.2. Por lo cual le pedimos revisar dicho tema para que pueda obtener la información que completa el tema de compuestos orgánicos de la célula.
TABLA 2.16 LAS PRINCIPALES MOLÉCULAS BIOLÓGICAS Clases moléculas
de
Principales subtipos
Ejempl o
Función
Carbohidrato: Monosacárido: Azúcar simple Glucosa Generalmente contiene carbono, oxígeno e Disacárido: dos monosacáridos Sacarosa hidrógeno, en unidos la fórmula Almidón aproximada (CH2O)n Polisacárido: muchos Glucógeno monosacáridos (generalmente glucosa) Celulosa unidos
Lipido: contiene una alta proporción de carbono e hidrógeno. Generalmente es no polar e insoluble en agua.
Fuen Fuente te de de energ energía ía imp impor orta tant ntee para para las las cél cél subunidad subunidad de la que están están hechos hechos las may may parte de polisacáridos. Principal azúcar transportada en los cuerpos de las plantas terrestres. Almacenamiento de energía en plantas. Almacenamiento de energía en animales. Material estructural en plantas.
Triglicérido: tres ácidos grasos Aceite, grasa unidos a un glicerol.
Almacenamiento de energía en animales y algunas plantas.
Cera: números variables de Ceras en cutícula de Cubierta a prueba de agua en las ácidos grasos unidos a una plantas hojas y tallos de las plantas de tierra. cadena larga de alcohol. Componente común de las membranas Fosfolípidos: grupos fosfato en las células. polar y dos ácidos grasos Fosfatidilcolina unidos a un glicerol. Componente común de las membranasde células eucarióticas; Colesterol precursor de otrosesteroides como la Esteroides: cuatro anillos testosterona y las sales biliares. unidos de átomos de carbono con grupos funcionales agregados.
Proteína: cadenas de aminoácidos. Contiene carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre.
Ácido nucleico: Ácidos nucleicos de cadena formados de larga subunidades de nucleótidos; pueden consistir en un solo nucleótido o en una cadena larga de Nucleótidos simples nucleótidos.
Queratina
Proteína helicoidal, componente del cabello.
principal
Proteína en forma de lámina delgada; de la seda producida por la polilla y las arañas.
Seda
Hemoglobina
Proteína globular compuestade cuatro subunidades peptídicas; transporte de oxígeno en la sangre de los vertebrados.
Ácido desoxirribonucleico (DNA) Ácido ribonucleico(RNA)
Material genético de todas las células vivas.
Trifosfato adenosina(ATP) Monosfosfato adenosina cíclico (AMP cíclico)
Material genético de algunos virus; en las células vivas, es esencial en el intercambio de información genética del DNA a proteínas. de Principal molécula transportadora de de energía a corto plazo en las células. Mensajero intracelular. (Audesir. p.39)
COMPUESTOS INORGÁNICOS DE LA CÉLULA Las células están constituidas por una gran cantidad y variedad de moléculas tanto orgánicas como inorgánicas; dentro de estás últimas básicamente se encuentra las siguientes: agua, sales minerales y gases disueltos. Agua El agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, unidos mediante enlaces covalentes. Del total de los componentes de las células un 75 a 85% es agua , entre el 2 y el 3% son sales minerales y el resto son compuestos orgánico. Como se puede apreciar el agua es el compuesto inorgánico mas abundante, sin embargo, puede encontrarse en porcentajes muy bajos como en el caso de huesos, dientes y semillas, o en el caso contrario, en las medusas llega a más del 95%. El contenido de agua de un organismo está en relación con la edad y con la actividad metabólica; es mayor en el embrión (90-95%) y disminuye con los años. “El agua es un ejemplo de una molécula polar. Una molécula polar es una molécula con una distribución desigual de cargas; eso significa que cada molécula tiene una parte positiva y una negativa. Las moléculas polares del agua se atraen unas a otras, así como los iones y otras moléculas polares. Debido a esta atracción, el agua tiene la habilidad para disolver muchas sustancias polares, como el azúcar. Las moléculas de agua se atraen entre sí. Los átomos de hidrógeno cargados positivamente de una molécula de agua atraen al átomo de oxígeno cargado negativamente de otra molécula de agua. Esta atracción de cargas opuestas entre el hidrógeno y el oxígeno, forma un enlace débil llamado enlace de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son muy importantes para los organismos porque ayudan a mantener unidas grandes moléculas, como las proteínas” 24 El mantenimiento de un medio interno acuoso y estable es la principal misión fisiológica de todos los organismos, tanto terrestres como acuáticos. El agua tiene varias propiedades extraordinarias que en su mayor parte son debidas a los enlaces (puentes) de hidrógeno que se forman en sus moléculas, y que determinan sus propiedades fisicoquímicas que resultan ideales para el metabolismo celular. De estas propiedades destacan las siguientes: 24
A. Biggs. et. al. op. cit. p.168
Elevado calor específico, el agua necesita más calor para aumentar su temperatura que otras sustancias. Y así mismo, pierde mucho calor cuando se enfría. Esta propiedad es muy importante porque los cambios de temperatura pueden tener efectos muy fuertes sobre los seres vivos que habitan en determinada región. Las zonas costeras tienen menos variaciones de temperatura que las que se encuentran hacia el interior del continente y a la misma latitud, dado que se encuentran cerca de grandes cuerpos de agua. Elevado calor de evaporación, debido a que el agua atrae fuertemente a otras moléculas, gasta mucha energía en evaporarse. Cuando el agua se calienta, sus moléculas empiezan a vibrar cada vez más rápido. Y a medida que el agua aumenta de temperatura, las moléculas de la superficie empiezan a separarse del resto y a evaporarse. Este calor de vaporización tan alto es el que ayuda al cuerpo humano a enfriarse. Cuando el sudor se evapora de la piel, se lleva consigo el calor de vaporización del cuerpo ayudando así a que éste se enfríe. Se expande cuando se congela, el agua es una de las pocas sustancias que se expande cuando se congela. Debido a esta propiedad, el hielo es menos denso que el agua líquida y flota cuando se encuentra en un lago, un río o en el mar. El agua contenida en las grietas de las rocas se expande al congelarse, y con frecuencia llega a romper las rocas. Con el paso del tiempo este proceso llega a formar suelo. Elevada tensión superficial, esta propiedad es uno de los aspectos de la gran cohesión de las moléculas del agua; su tendencia a agruparse entre ellas mediante enlaces de hidrógeno, hace que las moléculas de la capa superficial del agua actúen como una película, capaz de sostener pequeños animales como lachinche de agua. A pesar de su elevada tensión superficial, el agua tiene una baja viscosidad, propiedad que favorece el movimiento de la sangre a través de los pequeños capilares y las uniones citoplasmáticas intracelulares. Disolvente excelente, las sales se disuelven mucho mejor en agua. Este es consecuencia de la naturaleza bipolar del agua, que hace que se oriente alrededor de las partículas cargadas disueltas en ella. Por ejemplo, cuando el NaCI se disuelve en agua, los iones Na + y CI- presentes en la sal sólida, se separen rápidamente como iones independientes. Las zonas negativas de los dipolos del agua se reúnen alrededor de los iones Na +, mientras que las zonas positivas lo hacen en torno a los iones CI -, esto mantiene a los iones separados. Esta propiedad le permite el transporte de diferentes sustancias a través de las membranas celulares. Así los nutrientes son tomados por las células y los desechos son eliminados de éstas en forma de solución.
Interviene en reacciones químicas importantes que suceden en las células vivas. El oxígeno que liberan las plantas verdes en el aire proviene del agua durante la fotosíntesis. Cuando su cuerpo sintetiza proteínas, grasas, ácidos nucleicos o azúcares, produce agua durante el proceso y por el contrario cuando ingiere proteínas, grasas o azúcares en los alimentos que consume, el agua se utiliza en las reacciones. Actúa como lubricante de algunas regiones del cuerpo, especialmente donde los órganos se intercomunican.
Resulta irónico que, a pesar del papel fundamental del agua para todos los seres vivos, el suministro de agua en el mundo esté en grave peligro debido a que el hombre esta contaminado las aguas dulces de la superficie del planeta, las aguas subterráneas y los océanos, con residuos tanto naturales como industriales, por tal motivo la humanidad requiere de soluciones urgentes y así evitar un desastre mundial. Sales minerales Los compuestos minerales suministran elementos necesarios para la vida, pueden provenir del suelo, estar disueltos en el agua o encontrarse como sales en el agua salada.La sal es el compuesto en el que el átomo de hidrógeno de un ácido es sustituido por algún metal; puede disociarse en iones positivos y iones negativos. Al disolverse disolver se en agua un ácido, una base o una sal, los lo s iones que participan en su composición se separan, estas partículas se denominan electrolitos por tener la capacidad de conducir corriente eléctrica. Las células y los fluidos extracelulares contienen gran variedad de sales minerales en forma de iones: cationes y aniones. Los minerales sólidos, como calcio, magnesio y fósforo, se encuentran formando parte de órganos duros como huesos y dientes en animales; en los vegetales pueden formar depósito sobre su superficie, sobre todo de calcio y sílice; el fósforo también participa en la composición de moléculas como ATP y ácidos nucleicos.
Los minerales en disolución, pueden ser metálicos o no metálicos e intervienen en funciones como las siguientes: Establecer estados físicos adecuados de membrana y citoplasma (potasio, sodio y cloro) Activadores de enzimas de plantas y animales (potasio, magnesio, calcio) Contracción muscular (potasio, sodio, calcio) Fotosíntesis (nitratos, sodio, magnesio, manganeso) Como fluidos del cuerpo animal (sodio, calcio, cloro) Absorción del fierro en la formación de hemoglobina y citocromo (cobre )
En la producción de semillas y flores y en la biosíntesis de hormonas vegetales (zinc) Impulso nervioso (sodio y potasio) Gases Componentes inorgánicos indispensables para la existencia de los seres vivos, son: el oxígeno y el bióxido de carbono , que se utilizan en la respiración y en la fotosíntesis, respectivamente; éstos pueden estar disueltos o integrados a los organismos. Con el O2, el carbono forma frecuentemente moléculas presentes en los seres vivos como los alcoholes –C-OH, los carboxilos –COOH y los carbonilos C=O (aldehídos y cetonas). El CO2 y el O2 son solubles en agua. El O 2 se combina fácilmente con los electrones, por lo que muchas de las moléculas se los transfieren con liberación de energía (como la respiración). Por otra parte, el hidrógeno tiene afinidad hacia el oxígeno, con el que forma óxidos. A esa capacidad (desoxidante) se le llama reductora, que es opuesta a la capacidad oxidante del oxígeno. Estas capacidades son de gran importancia, sobre todo en los procesos de la obtención de energía que se encuentra contenida en los alimentos.
2.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
La teoría evolucionista nos plantea la lenta transformación de la tierra y lo que en ella habita, lo animado e inanimado están vinculados por los mismos elementos, sin embargo hay características que solo son distinguibles para los seres vivos como son: 1.- Los seres vivos tienen estructura celular organizada y compleja, basada en moléculas orgánicas (de carbono, a través de componentes químicos). 2.- Los seres vivos adquieren materiales y energía de su medio y los convierten en diferentes formas, a lo que llamamos metabolismo. 3.- Los seres vivos mantienen activamente su estructura compleja y su medio interno, procesado llamado homeostasis.
4.- Los seres vivos crecen, es decir aumentan proporcionalmente en su biomasa. 5.- Los seres vivos responden a estímulos de su medio. 6.- Los seres vivos se reproducen, utilizando una huella molecular llamada DNA, de manera sexual y asexual. 7.- Los seres vivos, tomados como un todo, presentan la capacidad de evolucionar. A continuación describiremos cada una de ellas de manera general ya que a lo largo del texto se abordarán específicamente, como el tema de estructura celular y evolución o grandes temas como el de reproducción.
Estructura y organización compleja En comparación con la materia sin vida de tamaño similar, los seres vivos son muy complejos y se organizan. Un cristal de sal de mesa, por ejemplo consta de sólo dos elementos químicos, sodio y cloro, dispuestos de manera cúbica precisa: el cristal de sal es organizado, pero simple. Los océanos son complejos, contienen átomos de todos los elementos naturales que se encuentran en ellos, pero estos átomos están distribuidos de manera aleatoria. Por el contrario, una pequeña pulga de agua está formada por docenas de elementos diferentes, unidos en cientos de combinaciones específicas, que se organizan en elementos mayores y más complejos, para formar estructuras como los ojos, las patas, el tracto digestivo y el sistema nervioso. La unidad estructural y funcional en los organismos es la célula, fragmento de vida más sencillo que puede vivir con independencia, que ocupa un apartado en los niveles de organización (figura 1.23). Los procesos de todo el organismo son la suma de funciones coordinadas de sus células constitutivas, la célula misma tiene una estructura y organización específica, como has podido constatar en los temas anteriores. La vida en la Tierra presenta niveles estructurales jerárquicos, de los que cada uno se basa en el nivel previo y provee el fundamento para el nivel superior (Figura 2.33). Metabolismo (metabole = cambio)
Los organismos necesitan materiales y energía para mantener su grado elevado de complejidad y organización, para crecer y reproducirse. Los átomos y las moléculas, de los cuales todos los organismos están formados, pueden obtenerse del aire, el agua, el suelo o a partir de otros seres vivos. Los organismos obtienen estos materiales, llamados nutrimentos, del medio y los incorporan en sus propias moléculas. Cuando los nutrientes llegan a las células, sufren una serie de reacciones químicas conocidas con el nombre de metabolismo, proceso mediante el cual la célula consume o sintetiza moléculas con las consecuentes transformaciones energéticas. En el metabolismo se distinguen dos procesos: el anabolismo y el catabolismo. Durante el anabolismo hay síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas sencillas, por ejemplo, la síntesis de polipéptidos a partir de la polimerización de aminoácidos. El catabolismo es un proceso antagónico del anabolismo, ya que las moléculas complejas se degradan a moléculas sencillas , como ocurre en la transformación de la glucosa en moléculas de ATP (portadoras de la energía biológicamente útil) durante la respiración celular. Si comemos carne que contiene proteína será degradada hasta aminoácidos (catabolismo) con los cuales la célula podrá elaborar sus propias proteínas (anabolismo). El proceso por el cual los organismos obtienen la materia y energía de su medio para efectuar sus funciones se llama nutrición y puede ser autótrofa o heterótrofa. La nutrición autótrofa (autos = uno mismo, tropos = alimento) es aquella que realizan los organismos capaces de sintetizar sus propios alimentos. Este tipo de nutrición puede ser quimiosintética o fotosintética. En la quimiosintética fabrican sus alimentos mediante reacciones químicas de oxidación de sustancias inorgánicas, tales como el azufre y el amoniaco. Algunas bacterias sulfurosas de las aguas termales y los fondos oceánicos (donde no llega la luz) son autótrofos quimiosintéticos. También lo son las bacterias nitrificantes que oxidan amoniaco para formar nitritos, el olor de aguas estancadas o del drenaje puede ser un ejemplo. Las bacterias quimiosintéticas autótrofas obtienen energía a partir de las oxidaciones respectivas que llevan a cabo y dicha energía es empleada para sintetizar las biomoléculas orgánicas necesarias para sus reacciones metabólicas vitales.
La nutrición autótrofa fotosintética (foton = luz) la realizan las plantas, las algas y algunas bacterias que contienen un pigmento fotosintético como la clorofila. La mayoría de los autótrofos fabrican su alimento utilizando la energía luminosa. La energía de luz se convierte en la energía química que se almacena en los hidratos de carbono. El proceso mediante el cual estos autótrofos fabrican su propio alimento se llama fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso por el cual los organismos autótrofos transforman la energía luminosa en energía química, todos los seres vivos requieren de energía para efectuar sus funciones vitales: respirar, nutrirse, reproducirse, excretar. Muchos de ellos lo obtienen de la energía química elaborada por los vegetales durante el proceso de la fotosíntesis, aunque no siempre en forma directa como sería nutriéndose del vegetal, sino de productos provenientes de animales que incorporan esa energía química a través de su alimentación. Los factores necesarios para la fotosíntesis son: -Energía radiante del sol. -Clorofila contenida en los cloroplastos de las células vegetales. -Bióxido de carbono. -Aceptores o transportadores de electrones plastoquinona, plastocianina, flavoproteína).
(citocromos,
ferrodoxina,
Agua. La fotosíntesis puede representarse mediante la ecuación química simplificada siguiente: Enzimas 6 CO2 (bióxido de carbono)
+ 6 + energía de H2O luz Clorofila (agua)
C6H12O6 (glucosa)
+ 6 O2 (oxígeno)
La luz solar es la fuente de energía que atrapa la clorofila, pigmento verde en las células que los autótrofos utilizan para la fotosíntesis. El bióxido de carbono y el agua son las materias primas. Las enzimas y las coenzimas controlan la síntesis de glucosa, a partir de estas materias primas. Hay varias clases de clorofila las cuales, generalmente, se designan como a, b, c y d. Algunas clases de bacterias poseen una clase de clorofila que no está en las algas ni en las plantas. Sin embargo, todas las moléculas de clorofila contienen el elemento magnesio (Mg). Los autótrofos también poseen unos pigmentos llamados carotenoides que pueden ser de color anaranjado, amarillo o rojo. El color verde de la clorofila generalmente enmascara estos pigmentos los cuales, se pueden ver en las hojas durante el otoño, cuando disminuye la cantidad de clorofila en las hojas. Los carotenoides también absorben luz, pero son menos importantes que la clorofila en este proceso. Podrías efectuar una cromatografía en papel y constatar los pigmentos que forman la clorofila. Coloca extracto de clorofila en papel filtro y favorece que este se moje para que absorba paulatinamente el agua al ir subiendo diluirá los colores y los desplazará alrededor.
La fotosíntesis ocurre en dos etapas principales: (1) la que depende de la energía de luz y (2) la que no depende de la luz. Las reacciones químicas que dependen de la energía luminosa se llaman reacciones dependientes de luz (fase luminosa). Las reacciones químicas que no dependen directamente de la luz se llaman reacciones de oscuridad (fase obscura). Esto no significa que se lleven a cabo de noche. Solo significa que no necesitan luz para que ocurran. Las reacciones dependientes de luz ocurren en las granas de los cloroplastos. Las reacciones de oscuridad ocurren en el estroma. A continuación ofrecemos una descripción de las reacciones dependientes de luz. La clorofila y otras moléculas de pigmento presentes en las granas del cloroplasto absorben la energía de luz. Esto aumenta la energía de ciertos electrones en las moléculas de los pigmentos activándolos. Llevándolos a un nivel de energía más alto. A medida que los electrones de los pigmentos llegan a un nivel de energía más bajo, liberan energía. Los electrones regresan a un nivel de energía más bajo al pasar por una cadena de transporte de electrones, en forma muy parecida a lo que ocurre en la respiración celular. En el proceso de liberación de energía de los electrones, se produce ATP (trifosfato de adenosina). En otras palabras, la energía de los electrones se convierte en energía utilizable (ATP) en los cloroplastos. El ATP que se produce en las reacciones dependientes de luz se utiliza en las reacciones de oscuridad de la fotosíntesis. La producción de ATP no es el único resultado de las reacciones dependientes de luz. En las reacciones dependientes de luz, el agua se rompe en iones de oxígeno y de hidrógeno y se libera oxígeno. Algunas veces, se pueden ver pequeñas burbujas en la superficie de las hojas de plantas acuáticas. Estas burbujas contienen el oxígeno que se ha liberado en las reacciones de luz en la fotosíntesis. Los iones de hidrógeno que se forman cuando el agua se rompe en las reacciones dependientes de luz, se unen a un portador de electrones para formar NADPH (adenin dinocluótido fosfato de nicotinamida reducido) que se utiliza en las reacciones de oscuridad.La figura (2.34) Ilustra las reacciones de la fotosíntesis y muestra la forma en que se utiliza el agua en las reacciones dependientes de luz y la manera en que se forman el oxígeno, el ATP y los hidrógenos. El oxígeno se libera. El ATP y los hidrógenos que se forman en las reacciones dependientes de luz, se utilizan en las reacciones de oscuridad.
En las reacciones de oscuridad (de la fotosíntesis) que ocurren en el estroma de los cloroplastos (revisar estructuras celulares en el tema 2.5), se usa bióxido de carbono y se forma glucosa. Las reacciones de oscuridad pueden ocurrir en presencia de luz, a pesar de que esta no es necesaria. Las reacciones de oscuridad incluyen una serie de reacciones llamadas ciclo de Calvin. En las reacciones de oscuridad cada paso está bajo el control de una enzima. Sigue los pasos de las reacciones de oscuridad según están Figura 2.34 Las reacciones reacciones de luz y las en la figura 2.35. reacciones de oscuridad de la fotosíntesis. (Alexander p.59)
1. El bióxido de carbono se une a un compuesto llamado RDP (difosfato de ribulosa) para producir PGA (ácido fosfoglicérico). A partir del PGA, y usando el ATP y los hidrógenos que lleva el NADPH formados durante las reacciones dependientes de luz, se sintetizan moléculas de un compuesto llamado PGAL (fosfogliceraldehído). En otra serie de reacciones, la glucosa se forma del PGAL. La glucosa que se forma, contiene enlaces de alta energía que se utilizan en las diversas reacciones metabólicas que mantienen vivos a los organismos. Figura 2.35 El ciclo de Calvin (Alexander. p. 60) Nutrición heterótrofa Los organismos heterótrofos (heteros = diferente y trophos = alimento) no cuentan con procesos bioquímicos para llevar a cabo la síntesis o producción de sus propios alimentos, requieren conseguirlos y lo hacen a partir del consumo de los organismos autótrofos disponibles o de materia orgánica proveniente de ellos. Este tipo de nutrición la
realizan la gran mayoría de especies de bacterias los hongos, protozoarios y los animales. Algunos heterótrofos como las vacas y los venados comen plantas (herbívoros), otros como los lobos y los leones (carnívoros) se comen a los herbívoros. Por lo tanto, podemos decir que la energía que atrapan los autótrofos se mueve a través de todos los seres vivientes. Los tipos de nutrición heterótrofa son: holozoica, saprofita, parásita y simbiótica. La nutrición holozoica ocurre cuando los organismos ingieren partículas sólidas que, posteriormente, son digeridas y absorbidas. Para ello estos organismos han desarrollado diversos tipos de sistemas digestivos para transformar y absorber los alimentos. Figura 2.36 La nutrición saprófita se lleva a cabo en bacterias, mohos, hongos, levaduras, e insectos. Las sustancias nutritivas no se ingieren sino que se absorben a través de la membrana celular. Los seres vivos saprofitos habitan principalmente sobre animales y vegetales muertos, en descomposición, o en sus desechos. Si movemos un tronco en descomposición podrás percibir una gama amplia de organismos como: cochinillas, lombrices, hongos y otros. En cuanto al parasitismo es una forma de nutrición en que el parásito, vive sobre o dentro de otro organismo, a partir del cual obtienen su alimento. En esta relación interactúa el huésped y el parásito; generalmente el parásito es más pequeño que el huésped (como por ejemplo garrapata – res). También obtienen su alimento mediante ingestión, como los heterótrofos holozoicos; o bien por absorción de moléculas a través de sus paredes celulares, como los soprófitos. Como ejemplo podemos distinguir ectoparásitos (fuera) como: piojos, chinches, pulgas y endoparásitos (dentro): gusanos, bacterias, tenia, virus. Figura 2.36 El ser humano es un organismo heterótrofo holozoico. (Desayuno ecológico, actividad dentro del proyecto de educación ambiental, Plantel 01)
Homeostasis (homos = mismo, stasis = estar)
Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, para permanecer vivos y funcionar eficazmente, los organismos deben mantener condiciones constantes dentro de su cuerpo, proceso llamado homeostasis. Una de las muchas condiciones que regula es la temperatura corporal. Entre los animales de sangre caliente, por ejemplo, los órganos vitales como el cerebro y el corazón se mantienen a una temperatura constante y caliente, a pesar de amplias variaciones en la temperatura ambiental, podrá la temperatura estar a 10°C en el exterior, pero nuestro cuerpo forzosamente deberá estar a 36.5°C. El mantenimiento de la homeostasis se efectúa por una gran variedad de mecanismos automáticos. En el caso de la regulación de la temperatura, éstos incluyen la sudoración cuando hay temperaturas elevadas; cuando hay bajas temperaturas, el metabolismo emplea más alimento. Por supuesto, que no todo permanece igual durante la vida de un organismo. Suceden cambios mayores, tales como el crecimiento y la reproducción, pero éstos no representan fallas de la homeostasis, sino que son partes genéticamente programadas del ciclo de vida de los organismos. CrecimientoEn algún momento de su ciclo de vida, todos los seres vivos se hacen más grandes, esto es, crecen. Tal característica es obvia para las plantas, los pájaros y los mamíferos, que inician su vida con un tamaño muy pequeño y durante el
ciclo de la misma su crecimiento es evidente, las bacterias unicelulares son pequeñas aun cuando se forman y crecen hasta casi el doble de su tamaño original antes de que se dividan. En todos los casos, el crecimiento comprende la conversión de materiales adquiridos del medio en moléculas específicas del cuerpo del organismo que las captó. Crecimiento es el aumento de la biomasa (peso vivo), si peso 40 y 80 kg., esa sería mi biomasa. Irritabilidad. Los seres vivos detectan y responden a estímulos en su medio interno y externo, esta capacidad se llama irritabilidad. Los animales han formado durante su evolución órganos sensoriales complejos y sistemas musculares que les permiten detectar y responder a estímulos del medio que los rodea, como la luz, el sonido, las sustancias químicas y la temperatura. Los estímulos internos se perciben por medio de receptores sensibles a la presión, el dolor y a los estímulos químicos. Por ejemplo, cuando siente hambre, percibe contracciones en el estómago vacío y también concentraciones bajas de azúcares y grasas en la sangre. Usted responde a este estímulo externo eligiendo los objetos apropiados para comer, digamos, una rebanada de fruta en lugar del plato y el tenedor. Los animales, con sus complejos sistemas nerviosos y sus cuerpos móviles, no son los únicos organismos que reciben y responde a estímulos. Las plantas que se encuentran junto a su ventana crecen orientadas hacia la luz y las bacterias que lleva una persona en el intestino producen diferentes tipos de enzimas, dependiendo de si bebió leche, ingirió dulces o ambos.
Movimientos causados por la irritabilidad Tropismos (trope = giro). Son las respuestas más simples a estímulos ambientales, como la intensidad de luz (fototropismo) el grado de humedad (higrotropismo), la gravedad (geotropismo), etcétera. Provocan movimientos de orientación o de rechazo, como sucede en las células que forman a organismos sésiles que carecen de sistema nervioso como las plantas. No se conoce con precisión el mecanismo que desencadena estas respuestas, aunque se piensa que existen sistemas receptores a nivel molecular, tal vez hormona-enzima, que hacen a ciertas células de un organismo responder a los estímulos. Tactismos. Son también respuestas positivas o negativas a ciertos estímulos físicos o químicos externos, pero a diferencia de los anteriores, implican el desplazamiento de la célula, como sucede por ejemplo con los espermatozoides que se desplazan hacia el óvulo, debido a un estímulo básicamente químico.
Otras células, como los glóbulos blancos y los microorganismos, pueden desplazarse ya sea por medio de seudópodos (falsas pies), que son alargamientos de partes de la célula, por organelos como los cilios o pestañas vibrátiles o por flagelos, que son semejantes a los cilios pero más grandes y que permiten un desplazamiento rápido. Estas estructuras se mueven mediante diferencias citoplásmicas locales de tensión superficial (como turgencia y deshidratación). Cualquier estímulo o cambio del medio, ya sea mecánico, luminoso, eléctrico, radiaciones, químico, etcétera, puede provocar distintos grados de irritabilidad. Estas experiencias son de las más frecuentemente realizadas en protozoarios: si a una amiba se le estimula con un objeto puntiagudo, el protozoario elude ese objeto, pero si se trata de un alimento la célula lo “acepta” y fagocita. Nastas o respuestas násticas. A diferencia de los tropismos, las nastas son movimientos de respuestas independientes del estímulo que los causa, es decir, que no se orientan hacia éste. Las respuestas násticas pueden ser movimientos permanentes, como el crecimiento, o de variación, que son reversibles.
En las respuestas násticas permanentes los cambios ocurren con lentitud y son irreversibles, como el crecimiento y la floración, estimulada por la intensidad de la luz. Las respuestas násticas de variación son reversibles y pueden ser causadas por distintos estímulos como, la apertura y cierre de los estomas, determinada por la turgencia o la falta de agua de las células estomáticas (y de toda la planta). La nictinastia o “dormición” de las hojas de algunas plantas, que consiste en un rítmico abrir por las mañanas sus hojas y cerrarlas por las noches, debido a movimientos de iones potasio que provocan grandes cambios del potencial osmótico de las células motrices que causan esos movimientos. La seismonastia consiste en una respuesta a la agitación de ciertas plantas como la sensitiva o vergonzosa (Mimosa púdica), que responde cuando se le toca o se le sopla cerrando sus foliolos y bajando sus hojas. No es una respuesta ociosa de este organismo ya que puede interpretarse como defensa al ramoneo (comerse ramas u hojas) que efectúan los chivos o los borregos. La sensitiva también responde a las altas temperaturas y otros estímulos como los eléctricos y los químicos. Estas reacciones se Figura 2.37 Los seres vivos se reproducen conforme crezca, deben a pérdidas rápidas de agua en las este bebé orangután se células motrices de sus hojas. parecerá a sus padres sin llegar a ser idéntico. La similitud y variablidad de las crías son importantes para la evolución de la vida. (Audesirk. p. 6)
Reproducción La continuidad de la vida sucede porque los organismos se reproducen y dan origen a descendientes del mismo tipo (figura 2.37). La reproducción, es copiarse así mismo es un acto a través del cual se perpetua la especie. Los procesos para generar descendientes son variados, puede ser sexual y asexual pero los resultados de la perpetuación del material genético de los padres son los mismos. La diversidad de la vida sucede en parte porque los descendientes, aunque provienen del material genético proporcionado por los padres, por lo general, son diferentes. Los mecanismos por medio de los cuales los rasgos pasan de una generación a la siguiente, valiéndose de una “huella genética” contenida en moléculas de DNA, produce estos descendientes variables.
Evolución Aunque la característica genética de un solo organismo es casi la misma durante toda la vida, la composición genética de una especie, comprendida como un todo, cambia a lo largo de muchos periodos de vida. Con el tiempo, las mutaciones y la variabilidad en los descendientes proporcionan diversidad en el material genético de una especie. En otras palabras, las especies evolucionan. La fuerza más importante en la evolución es la selección natural, proceso mediante el cual los organismos con mayores rasgos adaptativos sobreviven y se reproducen de manera más satisfactoria que otros que carecen de tales rasgos. Los rasgos adaptativos que surgen de una mutación genética, que incrementa la supervivencia, pasan a la siguiente gneración.
(Gama: 9. 15) 2.6 DIVISIÓN CELULAR Todas las células del cuerpo proceden de la división de células preexistentes. Las células que se encuentran en la mayor parte de los organismos pluricelulares se han formado a partir de la división de una única célula, el cigoto, que se forma tras la unión (fecundación) de un óvulo y un espermatozoide. La división celular proporciona la base para el crecimiento, tanto en los seres que se reproducen sexualmente como en los que lo hacen asexualmente, y para la transmisión de las características hereditarias de una generación de células a la siguiente. En la formación de las células corporales (células somáticas) el proceso de división nuclear es lo que se conoce como mitosis. Por la mitosis, cada <> está segura de recibir un juego completo de instrucciones genéticas. La mitosis es un sistema de reparto en el que se distribuyen los cromosomas y el DNA que contienen, asegurando así la continuidad de las generaciones celulares. En los organismos que se reproducen asexualmente, la mitosis es el único mecanismo para la transmisión de la información genética. En los organismos que se reproducen sexualmente, los progenitores tienen que producir células sexuales (gametos o células germinales) que contienen sólo la mitad del número normal de cromosomas, de modo que los nuevos individuos se forman tras la unión de los gametos masculino y femenino que se producen en los órganos reproductores mediante un tipo especial de división reduccional llamado meiosis. La división celular transmite un juego completo de información hereditaria a cada célula hija, la información hereditaria de todas las células vivas se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (DNA). Para que cualquier célula sobreviva, debe tener un juego completo de instrucciones ins trucciones genéticas , por lo tanto cuando una célula se divide no puede simplemente dividir sus genes por la mitad y darle a cada célula hija la mitad de un conjunto. En lugar de eso, la primera debe duplicarse su DNA, de igual manera que se obtienen fotocopias de un manual de operación. Cada célula hija recibe entonces un “manual de DNA” completo que contiene todos los genes. Cada célula recién formada debe recibir las moléculas necesarias para leer sus instrucciones genéticas y para conservarse viva el tiempo suficiente para adquirir nuevos materiales del medio y procesar nuevos componentes celulares. En general, cuando una célula se divide, su citoplasma se divide por igual en las dos
células hijas. Este mecanismo proporciona a ambas células hijas todos los organelos, nutrimentos, enzimas y otras moléculas que requieren. Ciclo celular: Los ciclos vitales son un atributo importante de la vida. La descendencia de una especie a lo largo del tiempo es una secuencia de ciclos vitales. De modo semejante, las células están sometidas a ciclos de crecimiento y aplicación, en los que se dividen repetidamente. Un ciclo celular es el período que va desde una mitosis a la siguiente, es decir el intervalo entre dos generaciones. Las células recién formadas en general adquieren nutrientes del medio, reproducen sus propias partes y crecen. Después de cierto tiempo, dependiendo del organismo, del tipo de célula y de los nutrimentos que dispone, la célula se divide. Esta descripción general se aplica tanto a las células procariontes como a las eucariontes. Sin embargo, como las células procariontes son estructural y funcionalmente diferentes de las células eucariontes, sus ciclos celulares difieren en varios aspectos, por lo tanto se analizaran por separado. Ciclo de la célula procarionte En condiciones favorables, los ciclos celulares se efectúan rápidamente. Por ejemplo, la bacteria intestinal Escherichia coli puede completar su ciclo celular en 30 minutos o menos.Durante la mayor parte de este tiempo, la célula absorbe nutrimentos a partir del medio, crece y duplica su DNA. Tan pronto como el DNA se ha duplicado, la bacteria se divide; en algunas bacterias la célula empieza a dividirse aún antes de que la duplicación del DNA haya terminado. Con un solo cromosoma y sin la presencia de un núcleo independiente, las células de las bacterias se dividen mediante fisión binaria (figura 2.38) Antes de la duplicación del DNA, un punto sobre cada cromosoma se fija en la membrana plasmática. El cromosoma se duplica, el par resultante de cromosomas idénticos se fija a la membrana plasmática en puntos cercanos, pero distintos. La célula se agranda, se agrega una nueva membrana plasmática entre los dos puntos de unión, separándolos.
Conforme los dos cromosomas se mueven hacia los extremos opuestos de la célula, la membrana plasmática que se encuentra alrededor de la parte central de la célula crece hacia su interior.
Finalmente, se forman las dos células hijas. Cada célula hija recibe así uno de los cromosomas duplicados y la mitad del citoplasma aproximadamente. Con un juego completo de genes y con materiales para trabajar, las dos células hijas empiezan a crecer, iniciando un nuevo ciclo.
Figura 2.38. Las células procariontes se dividen por fisión binaria. El El
cromosoma circular esta unido a un punto de membranas plasmática. El El cromosoma se duplica. Las dos copias estan fijas a la membrana en puntos. La La célula se alarga; se agrega nueva membrana plasmática entre los puntos de unión. La La membrana plasmática crece hacia el interior en la parte central de la célula. La La célula orginal se h a dividido en dos células hijas. (Audesirk: P. 162)
CICLO DE LA CÉLULA EUCARIONTE En las células eucariontes, el problema de dividir exactamente el material genético es mucho más complejo. Una célula eucarionte típica contiene aproximadamente mil veces más DNA que una célula procarionte, y este DNA es lineal y forma un cierto número de cromosomas diferentes. El ciclo celular eucarionte consta de dos fases principales La primera, la interfase, es el periodo entre las divisiones celulares, durante el cual la célula adquiere nutrimentos del medio, crece y duplica sus cromosomas. Durante la segunda fase, la división celular también llamada mitosis (fase M), se
divide una copia de cada cromosoma, la mitosis va seguida de la citocinesis (división del citoplasma) con lo que resulta la formación de dos células hijas. Interfase
Aunque la mitosis constituye morfológicamente la etapa más notable, es en la interfase cuando ocurre la duplicación de los componentes moleculares de la célula madre. La interfase se divide en tres periodos G1, S y G2 (la abreviación G proviene del término inglés Gap que significa intervalo). Período G1 El período G1 es generalmente la fase del ciclo celular más variable en duración (Tabla 2.21). Este período se caracteriza por la reanudación de la síntesis de RNA y proteínas, que estaba interrumpida durante la mitosis (período M). En los tejidos de rápida renovación, cuyas células están constantemente en división, el período G1 es corto; un ejemplo es el epitelio que reviste el intestino delgado, que se renueva en el hombre cada tres días. Otro tejido con intensa proliferación es la médula ósea, donde se forman los glóbulos rojos y algunos glóbulos blancos de la sangre. Todos estos tejidos son extremadamente sensibles a tratamientos que afectan la replicación del DNA (drogas o radiaciones), razón por la cual son los primeros en ser dañados en tratamientos de quimioterapia del cáncer o de radioterapia en general. Todos estos tratamientos afectan generalmente el metabolismo de los ácidos nucleicos. Otros tejidos no manifiestan daño tan rápidamente, por presentar una tasa de proliferación menor, tal como ocurre en la epidermis. Finalmente, existen tejidos cuyas células se reproducen muy raramente, como es el músculo liso, o no proliferan en absoluto, como son las neuronas (células nerviosas). Se dice que las células que no se dividen y que permanecen indefinidamente en interfase, están en el período G0 (G-cero).
Período S. Durante el período S la célula duplica en forma semiconservativa su contenido de DNA. El desarrollo de las técnicas de autorradiografía permite situar al período S como una etapa bien definida de la interfase. Un análisis detallado de la duplicación del DNA demostró que la incorporación de timidina no se da al mismo tiempo en todos los cromosomas y que, dentro de un mismo cromosoma, existe un patrón determinado del orden de la síntesis. Por eso se dice que la duplicación del DNA es asincrónica. De lo anteriormente expuesto se concluye que, dentro del período S, los diversos segmentos de los cromosomas comienzan y terminan su duplicación en distintos momentos.
Período G2 En el período G2 tiene lugar los preparativos necesarios para la próxima mitosis, pero no todos ellos son conocidos. No obstante, se sabe que la síntesis del RNA y de las proteínas, iniciadas en el período G1 continúa en los períodos S y G2 y se interrumpe en el período siguiente (período M o mitosis). Después de la mitosis, las células que están continuamente dividiéndose, repiten este ciclo (G1, S, G2, M) una y otra vez. Citológicamente, la interfase se caracteriza por la ausencia de cromosomas visibles, el núcleo diferenciado está lleno de cromatina, que se ha formado a medida que los cromosomas se han desplegado después de la mitosis anterior. Fases de la mitosis La división celular se compone de divisiones o repeticiones del material nuclear denominación, en sentido estricto, mitosis (división del núcleo) y de división citoplasmática o citocinesis (citos, célula, y cinesis, movimiento). La mitosis es un periodo muy dinámico, de continua y gran actividad. Para su mejor comprensión el proceso se divide en fases discretas y cada fase se identifica por hechos específicos. Estas fases, en orden secuencial son: profase, metafase, anafase y telofase (figura 2.40).
Profase (pro = primero), se caracteriza por la condensación gradual de la cromatina interfásica, que termina formando una serie de estructuras como bastoncillos que se tiñen intensamente: los cromosomas, cada uno formado por dos cromátides. Durante toda esta fase, los filamentos de cromatina que constituyen los cromosomas se presentan muy alargados, dando al núcleo un aspecto enrollado. Los nucleolos se van desorganizando, en tanto los centríolos, ya duplicados durante la fase S, migran un par a cada polo de la célula. Los microtúbulos del citoesqueleto se desarman y sus subunidades son usadas para formar los ejes de microtúbulos que parten desde dos pares de centríolos.
La fase siguiente es la prometafase, que se inicia de modo abrupto, por la desorganización de la envoltura nuclear. Esta envoltura se desarma, originando vesículas membranosas, morfológicamente semejantes, a las vesículas del retículo endoplásmico liso. Junto con la ruptura de la envoltura nuclear, los microtúbulos del huso tienen acceso a los cromosomas, que ahora presentan cinetocoros maduros a la altura de los centrómeros. Algunos microtúbulos se unen a los cinetocoros y pasan a denominarse microtúbulos del cinetocoro (figura 2.39 b y c). El término cinetocoro se cita a menudo en conexión con el centrómero. El cinetocoro de cada cromosoma es una estructura plurilaminar, aplanada, que se forma a ambos lados del centrómero. Cada cinetocoro está íntimamente asociado con cada una de las dos cromátidas hermanas. Las zonas externas del cinetocoro se unen finalmente a los microtúbulos que constituyen las fibras del hueso.
En la metafase (meta = mitad), la condensación cromosómica alcanza un máximo por lo que en ésta fase los cromosomas son visibles al microscopio. Los microtúbulos, partiendo desde los centríolos localizados en los dos polos celulares, se mezclan, formando el huso mitótico. Debido a que los microtúbulos están insertos en los cinetocoros, los cromosomas se disponen en una placa, en la zona correspondiente al ecuador de la célula. En cromosomas metafísicos, las dos cromátidas (hebras de DNA) y los centrómeros son más fácilmente visibles debido a la condensación intensa de los dos filamentos de DNA. En la anafase (ana = encima) es la más breve, ocurren los fenómenos esenciales que tienen que ver con la distribución de los cromosomas en la mitosis. Es en esta fase en la que las cromátidas hermanas de cada estructura cromosómica doble se separan y migran hacia los extremos opuestos de la célula. Para que se dé una separación completa, cada región centromérica tiene que dividirse en dos. Una vez que ha ocurrido esto, cada cromátida se denomina ahora cromosoma se comentó hijo.Como anteriormente, el movimiento de los cromosomas hacia los polos Figura 2.39 Mitosis en una célula animal opuestos de la célula depende con un número diploide igual a 4. En el de la unión entre las fibras del huso y el centrómero (cinetocoro- texto se describe lo que sucede en cada fase. De las parejas de cromosomas microtubulina).Investigaciones homólogos, una tiene cromosomas recientes han puesto de manifiesto que la migración de los metacéntricos largos y los otros cromosomas submetacéntricos más cortos. cromosomas es consecuencia de la Los cromosomas paternos y maternos se actividad de una serie de proteínas presentan en colores distintos. En el inserto (g) se muestra la telofase de una célula vegetal, con la formación de la placa celular y la ausencia de centríolos. (Klug.p.28)
específicas, denominadas proteínas motoras. Estas proteínas utilizan la energía generada por la hidrólisis del ATP, y se dice que su actividad constituye el motor molecular de la célula. Estos motores actúan en diversos puntos de las células en división, y están todos ellos implicados en la actividad de los microtúbulos que finalmente sirven para impulsar a los cromosomas a extremos opuestos de la célula. Los centrómeros de cada cromosoma parecen dirigir el camino en la migración, con los brazos cromosómicos colgados detrás. Dependiendo de la localización del centrómero a lo largo del cromosoma, puede adquirir diversas formas durante su separación. Los pasos que ocurren en la anafase son esenciales para proporcionar a cada célula hija una dotación idéntica de cromosomas. En células de la especie humana tendría que haber en este momento 46 cromosomas en cada polo, uno de cada una de las parejas hermanas originales. La telofase (telos = fin), se inicia cuando los cromosomas hijos alcanzan los respectivos polos y se caracteriza por la desaparición de los microtúbulos de los cinetocoros, la reconstrucción de los núcleos y la formación de las células hijas. La descondensación de la cromatina, la reorganización de los nucleolos y la reconstitución de la envoltura nuclear, que proceden en sentido esencialmente inverso a los observados en la profase. Del mismo modo se desarma el sistema microtubular mitótico. Las nuevas envolturas nucleares se forman por la fusión de vesículas originadas en la desorganización nuclear de la célula madre. Citocinesis La citocinesis o división citoplasmática se inicia en la anafase y termina después de la telofase con la formación de las dos células hijas. En la célula animal se forma una constricción, al nivel de la zona ecuatorial de la célula madre, que va progresando y termina por dividir el citoplasma, formándose dos células hijas, cada una de ellas recibe partes iguales del contenido citoplasmático. La aplicación de métodos de inmunofluorescencia en células en mitosis demostró la presencia de miosina y actina en regiones del estrangulamiento que ocurre entres las dos células hijas en la telofase (fig. 2.39), y explica, en términos de interacción molecular, la constricción que lleva a la separación de las dos células hijas.
La división del citoplasma es diferente en las plantas, dado que tiene una pared rígida, la membrana plasmática no se “estrangula”. En la telofase se forma un tabique a lo largo del ecuador de la célula madre. Esta formación se denomina placa celular y resulta de la fusión de vesículas provenientes del aparato de Golgi. La membrana de las vesículas formarán la nueva membrana plasmática de esta región (figura 2.39 g). La mitosis es un proceso que garantiza la continuidad genética lo cual da como resultado la producción de dos células nuevas con juegos de d e cromosomas que son idénticos a los de las células que les dio origen . Meiosis La meiosis es un tipo especial de división celular, exclusiva de los organismos que se reproducen sexualmente, pero para comprender la meiosis aclararemos primeramente algunos términos relacionados con los cromosomas. Cada organismo tiene un número de cromosomas característico de su especie particular, en el hombre tiene 46 cromosomas, sin embargo, en estos organismos las células sexuales, o gametos, tienen exactamente la mitad del número de cromosomas que caracterizan a las células somáticas del organismo. El número de cromosomas de los gametos se conoce como haploide (conjunto simple), y el número en la célula somáticas como número diploide (conjunto doble). Para abreviar, el número haploide se designa como n y el número diploide como 2n. En los seres humanos, por ejemplo n = 23 y por tanto 2n = 46, cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo, los dos núcleos haploides se fusionan n + n = 2n y el número diploide se restablece. En cada célula diploide cada cromosoma tiene una pareja. Estos pares de cromosomas se conocen como pares homólogos. Para mantener la homeostasis en términos del número cromosómico, los gametos que se unen son haploides y no diploides gracias a un par de divisiones celulares especiales. El proceso que tiene estos resultados se llama meiosis (meioum = disminuir), esta división ocurre en diferentes momentos del ciclo de vida de diferentes organismos. En muchas células algáceas, ocurre inmediatamente después de la fecundación para producir las células haploides que constituyen la forma de vida predominante de esos organismos. En muchas células vegetales, la meiosis ocurre tiempo después de la fecundación, de modo que en las plantas se observan fases alternantes haploides y diploides. Las plantas más primitivas pasan la mayor parte de su ciclo en la fase haploide (gametofito), mientras que las plantas
superiores se caracterizan por una fase diploide dominante (esporofito). En los animales las dos divisiones de la meiosis producen gametos haploides. Mecanismos de la meiosis Comprende dos divisiones celulares, llamadas meiosis I (primera división meiótica) y meiosis II (segunda división meiótica), que ocurren en el siguiente orden: Profase I
MEIOSIS I
Leptoteno Zigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis
Prometafase I MetafaseI Anafase I Telofase I Interfase MEIOSIS II
Profase II Metafase II Anafase II Telofase II
Antes abordar cada fase describiremos brevemente de qué manera las células diploides se convierten en gametos o esporas haploides. A diferencia de la mitosis, en la que cada uno de los miembros de una pareja de cromosomas homólogos, que provienen del padre y de la madre, se comporta de manera autónoma en la división, en la meiosis el par de cromosomas homólogos se une, es decir, sufre sinapsis. Cada estructura en sinapsis, denominada bivalente, da lugar a una unidad, la tétrada, que consta de cuatro cromátidas. La presencia de cuatro cromátidas demuestra que ambos cromosomas se han duplicado. Para alcanzar la haploidía son necesarias dos divisiones. En la primera, denominada división reduccional (debido a que el número de centrómeros, cada uno de los cuales representa a un cromosoma, se <> a la mitad después de esta
división), cada diada se divide en dos divisiones pueden dar lugar, potencialmente, a cuatro células haploides. La meiosis, como la mitosis, es un proceso continuo. Primera división: Profase IHay dos hechos importantes en la profase I. En primer lugar los miembros homólogos de cada pareja de cromosomas se encuentran de alguna manera y sufren la sinapsis. En segundo lugar, hay un proceso de intercambio denominado entrecruzamiento, entre los homólogos en sinapsis (ver figura 2.40)
La primera profase meiótica es compleja y se ha subdividido en cinco subfases: leptoteno, zitogeno, paquitemo, diploteno y diacinesis. FiFigura 2.40 Proceso de la meisosis sigue las ilustraciones y fotografías. (Biggs. p. 301) Leptoteno (leptos = delgado y nema = filamento) En la subfase leptoteno, el material cromatínico interfásico comienza a condensarse y los cromosomas, aunque todavía extendidos, se hacen visibles. A lo largo de cada cromosoma se encuentran los cromómeros, que son condensaciones localizadas que recuerdan a las cuentas de un collar. Pruebas recientes, sugieren que es durante el leptoteno cuando comienza el proceso denominado búsqueda del homólogo que precede al apareamiento inicial de los homólogos. Zigoteno (zygón = pareja)
Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose en la subfase zigoteno. En el proceso de búsqueda del homólogo, los cromosomas homólogos sufren un alineamiento inicial entre sí. Este alineamiento se considera un apareamiento preliminar, que se completa hacia el final del zigoteno. En la levadura, los homólogos quedan separados unos 300 nm y hacia el final del zigoteno son visibles entre el par de homólogos unas estructuras denominadas elementos laterales. A medida que prosigue la meiosis, la longitud total de los elementos laterales
aumenta y comienza a formarse entre los homólogos un componente ultraestructural más amplio, el complejo sinaptinémico. Cuando termina el zigoteno, los homólogos apareados constituyen una estructura denominada bivalente. Aunque los dos miembros de cada bivalente ya han replicado su DNA, todavía no es aparente que cada miembro es una estructura doble. El número de bivalentes de una especie dada es igual a su número haploide (n). Paquiteno (pachys = grueso)
En la transición entre el zigoteno y la subfase paquiteno, continúan la espiralización y el acortamiento de los cromosomas, y hay un mayor desarrollo del complejo sinaptinémico que se encuentra entre los dos miembros de cada bivalente. Esto da lugar a un apareamiento más íntimo denominado sinapsis. Comparado con el característico apareamiento preliminar del paquiteno de la levadura, los homólogos quedan ahora separados sólo unos 100 nm. Durante el paquiteno ya es evidente que cada homólogo es una estructura doble, lo que proporciona una prueba visual de la anterior replicación del DNA de cada cromosoma. Así pues, cada bivalente tiene cuatro miembros, llamados cromátidas. Como en la mitosis, las réplicas se denominan cromátidas hermanas, mientras que las cromátidas paternas respecto de las maternas de una pareja de homólogos se denominan cromátidas no hermanas 25. La estructura de cuatro miembros también se denomina tétrada, y cada tétrada tiene dos pares de cromátidas hermanas. Diploteno (diplóos = doble)
Al observar la siguiente subfase diploteno es incluso más aparente que cada tétrada consta de dos parejas de cromátidas hermanas. En cada tétrada, cada par de cromátidas hermanas comienza a separarse. Sin embargo, uno o más puntos permanecen en contacto, que es por donde las cromátidas se han entrelazado. Cada uno de tales puntos se denomina quiasma y se cree que representa el lugar en donde las cromátidas no hermanas han sufrido intercambio genético mediante el proceso que denominamos anteriormente entrecruzamiento. Aunque el intercambio físico entre los cromosomas ocurre en la subfase previa del paquiteno, el resultado del entrecruzamiento es visible sólo cuando los cromosomas
duplicados comienzan a separarse. El entrecruzamiento (crossing over) es una fuente importante de variabilidad genética. Con este proceso se forman nuevas combinaciones de material genético. Diacinesis (día = a través)
La subfase final de la profase I es la diacinesis. Los cromosomas se separan, pero las cromátidas no hermanas permanecen íntimamente asociadas mediante los quiasmas. A medida que progresa la separación, los quiasma se desplazan hacia los extremos de la tétrada. Este proceso, denominado terminalización, comienza hacia el final del diploteno y se completa durante la diacinesis. En esta última subfase de la profase I, el nucleolo y la envoltura nuclear desaparecen y los dos centrómeros de cada tétrada quedan unidos a las recién formadas fibras del huso. Metafase, Anafase y Telofase I Después de la primera profase meiótica, siguen fases similares a las de la mitosis. En la metafase de la primera división los cromosomas se acortan y engrosan al máximo. Son visibles los quiasmas terminales de cada tétrada y parece que son éstos lo único que mantiene unidas a las dos cromátidas no hermanas. Cada tétrada interactúa con las fibras del huso, facilitando el movimiento hacia la placa metafásica. En la primera división, el par de cromátidas hermanas se mantiene unido por el centrómero común. Éste no se divide. En la primera anafase, la mitad de cada tétrada (una pareja de cromátidas hermanas denominada diada) se separa hacia cada uno de los polos de la célula en división. Este proceso de separación es la base física de los que denominaremos << disyunción>>, que indica la separación de los cromosomas. Ocasionalmente se producen errores en la meiosis y no se consigue dicha separación. El término no disyunción describe tal fallo, cuyas consecuencia se abordan en unidad III referente a mutación. Cuando termina la anafase I normal, hay una serie de diadas en número igual al número haploide en cada uno de los polos. Si no hubiera ocurrido entrecruzamiento en la primera profase meiótica, en cada polo, cada diada constaría exclusivamente de cromátidas bien maternas o bien paternas. Sin embargo, el intercambio que se produce por entrecruzamiento origina cromátidas mosaico de origen paterno y mate rno. El alineamiento de cada tétrada antes de la primer anafase es al azar. La mitad de cada tétrada será arrastrada a uno u otro polo aleatoriamente, y la otra mitad se desplazará al polo
opuesto. Esta segregación aleatoria de diadas es la base del principio mendeliano de la transmisión independiente, que estudiaremos en la Unidad III, se puede volver a esta discusión cuando estudiemos este principio. En la telofase de la primera división meiótica de muchos organismos, se forma una membrana nuclear alrededor de las diadas. A continuación el núcleo entra en un corto periodo de interfase. En otros casos las células pasan directamente desde la primera anafase a la segunda división meiótica. Aunque haya un periodo de interfase, los cromosomas no se replican, ya que ya están formados por dos cromátidas. En general, la telofase meiótica es mucho más corta que la correspondiente fase mitótica. La segunda División Meiótica Si cada gameto o espora tiene que recibir sólo una cromátida de cada una de las tétradas originales, es esencial que haya una segunda división de las cromátidas hermanas que forman cada diada. En la profase II, cada diada está formada por un par de cromátidas hermanas, unidades por un centrómero común. En la metafase II los centrómeros se dirigen hacia la placa eucatorial. Entonces el centrómero se divide y en la anafase II las cromátidas hermanas de cada diada se separan hacia los polos opuestos. Ya que el número de diadas es igual al número haploide, en la telofase II se encuentra un miembro de cada pareja de cromosomas homólogas en cada polo. Cada cromosoma se denomina mónada. Al final de la meiosis, no sólo se ha conseguido el estado haploide, sino que, si ha habido entrecruzamiento, cada mónada es una combinación de información genética paterna y materna. Por ello, los descendientes que se producen por la unión de gametos recibirán de los mismos una mezcla de la información genética presente originalmente en sus abuelos. Potencialmente, después de la citocinesis, en la telofase II, se pueden producir cuatro gametos haploides como resultado de la meiosis. Espermatogénesis y oogénesis Aunque lo que ocurre durante las divisiones meióticas es similar en todas las células que participan en la gametogénesis, en la mayoría de las especies animales hay ciertas diferencias entre la producción de un gameto masculino (espermatogénesis) y de un gameto femenino (oogénesis). La espermatogénesis tiene lugar en los testículos, que son los órganos reproductores masculinos. El proceso comienza con un mayor crecimiento de una célula germinal diploide no diferenciada, denominada espermatogonia esta célula
aumenta de tamaño hasta convertirse en un espermatocito primario, que sufre la primera división meiótica. Los productos de esta división se denominan espermatocitos secundarios. Cada espermatocito tiene un número haploide de diadas. Luego, los espermatocitos secundarios sufren la segunda división meiótica y cada una de estas células produce dos espermátidas haploides. Las espermátidas, mediante una serie de cambios en el desarrollo, denominada espermiogénesis, se convierten en esperma o espermatozoides móviles y altamente especializados. Todos los espermatozoides que se producen durante la espermatogénesis reciben igual cantidad de material genético y citoplasma. En la figura (2.41) se muestra estos pasos. En animales maduros del sexo masculino la espermatogénesis puede ser continua o darse periódicamente, determinándose su inicio de acuerdo con la naturaleza del ciclo reproductor de la especie. Los animales que se reproducen durante todo el año producen esperma continuamente, mientras que aquellos que tienen un periodo de reproducción limitado a una estación particular del año sólo lo hacen durante dicho periodo. En la oogénesis animal, la formación de los óvulos tiene lugar en los ovarios, los órganos reproductores femeninos. Las células hijas que resultan de las dos divisiones meióticas reciben igual cantidad de material genético, pero no reciben igual cantidad de citoplasma del oocito primario, derivado de las oogonias, se concentra en una de las dos células hijas. La concentración del citoplasma es necesaria debido a que la función principal del óvulo maduro es nutrir al embrión en desarrollo después de la fecundación. En la primera anafase meiótica de la oogénesis, se separan las tétradas del oocito primario y las diadas se desplazan hacia los polos opuestos. En la primera telofase, las diadas presentes en un polo se separan rodeadas por muy poco citoplasma para formar el primer corpúsculo polar. La otra célula hija que se produce en esta primera división meiótica recibe la mayoría del citoplasma y se denomina oocito secundario. El primer corpúsculo polar puede o no dividirse para producir dos pequeñas células haploides. El óvulo maduro se producirá a partir del oocito secundario, en la segunda división meiótica. En esta división el citoplasma del oocito secundario se reparte de nuevo desigualmente, dando lugar a una oótida y a un segundo corpúsculo polar . La oótida se diferencia posteriormente en el óvulo maduro, en la figura 2.41 se presentan los pasos que dan lugar a la formación del óvulo maduro y de los corpúsculos polares.
A diferencia de las divisiones de la espermatogénesis, espermatogé nesis, las dos divisiones meióticas de la oogénesis pueden no ser consecutivas. En algunas especies animales, las dos divisiones pueden darse una a continuación de la otra. En otras, incluida la especie humana, la primera división de todos los oocitos comienza en el ovario
Fig. 2.41 Espermatogénesis y oogenésis en células animales. (Klug,p. 38
embrionario, pero se detiene en profase II. Muchos años después, se continúa la primera división en cada oocito antes de la ovulación. La segunda división se completa sólo después de la fecundación. Lo más significativo de la meiosis es el mantenimiento de la constancia de la información genética entre generaciones y la enorme variación genética en las poblaciones.
Figura 2.42 Comparación entre los aspectos fundamentales de la mitosis y la meiosis. (Griffiths. p. 61)
2.7 REPRODUCCIÓN Una de las características más importantes de los seres vivos es su capacidad de reproducirse, es decir, formar nuevos organismos a partir de uno o dos progenitores. Esta característica le ha dado a muchos organismos la oportunidad de perpetuarse y preservar la especie aun cuando el medio en que se desarrollen sea hostil.
Para que la reproducción se lleve a cabo es necesario que el organismo sobreviva hasta alcanzar la madurez sexual y, de esa forma, producir seres parecidos a su progenitor o progenitores. Existen dos formas de reproducción: sexual y asexual. Algunas son tan simples, como com o una fisión de células, y ot ras tan complejas, como la reproducción en plantas y animales superiores que implica varios fenómenos: transferencia de material genético a los hijos, la oogénesis, la espermatogénesis, la fecundación, la formación del cigoto, la diferenciación y el desarrollo del organismo, hasta su etapa adulta. Reproducción asexual: Es la formación de nuevos individuos sin la participación de gametos. Se lleva a cabo con un solo progenitor que no posee células sexuales, de manera que todos los descendientes producidos asexualmente tienen la misma dotación de genes, sus descendientes se originan por mitosis de las células somáticas de su único progenitor a excepción de las bacterias) ; por lo tanto, no presentan variación genética y son idénticos a dicho progenitor; en cambio, tienen la ventaja de una gran rapidez para reproducirse, fenómeno que no solo le reporta una mayor cantidad de descendientes que asegura la supervivencia del grupo, sino que a través de este acelerado proceso de reproducción existe una mayor probabilidad que se presenten mutaciones, que favorecen la variación. La poca diferenciación de las células de los organismos que se reproducen asexualmente, posibilita restaurar los tejidos dañados o mutilados del individuo. Esta capacidad celular se llama totipotencia. La titopotencialidad tiende a perderse conforme las células adquieren mayor grado de especialización. La reproducción asexual se presenta en protistas, bacterias, animales poco evolucionados como las hidras y esponjas. En hongos y plantas, la reproducción asexual es frecuente, aun en los grupos más evolucionados, como las angiospermas, que además de reproducirse en forma sexual lo pueden hacer en forma vegetativa. Principales formas de reproducción asexual: Bipartición, es la forma más sencilla de reproducción asexual, el individuo se divide en dos partes iguales, como sucede en algunos protozoarios y en bacterias (organismos unicelulares).
Gemación, este proceso asexual se presenta en organismo multicelulares como las esponjas y los celenterados y consiste en la formación de brotes o yemas en el organismo progenitor mediante división de células somáticas por mitosis; al crecer, este brote se desarrolla como un nuevo organismo. Durante algún tiempo permanece unido al cuerpo del progenitor alimentándose de él y finalmente se separa; otras veces continúa adherido al progenitor para crear una colonia; por lo tanto, puede desarrollarse antes o después de separarse parcial o totalmente del organismo progenitor. Gemulación, es la formación de un nuevo individuo a partir de una gémula, es decir, un agregado de células rodeadas por una cápsula resistente. En muchas esponjas de agua dulce las gémulas se forman durante el otoño y soportan el invierno en el interior del cuerpo, seco o congelado, de su progenitor. Al llegar la primavera, las células internas de la gémula se activan, salen de la cápsula y crecen hasta formar una nueva esponja. Esporulación, los hongos, algas, helechos y algunos musgos se reproducen mediante esporas, que son células reproductoras protegidas por una pared externa resistente. Las esporas pueden ser flageladas y móviles o fijas. Cuando caen en medio favorables, la pared protectora se rompe y da origen a un nuevo organismo. Un ejemplo es la producción del hongo Pleurotus ostratus y el Shitake realizado en el plantel 12 de Nochixtlán.
Fragmentación (regeneración). Algunas especies de plantas y animales se reproducen por fragmentación, la cual consiste que su organismo se fragmenta varias partes accidental o espontáneamente, y cada una se por mitosis, regenera originando un nuevo organismo. ejemplo, es el de la lombriz de tierra, que al llegar al límite de crecimiento puede fragmentarse ocho o nueve porciones y cada de origen a un nuevo individuo;
en en
Un su y en una esta Fig. 2.43 Producción del hongo Shitake en troncos, en los que se introducen las esporas con ayuda de taquetes de madera.
sería una fragmentación espontánea. La restitución de las porciones de los filamentos de las algas pardas y verdes, que con frecuencia se rompen por el movimiento de las olas, es un ejemplo de fragmentación accidental. La regeneración se considera un proceso de reproducción sólo en los organismos en que esta capacidad se encuentra generalizada; en los que no, se reduce a la reparación del tejido dañado, como en la reconstrucción de la cola de la lagartija o la cicatrización de pequeñas heridas en los vertebrados. La reproducción por regeneración también se presenta en algunas plantas. En este caso, se le llama reproducción o multiplicación vegetativa . Multiplicación vegetativa, se presenta en algunas especies de vegetales y consiste en que el nuevo individuo se origina a partir de una parte especial de su progenitor, la cual se regenera. (hojas, tallo y raíces). La multiplicación vegetativa puede ser por: Tubérculos. Son tallos subterráneos como la papa. Cada una de sus yemas pueden producir un nuevo individuo. Estolones. La fresa se propaga por estolones, que son tallos delgados rastreros que presentan yemas, las cuales dan origen a nuevas plantas formando raíces e independizándose de la planta progenitora. Bulbos. La cebolla, el ajo y la azucena son bulbos y también medios de multiplicación vegetativa. Estacas. Cuando una porción del vegetal se pone en tierra húmeda, forma raíz y desarrolla una nueva planta, se le denomina reproducción por estaca, es propio de frutales, forestales u ornamentales (manzana, durazno, álamo, geranio, nochebuena, mora). Acodos. Mediante este procedimiento se pueden doblar y enterrar en suelo húmedo las ramas de la planta que después formarán raíces, y desarrollarán una nueva planta; por acodaje se multiplican frutales y forestales (frambuesa, zarzamora, uva, café, durazno) Hijuelos. Cuando la planta llega a un estado adulto, emergen a su alrededor hijuelos que pueden ser extraídos y plantados para dar como resultado un individuo nuevo, tal es el caso del maguey y el plátano.
Figura 2.44 Plantación de nopal para la producción de grana cochinilla a partir de raquetas en el plantel 12, COBAO Nochixtlán. Proyecto: Manejo de insectos benéficos. Rizomas. Son raíces que generalmente tienen capacidad para iniciar un nuevo organismo, por ejemplo, el pasto es capaz de tejer una alfombra a partir de algunas raíces, o la caña de azúcar que sembramos por segmentos del mismo organismo. Cladodio o raqueta. Propio del nopal, si sembramos una raqueta, la parte que hace contacto con el suelo le emergen raíces que favorecen el desarrollo de un nuevo organismo. Esqueje. Característico del clavel en la que puede desprenderse una extensión del tallo para desarrollar un nuevo organismo. Partenogénesis, este tipo de reproducción se considera asexual porque los gametos no se fusionan, pues el nuevo ser se desarrolla a partir del óvulo (gameto femenino) sin haber sido fecundado. Algunos insectos como la abeja se reproducen a veces de manera sexual y otras asexualmente por partenogénesis. La abeja reina es inseminada por el macho sólo una vez en la vida. Ella almacena los
espermatozoides y los usa para fecundar sus óvulos durante la reproducción sexual originando abejas hembras. Cuando se reproduce por partenogénesis los óvulos no fecundados se desarrollan y originan machos.
Figura 2.45 Reproducción vegetativa. Una nueva planta de fresa se forma por estolón. (Vazquez p.58 Libro Biología 2) Reproducción sexual La reproducción sexual ocurre cuando dos progenitores se unen y contribuyen con una célula especializada (óvulo y espermatozoide; anterozoide) para formar uno o varios descendientes. Cada padre otorga al descendiente su propia carga genética, de tal manera que los hijos no son exactamente iguales a uno de los padres, sino que tienen características heredadas de ambos. La ventaja biológica de la reproducción sexual, que ocurre en vegetales, animales y en seres vivos sencillos, es que permite la variabilidad obtenida de las mejores características de los progenitores. Así, el hijo puede llegar a tener adaptaciones que le permiten mejores condiciones de sobrevivencia que los padres. Sin embargo, este tipo de reproducción es complicada, requiere más tiempo, gasta mucho más energía que la reproducción asexual. Reproducción en algas. La reproducción sexual en su forma más primitiva podemos observarla en el ciclo de vida de las Chlamydomonas, algas verdes unicelulares con dos flagelos. Las Chlamydomonas pasan la mayor parte de su vida en estado haploide y solamente un corto periodo en diploide. Cuando escasean sus nutrientes, en especial los nitratos, se reproducen sexualmente mediante la fusión
de dos células haploides de Chlamydomonas de diferentes cepas (+ y -) y producen un cigoto diploide; a éste se le forma una cubierta protectora que lo faculta para permanecer en vida latente bajo condiciones rigurosas, hasta que su medio nuevamente es favorable; entonces el cigoto se divide por meiosis en cuatro células haploides, que después de un tiempo y luego de desarrollarse darán origen a cuatro individuos maduros. Cada uno de ellos, al reproducirse en forma asexual por mitosis, dará origen a más células haploides. Cuando los dos gametos son morfológicamente iguales se dice que la reproducción es por isogamia y los gametos reciben el nombre de isogametos (del griego isos: igual). Cuando el gameto femenino es grande e inmóvil ( oosfera u óvulo) y lo fecunda el gameto masculino, más pequeño y móvil ( anterozoide o espermatozoide), se habla del tipo principal de la reproducción sexual: la oogamia (del griego oón, que significa huevo, y gamos, que quiere decir unión sexual). El alga verde filamentosa llamada Spirogyra generalmente se reproduce asexualmente, pero también lo hace de manera sexual por conjugación, que se lleva a cabo cuando dos filamentos de Spirogyra se sitúan paralelamente. Entonces, de cada par de células, una de éstas emigra a través del tubo de conjugación a la célula del otro filamento, formando un cigoto diploide protegido por una resistente pared celular. Posteriormente, del cigoto así creado se forman cuatro núcleos haploides por el proceso de meiosis. De estos cuatro núcleos haploides por el proceso de meiosis. De estos cuatro núcleos, tres degeneran y sólo uno se desarrolla para dar origen al nuevo filamento de Spirogyra. Aunque en este proceso no hay una diferenciación morfológica precisa de las células reproductoras, por su comportamiento se puede considerar como célula reproductora masculina a la que emigran por el tubo de conjugación para fusionarse con la célula del filamento opuesto. Por su parte, la célula estática hace las veces del óvulo. Reproducción en hongos. Los hongos Basidiomycetes son los conocen como setas, y tienen sombrillas. Su reproducción es poco conocida; en algunos se por multiplicación vegetativa o gemación. La reproducción sexual generalmente se realiza de la
que se forma de asexual realiza bien por siguiente
forma: debajo del sustrato, las hifas (+) y (-) monocarióticas (con un solo núcleo) se unen y los dos núcleos se fusionan. De la hifa se forma una línea de células que tienen dos núcleos (dicarióticas), a partir de la cual brota un cuerpo fructífero, el basidioscarpo, por lo común más conocido como seta. En la cara inferior del píleo (estructura en forma de sombrilla) se localizan las agallas, compuestas por numerosas laminillas; cada una contiene una gran cantidad de basidios. En cada basidio los núcleos se fusionan; la fusión de los dos núcleos (cariogamia) produce la fecundación que conduce a la formación del cigoto: Éste, por meiosis, forma cuatro núcleos haploides que originan las basidiosporas. Cada basidiospora se sostiene por el esterigma, pequeña proyección del basidio, hasta que alcanza la madurez y se desprende para generar nuevos micelios. Reproducción en plantas inferiores Briofitas (hepáticas y musgos). La alternancia de generaciones de las briofitas es un ciclo reproductivo en el que el gametofito (fase haploide) forma gametos que se fusionarán para formar un cigoto. Cuando el cigoto germina, forma la fase diploide llamada esporofito.
El esporofito contiene a las esporas, que debido a divisiones meióticas quedan haploides. Cuando las esporas germinan forman gametófitos haploides. En las hepáticas, el esporofito es muy pequeño. Comúnmente, el gameotifto es la etapa más conocida. En la mayoría de las especies es de forma aplanada, y se une al sustrato por los rizoides, en lugar de hojas tienen superficies foliares. Las hepáticas pueden también originar yemas, que son pequeños cuerpecillos discoides capaces de formar en condiciones favorables un nuevo gametofito. Las yemas se encuentran dentro de estructuras en forma parecida a una copa. Ciclo de vida musgos. El gametofito de los musgos forma estructuras reproductoras en las puntas de sus ramas: las femeninas o arquegonios y las masculinas, llamadas anteridios. Cuando éstos maduran, salen del anteridio los espermatozoides, que nadan o son llevados por corrientes de agua al gameto femenino, que se encuentra en el arquegonio, y se realiza la fusión de los gametos que forman un cigoto diploide (2n) (figura 2.47)
Figura 2.47 Ciclo de vida del musgo Polytrichum. (Gama. p. 124)
El cigoto origina una planta esporofítica, que al principio se adhiere al gametofito y obtiene de él sus alimentos. Al principio, el esporofito contiene escasa clorofila y nunca está en contacto directo con el suelo. Desarrolla en la parte superior un filamento que termina en una cápsula o esporangio dentro del cual se encuentran las esporas, que también por un proceso de meiosis resultan haploides (n). Cuando una espora (n) cae en un medio con suficiente grado de humedad, germina y origina al protonema, que es un filamento que se ramifica. El protonema posee en su cara inferior rizoides y en la superior pequeñas yemas que darán origen a nuevos gametófitos que reiniciarán un nuevo ciclo. Traqueofitas inferiores. En las traqueofitas inferiores, son las plantas vasculares que no forman semillas como los helechos, el gametofito o prótalo (planta que forman gametos) y el esporofito (que forma esporas) son plantas independientes.
Los helechos tiene en el envés (parte inferior de la hoja) frondas maduras que presentan soros, que son estructuras que contienen varios esporangios. Mientras los esporangios maduran, el soro está protegido por un tejido llamado inducio, que utilizan los botánicos taxónomos en la clasificación de los helechos. Ciclo de vida de los helechos. La célula madre de cada espora (2n) origina por meiosis células haploides (n), las cuales al encontrar condiciones propicias
Fig. 2.48. Ciclo de vida de un helecho. (Gama,p. 125)
germinan y crean al gametofito laminar, casi siempre en forma de corazón (prótalo); de aquí se forman los anteridios, productores de los anterozoides (n), que son los gametos masculinos, y los arquegonios, que producen las oosfereas (n), gameto femenino. La fecundación se realiza cuando en anterozoide se fusiona con la oosfera dentro del arquegonio y forma el cigoto (2n), que por mitosis desarrolla la generación esporofita que constituye la nueva planta del helecho (figura 2.48) Reproducción en plantas superiores La semilla es una estrategia adaptativa que apareció en las plantas vasculares superiores durante el proceso de su evolución. Representa la culminación del éxito del reino de las plantas superiores para su supervivencia en el medio terrestre, ya que la semilla es la estructura reproductora que contiene al embrión del esporofito y un suministro alimenticio encerrado dentro de una cubierta protectora. El suplemento alimenticio nutre a la planta joven durante los primeros estadios de crecimiento. Al igual que las esporas, las semillas pueden sobrevivir en condiciones adversas. La semilla se desarrolla en la generación esporofítica de la planta. Dentro de las plantas con semilla están las gimnospermas (tienen semillas “desnudas”) y las angiospermas (sus semillas están cubiertas). Las plantas vasculares con semilla (o traqueofitas superiores) también tienen alternancia de generaciones. Los gametófitos masculinos están representados por los tubos polínicos, que contienen dos células espermáticas; en este caso, el grano de polen actúa como una microspora. El gametofito femenino en las gimnospermas está formado por varios arquegonios (como el cono o “piña”). En las angiospermas, los granos de polen llegan al gametofito femenino (gineceo). Cada grano de polen que desciende en forma de tubo polínico (gametofito masculino) lleva dos células espermáticas de las que sólo una fecunda al óvulo y forma al cigoto. El cigoto se transforma en el embrión, que queda suspendido en vida latente dentro de la semilla y que entrará en actividad al germinar para originar a un nuevo esporofito, que es la fase de las plantas superiores comúnmente conocidas. Las plantas con semilla presentan además un cuerpo o cormo, con tejidos verdaderos que forman órganos bien diferenciados como raíz, tallo, hojas y, en las angiospermas, flores y frutos.
Ciclo de vida en gimnospermas. En las gimnospermas (por ejemplo, las coníferas) los conos o estróbilos (piñas) son unisexuales. En la mayoría de las especies se encuentran en el mismo árbol, pero algunas las tienen en distinto árbol. Para la fecundación, el aire transporta al polen hasta el cono femenino.
En algunas especies las semillas se desprenden del cono en cuanto se forman; pero en otras, se requiere de un periodo de descanso que puede durar semanas o años. El tiempo que dure el periodo es
característico en cada especie (figura 2.49). Figura 2.49.Ciclo de vida de un pino. (Gama. p. 126) Ciclo de vida en angiospermas . En las angiospermas, las semillas maduran dentro de sus frutos ( angeian = recipiente y sperma = semilla).
Las flores son las partes de esta plantas donde se localizan los órganos reproductores, que generalmente están protegidos por los verticilos o envolturas florales que son el cáliz y la corola, que casi siempre tienen color y olor agradables y atraen a los insectos, lo que contribuye a la polinización y fecundación
entre diferentes individuos de la misma especie, llamada fecundación cruzada (figura 2.50). Figura 2.50.En las flores de las angiospermas se localizan los órganos reproductores. (Gama. p. 127) El aparato reproductor masculino es el androceo, formado por los estambres, que en su parte superior tienen una estructura llamada antera que es la encargada de la formación de los granos de polen. Los granos de polen representan a los gametos masculinos. Generalmente tienen forma esférica u ovoide y están protegidos por dos cubiertas: la exina, muy resistente y ornamentada, y la interior o intina, principalmente formada por la celulosa. En el interior existen dos células: una grande o célula vegetativa, en cuyo seno se encuentra la otra, que es muy pequeña, llamada célula germinativa o germinatriz. El aparato reproductor femenino se llama gineceo. Está formado por carpelos, que son hojas modificadas para formar el estigma, estilo y ovario. El estigma produce el néctar y en el interior del ovario se encuentran los óvulos.Por medio de las hormonas y la acción de ciertos estímulos internos y externos se realiza, regulan y coordinan los mecanismos de todas las funciones que integran el metabolismo, desarrollo y reproducción en los vegetales (figura 2.51). En las angiospermas, el futuro óvulo (diploide) se localiza dentro del ovario. Éste sufre una reproducción meiótica y origina cuatro células haploides, de las que tres degeneran y sólo una sobrevive para dividirse tres veces seguidas por mitosis, lo que dan origen a ocho células que también son haploides y se encuentran dentro del óvulo. Sólo una de estas células es la ovocélula o gameto femenino (haploide). Cada grano de polen contiene dos núcleos haploides. Cuando el polen a madurado, la antera lo libera y por polinización o transferencia de polen, que se realiza por medio del aire, agua, insectos, etcétera., es transportado al gineceo o pistilo (aparato femenino) de otra flor de su especie (rara vez se realiza la autofecundación). El estigma del gineceo estimula químicamente al grano de polen, que forma el tubo polínico que crece hacia el interior del gineceo o pistilo y desciende por el pistilo hacia el óvulo. Uno de los núcleos del grano de polen se divide en dos núcleos espermaticos, de los cuales uno se dirige al óvulo y el otro se queda en el tubo polínico.
Figura 2.51. Ciclo de vida en angiospermas. (Gama.p. 128)
La fecundación se realiza entre uno de los dos núcleos espermáticos y la ovocélula haploide para formar el cigoto diploide, el cual, al desarrollarse, formará al embrión que normalmente se encuentra dentro de las semillas. La cantidad de semillas dependerá del número de óvulos, ya que de cada cigoto se desarrolla una semilla que queda dentro del fruto. El fruto se formará al desarrollarse y madurar el ovario.
Reproducción en animales
En los animales, los gametos se forman y maduran en los órganos sexuales o gónados, que son los testículos y ovarios, a partir de las “celulares madres”: espermatogonias y las oogonias; a este proceso se le conoce como gametogénesis, analizado en el tema de división celular. A la fusión del óvulo con el espermatozoide e spermatozoide se le llama fecundación y esta puede ser externa o interna. Es decir, se da en el interior del organismo o fuera de él La fecundación externa generalmente se presenta en los animales acuáticos, y consiste en la liberación de los gametos en el agua, proceso conocido como desove. Se trata, hasta cierto punto, de una fertilización al azar, aunque para su éxito contribuye el hecho de que ambos gametos sean expulsados en sitios cercanos al mismo tiempo. Esta forma sincronizada de desove requiere que tanto la hembra como el macho alcancen la madurez sexual simultáneamente y en la misma zona. Además, se ha descubierto que algunas especies de animales marinos producen óvulos que liberan ciertas sustancias para atraer a los espermatozoides. La producción de grandes cantidades de gametos, en especial óvulos, ayuda a mantener equilibrado el crecimiento de las poblaciones de animales del medio acuático, ya que de la proporción de óvulos fecundados se presenta por lo general una alta tasa de mortalidad de la cría durante su proceso de crecimiento. En la mayoría de peces y mariscos la fecundación es externa. El tiburón, la lisa y la raya son peces de fecundación interna. La fecundación en la mayoría de las ranas es externa, se realiza en el medio acuático, aunque para la expulsión de los óvulos el macho abraza a la hembra ejerciendo presión sobre su abdomen, al mismo tiempo que él deposita sus espermatozoides sobre los óvulos. En este caso no hay cópula, pero sí cierta sincronización en la fertilización. La fecundación interna , realizada generalmente por los animales terrestres, consiste en que el espermatozoide se fusiona con el óvulo en el conducto reproductor femenino (dentro del cuerpo de la hembra). Los espermatozoides son liberados en un medio líquido que les permite moverse dentro del conducto reproductor femenino, donde existe la mayor probabilidad de fecundar al óvulo que se produce en los ovarios. En la fecundación interna se protegen los gametos de los factores adversos del medio externo; asimismo, se requieren poco óvulos para preservar la especie. No obstante, por la corta vida de los espermatozoides y la producción de óvulos solamente en ciertos periodos, persiste la necesidad de una sincronización reproductiva. En los insectos, los espermatozoides se almacenan en los receptáculos espermáticos de la hembra y se liberan cuando se producen los óvulos para fecundarlos. Los reptiles, aves y mamíferos son de
fecundación interna. Generalmente el macho, al copular con la hembra, introduce los espermatozoides en el conducto reproductor. El último proceso de la reproducción sexual es el desarrollo embrionario a partir del huevo o cigoto, a través de sucesivas divisiones forma un nuevo individuo. En el desarrollo embrionario pueden distinguirse tres etapas fundamentales: la segmentación, la gastrulación, así como la diferenciación u organogénesis . Desarrollo embrionario en animales de fecundación interna. Los animales de fecundación interna pueden ser: Ovíparos. Ponen huevos en el medio externo para su desarrollo embrionario, como las aves o reptiles. Ovovivíparos. Sus huevos se desarrollan por un tiempo dentro del cuerpo materno para después ser expulsados al medio externo, donde concluye su periodo de desarrollo. Este proceso se presenta en algunos peces y reptiles. Vivíparos. Son los mamíferos de mayor grado de complejidad. Su desarrollo embrionario se realiza dentro del cuerpo materno; disponen de una estructura llamada placenta, formada por tejidos derivados dela madre y del embrión, a través de la cual obtiene nutrientes, oxígeno y elimina sus desechos.
En los animales y plantas, la reproducción sexual se ve afectada por factores o barreras que impiden se lleve a cabo la fecundación; estos factores podrás consultarlos en la Unidad IV referente a barreras de especiación. RESUMEN EVOLUCION CELULAR Los primeros sistemas precelulares se originaron en una atmósfera reductora por lo cual las transformaciones celulares se dieron de la siguiente manera: Heterótrofos Anaerobios Procariontes Unicelulares
Autótrofos Aerobios Eucariontes Pluricelulares
2. Procariontes y eucariontes. Actualmente los sistemas vivos están constituidos const ituidos por estos tipos de células.
Las células procariontes carecen de un núcleo integrado, pues el DNA se encuentra disperso en el citoplasma, son las células más simples. Las células eucariontas son complejas, presentan membranas internas, organelos y estructuras organizadas y especializadas. Existen varias teorías para explicar la transformación de procariontes a eucariontes, entre ellas se encuentran las siguientes: Plegamiento de membrana Endosimbiótica Fagocitosis y pinocitosis (cavalier - Smith) Para explicar la transformación de unicelulares a pluricelulares se conocen dos teorías. Monofilética Polifilética TEORÍA CELULAR La teoría celular propone tres postulados: Unidad anatómica Unidad fisiológica Unidad de origen ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA
La célula esta integrada por tres elementos importantes: membrana celular, citoplasma y núcleo. La célula está limitada por una membrana celular selectivamente permeable, el modelo del mosaico fluido propone que dicha membrana esta compuesta por dos capas de moléculas de fosfolípidos, orientadas con sus cabezas hidrofílicas hacia fuera y sus colas hidrofóbicas hacia dentro. Diversas proteínas diseminadas entre los lípidos forman un mosaico. Algunas más forman canales que permiten que ciertos materiales crucen la membrana. Las células vegetales tienen una pared celular permeable, rígida e inerte compuesta por celulosa. El citoesqueleto está compuesto por una membrana de microfilamentos, fibras intermedias y microtúbulos. Este da su configuración a la célula, mantiene sus estructuras interna y funciona en la movilidad. Los microtúbulos, formados por tubulina proteínica, forman ásteres mitóticos, husos y el centro de cilios y flagelos. Los centriolos se relacionan con la división y el movimiento celular, se encuentran en las células de los animales. Los cilios y flagelos son extensiones semejantes a cabellos que le sirven a la célula para moverse. Las mitocondrias tienen una función importante en la producción de energía. Los ribosomas son estructuras en las cuales se sintetizan proteínas. El retículo endoplásmico (RE) es una estructura membranosa. El RE rugoso está salpicado por ribosomas. El RE liso envuelve los productos del retículo rugoso en pequeños sacos para su distribución dentro de la célula. El complejo de Golgi consiste en una serie de sacos aplanados que pueden modificar, almacenar y envolver materiales producidos en otra parte de la célula, así como elaborar sus propios polisacáridos.
Los lisosomas son pequeños paquetes de enzimas digestivas que controlan el proceso de la digestión dentro de la célula. Las células vegetales contienen plástidos de tres tipos: cloroplastos, cromoplastos y leucoplastos. Las vacuolas son sacos llenos de líquido. Algunas participan en el metabolismo y otras en el almacenamiento. El núcleo es importante en la regulación de las actividades y la reproducción celular. Contiene el material genético y presentan uno o más nucléolos que contienen ADN, RNA y proteínas. El nucléolo sintetiza los ribosomas. Consideramos tres tipos de transporte pasivo. La difusión, el movimiento de las moléculas de un área de alta concentración a una baja concentración, ocurre debido a que las moléculas se encuentran en constante movimiento. La difusión facilitada es similar a la primera, excepto en que las sustancias son transportadas a través de la membrana por proteínas transportadas. La ósmosis es la difusión a través de una membrana semipermeable, de un área de baja concentración de solutos a una de mayor concentración. El transporte activo requiere gasto de energía. Un tipo de transporte activo incluye una molécula transportadora. En la endocitosis, sustancias sólidas (fagocitosis) o líquidos (pinocitosis), son transportados activamente al interior de la célula. El proceso inverso, la exocitosis, transporta activamente sustancias fuera de la célula. COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA. Se clasifican en orgánicos e inorgánicos. Los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos corresponden al grupo de componentes orgánicos. Carbohidratos están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Los seres vivos lo emplean como fuente primaria de energía química para el funcionamiento celular. Además, en algunos organismos como bacterias, hongos, plantas y ciertos
animales, sirven como materiales estructurales y de sostén. Algunos ejemplos de carbohidratos comunes son la celulosa y los almidones. Lípidos son compuestos orgánicos que tienden a ser insolubles en agua y otros disolventes polares, pero solubles en disolventes orgánicos como el éter. Entre las principales clases de lípidos funcionales de los organismos están las grasas neutras (triglicéridos), los fosfolípidos y los esteroides. Los lípidos sirven como medios de almacenamiento de energía, ciertos lípidos acojinan y protegen los órganos internos del cuerpo, mientras que otros, forman una capa de grasa situada inmediatamente por debajo de la piel en muchos mamíferos, brindan aislamiento contra las bajas temperaturas ambientales. Proteínas son largas cadenas de aminoácidos que contienen nitrógeno unidos por enlaces peptídicos, todas sufren alteraciones morfológicas en sus cadenas polipeptídicas. La importancia de las proteínas radica en que están presentes en todas las estructuras celulares, otras participan en los procesos metabólicos en forma de enzimas, desempeñan además el transporte de gases en la sangre y participan en las reacciones inmunológicas, la regulación química, el soporte estructural y la regeneración celular.
Componentes inorgánicos de la célula. Dentro de estos se encuentra el agua, las sales minerales y los gases (O y CO2). El agua es el componente celular más abundante, sirve como solvente natural para los iones minerales y otras sustancias presentes en el interior de la célula. Y también como medio de dispersión para la estructura coloidal del citoplasma. El agua es indispensable para la actividad metabólica. Las sales minerales son importantes para mantener la presión osmótica y el equilibrio ácido-base de la célula. La concentración de los diversos iones varía dinámicamente dentro de la célula y en el líquido que la rodea, dentro de este grupo se encuentran los siguientes: calcio, magnesio, fósforo, potasio, cloro, cobre y otros. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Los seres vivos presentan las siguientes características. Su estructura es compleja y organizada, se mantienen en homeostasis, crecen, adquieren energía y
materiales a partir del medio, responden a estímulos, se reproducen y tienen la capacidad de evolucionar. DIVISIÓN CELULAR. Cuando la célula ha alcanzado su máximo crecimiento y madurez, entra en un período de división o reproducción. Existen dos tipos de división celular: La mitosis o división de células somáticas, consta de 4 fases (profase, metafase, anafase y telofase). Durante la profase, desaparece la membrana nuclear, se forma el huso y se condesa la cromatina, haciendo visibles, los cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por dos cromátidas conectados por un centrómero. Durante la metafase, los cromosomas se alinean en el centro del huso. Durante la anafase, los centrómeros se dividen y los cromátidas (ahora llamado cromosomas) se separan y se mueven a lo largo del huso hacia las extremidades opuestos de la célula. Durante la telofase, los cromosomas se desenrollan y forman filamentos, y se vuelve a formar la membrana nuclear. Entonces ocurre la citocinesis (división del citoplasma). Las células animales se estrangulan, formando una membrana entre dos grupos de cromosomas. En las células vegetales se forma una nueva pared celular entre los grupos de cromosomas. Meiosis división de las células germinativas consta de dos periodos (primera división meiótica y segunda división meiótica). En este tipo de reproducción una célula llamada madre, que contienen un número completo de cromosomas (diploide, se representa como 2n), da origen a cuatro células hijas, con la mitad de cromosomas que la progenitora (haploide, representadas como n).
REPRODUCCIÓN Es el medio por el cual se perpetúan las especies y se lleva a cabo de diferentes maneras, puede ser asexual o sexual. En la asexual se lleva a cabo con un solo progenitor que no posee gametos, de tal manera que todos los descendientes producidos asexualmente tienen la misma dotación de genes del progenitor, por lo tanto, sus características son idénticas a las de su progenitor. En la reproducción sexual participan dos progenitores cada uno de los cuales aporta una célula reproductora o gameto que al unirse ocurre la fecundación y puede ser externa o interna.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Y EVALUACIÓN
Como reforzadores es conveniente que desarrolles los siguientes ejercicios que te permiten analizar, aplicar y valorar el grado de aprendizaje alcanzado en la unidad. EJERCICIO 1 Célula procarionte -
Membrana plasmática ADN circular Flagelo Pared celular Plásmido Polirribosomas
Célula eucarionte -
Membrana plasmática Núcleo Nucleolo Ribosomas Retículo endoplásmico liso y rugoso Centríolo Complejo de Golgi Mitocondria Membrana nuclear Vacuola Citoesqueleto Pared celular Cloroplasto Flagelo Lisosoma
Ejercicio 1 ¿Qué diferencias observaste en las células procariontes y eucariontes? Instrucciones: dibuja un esquema que represente a una célula eucarionte y otro a la célula procarionte y localiza las siguientes estructuras:
¿CUÁLES FUERON LOS ACONTECIMIENTOS RELACIONADOS CON LA TEORÍA CELULAR?
IMPORTANTES
Instrucciones : de la siguiente lista de investigadores menciona cual ha sido su aportación. EJERCICIO 2 Antón Van Leeuwenhoek Jan Purkinje Robert Brown Schwann y Schleiden Rudolf Virchow Robert Hooke Marcello Malpighi
ESCRIBE LOS POSTULADOS DE LA TEORÍA CELULAR.
203
¿Para qué le sirven a las células las diferentes estructuras que contienen? Instrucciones: Organiza el siguiente conjunto de componentes y organelos celulares de acuerdo a su función. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio el nombre que corresponde. NUCLEOLO, MEMBRANA PLASMÁTICA, EJERCICIO 3 LEUCOPLASTOS, RIBOSOMAS, PARED CELULAR, CROMOPLASTOS, RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO, LISOSOMAS, CROMOSOMAS, CUERPOS DE GOLGI, CITOPLASMA, VACUOLAS, CENTRIOLOS, MITOCONDRIAS, NÚCLEO, PEROXISOMAS, CLOROPLASTOS, CITOESQUELETO, RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO. Cubierta rígida de celulosa y otros polisacáridos que protege y mantiene la forma de la célula. Capa de composición lipoproteica que determina los materiales que la célula puede intercambiar con su medio ambiental. Medio semilíquido rodeado por una membrana en el cual se encuentran suspendidos todos los organelos celulares. Sistema intrincado de membranas que participa en las síntesis, secreción y almacenamiento de carbohidratos, lípidos, esteroides u otros productos diferentes a las proteínas. Sistema de cavidades aplanadas y tubos interconectados que contienen ribosomas adheridos y es en el que se completa la configuración de las cadenas polipeptídicas. Sitios en los que se leva a cabo la síntesis de proteínas. Sitios en los que se secretan glucoproteínas y glucolípidos. Contienen el pigmento que capta la energía luminosa y las enzimas que la hacen utilizable para la síntesis de compuestos orgánicos. Contienen las enzimas que efectúan la oxidación de los compuestos orgánicos y la utilización de su energía para sintetizar ATP. Contienen diferentes clases de enzimas hidrolíticas que digieren polisacáridos, lípidos, ácidos nucléicos y proteínas. Almacenan almi dón después de su sínte sis a partir de la glucosa. Contienen diferentes clases de pigmentos que dan coloración. Son burbujas llenas de agua o líquido con materiales alimenticios, desechos o pigmentos. Están relacionados con la reproducción celular y con la formación de cilios y flagelos. Medio semilíquido rodeado por una membrana en el cual se encuentran suspendidos los cromosomas. Sitio en el que se sintetiza varias clases de moléculas de ARN. Son cadenas de proteínas y el ADN con los genes que ejercen el control de todas las actividades celulares. Contienen la enzima catalasa que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, con lo que se protege a la célula. Microfilamentos constituidos por proteínas que dan consistencia firme al citoplasma.
¿QUÉ ¿QUÉ SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS EXISTEN ENTRE LAS ESTRUCTURAS DE LAS CÉLULAS VEGETALES Y LAS DE LAS CÉLULAS ANIMALES?
Instrucciones: Clasifica el siguiente conjunto de organelos y estructuras de acuerdo a si éstas se han observado en células vegetales, en células animales, o en ambas. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio CÉLULAS VEGETALES, CÉLULAS ANIMALES, O, CÉLULAS VEGETALES Y ANIMALES, según corresponde.
EJERCICIO 4 Pared celular gruesa Membrana plasmática Retículo endoplásmico liso Retículo endoplásmico rugoso Citoplasma Ribosomas Lisosomas Complejo de Golgi Vacuolas Cloroplastos Mitocondrias Amiloplastos Centríolos
205
Cromoplastos Núcleo Nucleolo Cromosomas ¿CÓMO ESTA FORMADA LA MEMBRANA CELULAR? Instrucciones: Busca un esquema de la membrana celular, y localiza las siguientes estructuras. ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE DISACÁRIDOS Y POLISACÁRIDOS?
LOS
MONOSACÁRIDOS,
Instrucciones: de la lista de hidratos de carbono que se te presentan a continuación identifica a que tipo corresponde de acuerdo al número de moléculas de azúcar presentes en el compuesto. EJERCICIO 5 BICAPA DE LÍPIDOS, FOSFOLÍPIDO, REGIONES HIDROFÍLICAS, REGIÓN HIDROFÓBICA PROTEÍNA INTEGRAL, GLUCOPROTEÍNA CON CARBOHIDRATOS DE SUPERFICIE, SUPERFICIE INTERNA DE LA MEMBRANA, CADENAS DE CARBOHIDRATOS, SUPERFICIE EXTERNA DE LA MEMBRANA.
EJERCICIO Monosacárido Disacárido Polisacárido 6 Maltosa Quitina Sacarosa Glucógeno Celulosa Fructuosa Glucosa Lactosa Aldimón ¿QUÉ TIPO DE ESTRUCTURA PUEDEN PRESENTAR LAS PROTEINAS?
Instrucción: Representa a través de un dibujo la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de la estructura proteica. EJERCICIO 7
Estructura primaria
Estructura secundaria
207
Estructura terciaria
Estructura cuaternaria
¿QUÉ PAPEL DESEMPEÑAN LAS MOLÉCULAS Y LAS ESTRUCTURAS CELULARES QUE PARTICIPAN EN PROCESOS DE CAPTACIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA? Instrucciones: Organiza el siguiente conjunto de moléculas y estructuras celulares de acuerdo a su función. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio el nombre que corresponde. EJERCICIO 8
ATP GLUCOSA CELULOSA ENZIMA ALMIDÓN SACAROSA CLOROPLASTOS MITOCONDRIAS CITOPLASMA Proteína que cataliza alguna reacción anabólica o catabólica, de las muchas que se llevan a cabo en las células. Azúcar simple s imple producto de la l a fotosíntesis que constituye la principal fuente de energía para los organismos. Disacárido formado por una subunidad de glucosa y una de fructosa, conocido como azúcar de mesa. Polisacárido compuesto por subunidades de glucosa que constituye una reserva energética para las plantas. Polisacárido estructural que forma una pared dura alrededor de cualquier célula del cuerpo de una planta. Es la “moneda” de las transacciones energéticas de las células, y cuando se produce energía disponible por algún proceso celular, como la fotosíntesis o la respiración, se almacena en esta molécula. Contienen enzimas que efectúan la oxidación de la glucosa y otros compuestos orgánicos, así como la utilización de su energía para sintetizar ATP. En su superficie se encuentran suspendidos los organelos generadores de energía y enzimas que llevan a cabo la glucólisis. Contienen el pigmento que capta la energía luminosa y enzimas que la hacen utilizable para la síntesis de glucosa y otros compuestos orgánicos.
¿QUÉ DIFERENCIAS EXISTEN ENTRE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL Y LA REPRODUCCIÓN SEXUAL DE LOS ORGANISMOS? Instrucciones: Clasifica el siguiente conjunto de propiedades de acuerdo a si éstas corresponden a la reproducción asexual o a la reproducción sexual. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio el nombre REPRODUCCIÓN ASEXUAL o REPRODUCCIÓN SEXUAL, según corresponde.
EJERCICIO 9. Se caracteriza por la intervención de dos células especializadas, que se forman en unos órganos llamados gónadas por medio de meiosis. Un único organismo produce copias idénticas de sí mismo. Los descendientes son el resultado de la combinación de dos juegos de información genética. Se unen dos gametos de distintos se xo para dar lugar a un nuevo individuo. Es una fuente de variabilidad genética, que da como resultado individuos con distinta adaptación al medio, sobre los que podrá actuar la selección natural. Se caracteriza porque en ella no intervienen células es pecializadas. Dos organismos aportan características a los descendientes. Puede intervenir todo el organismo o puede ser una célula la que directamente da lugar a la formación de un nuevo individuo. Se lleva a cabo en organismos bisexuales pero también en los hermafroditas. Los descendientes que se producen son genéticamente idénticos al progenitor. Puede llevarse a cabo por: fisión, yemas, esporas, reproducción vegetativa, fragmentación o clonación. En ella participan células somáticas. Es común en las, plantas y animales de organización sencilla.
¿QUÉ DIFERENCIAS EXISTEN ENTRE LA DIVISIÓN CELULAR POR MITOSIS Y LA FORMACIÓN DE CÉLULAS POR MEIOSIS? Instrucciones: Clasifica el siguiente conjunto de propiedades de acuerdo a si éstas corresponden al proceso de la mitosis o al de la meiosis. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio el nombre MITOSIS o MEIOSIS, según corresponde. EJERCICIO 10 Sirve para formar gametos o células sexuales.
Una célula diploide da origen a dos células diploides. Sirve para crecimiento del organismo y reposición de células somáticas de desgaste continuo. Se conserva el número cromosómico. Consta de dos divisiones sucesivas. Se reduce a la mitad el número de cromosomas. Se producen cuatro células. Se producen dos células hijas. La recombinación de genes produce variaciones en la información que son heredables. Una célula diploide da origen a cuatro células haploides. REALIZA LAS SIGUIENTES ACTIVIDADES EJERCICIO 11
1. Investiga cuáles son y en qué consiste los mecanismos por medio de los cuales la célula permite el paso de sustancias a través e la membrana, sin gastar energía. Resume la información. 2. ¿Qué sustancias son transportadas por la membrana mediante la difusión? 3. ¿Qué sustancias entran a la célula por difusión facilitada? 4. ¿De donde proviene la energía necesaria para realizar el transporte activo? 5. Explica que son los ribosomas y cual es su función en la célula.
6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.
Selecciona un modelo de cloroplasto y señala las partes que lo forman. ¿Qué son los plasmodesmos y para que le sirven a las células vegetales? ¿De que forma se comunican entre sí las células animales? Explica que es un lípido, de que está formado y cuales son sus características. Dibuja como está formado un triglicérido (glicerol más tres ácidos grasos), y escribe debajo de cada fórmula el nombre de cada compuesto. Investiga y escribe que es un fosfolípido. Elabora un resumen de la composición y función de las proteínas en los seres vivos. Elabora un resumen de la estructura de los aminoácidos e ilustra con dos ejemplos, señalando en cada uno de ellos los grupos funcionales amino y carboxilo, así como el carbono central de la molécula y el radical que presenten los ejemplos seleccionados. Indica por escrito que es un polipéptido. Explica de que manera se unen los aminoácidos entre si para formar las cadenas de polipéptidos e ilustra con un ejemplo el enlace peptídico. Indica la composición y funciones de los carbohidratos. Investiga que es el homeostasis y elabora un resumen. Explica qué es la fotosíntesis, en donde se realiza, qué organismos la llevan a cabo y escribe la ecuación general de este proceso. Indica cuales son las fases de la fotosíntesis e ilustra tu respuesta. Elabora un resumen de la fase luminosa de la fotosíntesis e indica el papel de la luz y la clorofila en la captación de energía desde el sol para la síntesis de moléculas de ATP. Indica cuáles son los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis y explica de donde provienen las moléculas de oxigeno que se desprenden durante la fotosíntesis. Elabora un resumen de la fase oscura de la fotosíntesis, indicando el papel del ATP, de los aceptores NADH + (aceptores reducidos) y del CO 2 en la síntesis de los azúcares durante el Ciclo de Calvin. Indica cuáles son los productos de la fase oscura de la fotosíntesis. Explica cuál es la importancia de la fotosíntesis para los seres vivos.
UNIDAD
3
L A H E R E N C I A B I O L Ó G I C A
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
1.- Conocer y comprender la capacidad que tienen los organismos para reproducirse a partir de determinadores hereditarios. 2.- Conocer, comprender y apreciar de manera cuantitativa el comportamiento de los caracteres hereditarios a través de las generaciones. 3.- Comprender e identificar el impacto de las mutaciones en la salud y en la vida social.
3.1 LA GENÉTICA MENDELIANA Y SUS APORTES. Gregor Johann Mendel (1822- 1881) - Nació al norte de Moravia en la región de Heinzerdorf en el antiguo imperio Austro-Húngaro hoy ciudad de Brno de la antigua Checoslovaquia, el joven Mendel, creció en un medio que le permitió realizar algunos estudios sobre la historia de la ciencia con Jean Louis Serré. También se refiere que Mendel tuvo como guía intelectual al experto en botánica y agronomía Thomas Makita; además de contar con la orientación del profesor J. Schreiber quien le enseñó Agronomía y Ciencias Naturales, se menciona también que tuvo como maestro al botánico Franz Unger, muy famoso por sus planteamientos materialistas y un gran fanático en la aplicación del método científico, Mendel tuvo la oportunidad de impartir clases de matemáticas a nivel básico, durante su estancia en el monasterio Agustino; posteriormente ingresa a la universidad de Viena a estudiar ciencias naturales. Donde adqurió conocimientos que le ayudaron en los trabajos que habría de realizar al ingresar nuevamente al monasterio Agustino después de la postguerra. Durante su estancia en el monasterio tuvo el tiempo y espacio para realizar una investigación bibliográfica sobre los factores que se transmitían de una generación a otra y al no encontrar ninguna referencia, principio o ley sobre el tema decidió trabajar sobre éste. 1
Figura 3.1 a Gregorio Johann Mendel (1822-1881) a mediados del siglo XIX y El monasterio donde realizó sus trabajos. Biggs p.286 y figura 3.1b Zoología Hickman p.27. Mendel inicia sus trabajos planteando primero un plan detallado para realizar sus investigaciones de manera formal (aplicando del método científico). Para su trabajo consideró, utilizar a las plantas de chíncharo (Pisum sativum), ya que de ésta planta pudo recolectar diferentes variedades en las campiñas campiñas de la región. Así Gregorio Mendel realizó sus trabajos en el período de 1856 a 1863, había concluido que utilizaría a la planta de chícharo ya que pudo encontrar en esta planta 32 variedades distintas; que tenían características que las diferenciaban unas de otras; eran fáciles de observar; se reproducían con cierta facilidad y que los costos que se necesitaban para el trabajo no fueran muy elevados. Sin embargo lo más sobresaliente era la capacidad que tienen los chícharos de autopolinizarse ya que cuando la flor abre sus pétalos se encuentra fecundada.Con el paso del tiempo, detalló la forma en que realizaría sus experimentos, llevando a cabo cultivos de las variedades adquiridas, de cada una fue descartando una a una, hasta quedarse únicamente con siete variedades que denominó "razas puras", ya que al cultivarlas, las plantas que se reproducían eran exactamente iguales a sus progenitoras fig 3.3 . Esta fue otra característica sobresaliente para poder controlar el comportamiento de los caracteres a través de generaciones. Mendel también descubrió problemas, ya que la flor del chícharo tiene pistilo y estambres, estructuras que le sirven a la planta para para autofecundarse y vió la manera de crear un procedimiento que le permitiera obtener sólo fecundaciones deseadas y controladas por él mismo; de ahí que escribiera lo siguiente: 1 "Si ocurriera durante los experimentos sin darnos cuenta la impregnación accidental con polen extraño, esta conduciría a conclusiones totalmente erróneas". Y más adelante señala: "Para realizar la fecundación artificial se abre el capullo antes
de que esté este plenamente desarrollado, se elimina la quilla y con unas pinzas se quitan cuidadosamente los estambres después de ello se puede espolvorear enseguida en el estigma con el polen ajeno para poder realizar la polinización artificial”, figura 3.2
Fig. 3.2 Polinización cruzada en los trabajos de Mendel. Estructuras reproductoras masculinas. Estructura de una flor de guisante. (Biggs) Concepto de carácter Un carácter es una característica o rasgo distintivo de un organismo; por ejemplo, el tipo de pelo, los dientes, color de piel, la estatura, representan caracteres propios de un individuo. Cuando Mendel inició sus trabajos se dio cuenta que algunos caracteres que tenían los descendientes no se reflejaban en los progenitores, por lo que decidió purificarlos y crear “Razas o variedades puras”. Donde la característica deseada se manifestara en todos los descendientes para de ahí realizar las combinaciones deseadas. Así un carácter puede tener dos niveles de expresión dominante o recesivo: lo dominante es determinado por el mayor número de apariciones en una población. Por ejemplo si tenemos 100 individuos de pelo lacio y chino; el carácter a estudiar será el tipo de pelo; 80 de ellos tienen pelo lacio y 20 pelo chino, se deduce que el pelo lacio es el dominante mientras que el pelo chino es recesivo. Lo dominante contrario, permanece alertagado y podrá aparecer de igual manera en las siguientes generaciones, a menos que se junten dos recesivos y lo formen dominante. Para escribir un carácter dominante lo hacemos con mayusculas mientras que lo resecivo con minuscula, por ejemplo: pelo lacio dominante (LL),
pelo chino recesivo (ch ch). A partir de la planta de chicharo Mendel estudio los caracteres durante dos años. Los siete caracteres seleccionados por mendel Ventajas de Mendel. A lo largo de la historia muchos científicos se interesaron por dilucidar la forma como se transmitían los caracteres de una generación a otra, sin embargo no lograron su objetivo. Mendel tuvo el cuidado en los siguientes puntos que le permitieron el éxito no reconocido en su vida. 2 1.-Utilizó un solo carácter. Al combinar polen de plantas progenitoras podía registrar con certeza como se transmitía ese carácter. 2.-Purificación de caracteres. Si una planta de chícharos se reproduce y observamos la vaina encontraremos en ellas lisas y rugosas y hacemos que se reproduzca la semilla lisa, encontramos de igual manera semillas lisas y rugosas, si seleccionamos ambas semillas a lo largo de varias generaciones (unas cinco) podemos purificar el carácter y así obtener puras semillas de una u otra expresión, de esta manera se consigue una variedad pura. Si las entrecruzamos tendremos la certeza de que este es el carácter que deseamos manejar y podemos apreciar su comportamiento en las siguientes generaciones. 3.-Usó las matemáticas. Aunque en un plan básico le permitió traducir el comportamiento a expresiones numéricas característica que no era común ya que lo cualitativo era una forma sobresaliente de expresar un fenómeno. 4.-Usó la planta que le facilitó controlar el proceso de fecundación. Para controlar la mezcla de caracteres y que no se contaminen por otras plantas que falseen los datos. Mendel seleccionó siete variedades denominadas “razas puras”. 1 Textura de las semillas (lisas y rugosas) 2 Color de los cotiledones (Amarillo-verde) 3 Color de la cubierta de las semillas (blanco-gris) 4 Forma de las vainas (lisas y rugosas) 5 Color de la vaina madura (verde-amarilla) 6 Posición de las flores (axial-teminal)
7 Longitud del tallo (largos y cortos)
Fig. 3.3. Las siete características de los chíncharos utilizadas por Gregorio Mendel. (Biggs p.7) Leyes de Mendel Primera ley Mendel realizó sus trabajos con plantas que presentaron un sólo carácter por ejemplo: Longitud del tallo, formas de las vainas, etc. Realizó 37 fecundaciones cruzando 10 plantas, cinco de tallo largo (LL) y cinco de tallo corto (cc), cuando las plantas se desarrollaron. Procedió a abrir cada una de las flores de las plantas de tallo largo (LL) y utilizando un pincel les impregnó en el pistilo polen de plantas de tallo corto (cc), de inmediato cubrió con papel cada una de las flores, para evitar que insectos, aves o el viento produjeran una fecundación indeseable. Después impregnaba el pistilo de plantas de tallo corto (cc) con el polen de plantas de tallo largo (LL) y las cubría con papel, según sus escritos Mendel decía: "para cada experimento se colocaron en un invernadero varias plantas en macetas durante el período de floración, para que sirvieran de "plantas testigo" del experimento principal, realizado a cielo abierto y controlar posibles perturbaciones producidas por insectos". 3 Así las semillas obtenidas se cultivaron y cuando las plantas terminaron su desarrollo sólo obtuvo plantas de tallo largo (Lc), autofecundó las plantas y nuevamente las semillas se guardaron y se sembraron en el siguiente año. Cuando 3 F.
Arana. Arana. Fundamentos de la Biología p.219 p.219
las plantas se desarrollaron, Mendel observó que había plantas de tallo largo (LL) (Lc) (Lc) y algunas de tallo corto (cc). “Al realizar el recuento obtuvo 787 plantas de tallo largo y 277 plantas de tallo corto, eran 1064 en total. Lo primero que se le ocurrió fue sacar los porcentajes de la siguiente manera: Tallo Largo
787 x 100 = 73.96 %
1064 277 x 100 = 26.04% Tallo Corto
1064 Porcentajes realizados por Mendel en base a sus trabajos Después realizó operaciones para sacar las proporciones: Tallo Largo
73.96 / 25 = 2.95
Tallo corto 26.04 / 25 = 1.04 Redondeando estas cifras las proporciones eran de 3:1, todos los trabajos se realizaron con cada uno de los siete caracteres que había seleccionado. Mendel llegó a la siguiente conclusión: " si cruzamos dos razas puras con un solo carácter contrastante, es decir tallo largo (LL) y tallo corto (cc). En la primera generación filial F-1 todos los individuos son híbridos de tallo largo (Lc) porque presenta un carácter "dominante" que se expresa y un carácter "recesivo" que queda oculto; al cruzar estos organismos híbridos entre sí. En la generación filial F-2 se desarrollaron plantas de tallo largo y unas de tallo corto con una proporción de 3:1 en el fenotipo o bien de 1:2:1 en el genotipo donde los caracteres se separan obteniendo uno de tallo largo (LL), dos donde predomina el dominante largo sobre el recesivo corto corto (Lc) (Lc) y un organismo recesivo de tallo corto (cc), (cc), a esto se le denominó 20 años después de la muerte de Mendel la "primera ley de Mendel o Ley de la segregación de caracteres”. Cuadro 3.1 y 3.2.
LL L
cc L
c
Raza pura dominante tallo largo
c
Raza pura recesiva tallo corto
L L (gametos)
c
c (gametos)
LL L
L
cc c c
Lc L
Lc Lc
Cuadro 3.1 Utilizando la cuadricula de Punnett obtenemos la la primera primera generación Filial o F-1 100% híbridos híbridos donde predomina el carácter dominante tallo Largo.Para la segunda segunda generación filial F-2, al cruzar dos organismos híbridos entre sí obtendremos la segregación del carácter en forma forma independiente.
Lc L
c
LL
Lc
Lc L
c Lc cc Cuadro 3-2 se presenta la segunda generación filial o F-2 donde se observa la segregación de caracteres con una proporción de 3:1
Segunda Ley de Mendel Continuando con sus trabajos, Mendel cruzó individuos homocigotos que tuvieron dos caracteres contrastantes; contrastantes; por ejemplo: tallo largo y vaina amarilla (LLAA) (dominantes) o tallo corto y vaina verde (ccvv) (recesivos). Los caracteres para el tallo se encuentran en 1 par de cromosomas y el carácter para el color de la vina se encuentra en otro par de cromosomas; por lo que en la primera generación filial F-1 se obtendrá el 100% fr híbridos, al cruzar estos entre sí; en al segunda generación filial F-2 se segregan los alelos de manera independiente, de esta manera se obrendrán plantas de tallo largo y vaina amarilla, plantas de tallo corto y vaina verde, pero también plantas de tallo corto y vaina amarilla. La proporción de 3:1 está en que se obtuvieron 12 plantas de tallo largo y 4 de tallo corto; 12 plantas de semilla amarilla y cuatro de semilla verde. Entonces la proporción será de 9.3.3.1. 9.3.3.1. Ver cuadro 3.3 y 3.4. Con base en estos trabajos, Mendel concluyó lo que hoy conocemos como "Segunda ley de Mendel o la ley de la segregación de un par de caracteres independientes de la segregación de un segundo par de caracteres". Estas conclusiones se logran apreciar en el siguiente esquema (3.3
LLAA Raza pura recesiva
dominante
ccvv
(gametos)
Raza pura
(gametos) LLAA LA
+
ccvv
cv
LA
LAcv
LAcv
cv LAcv LAcv Cuadro 3-3 Primera generación filial o F-1 donde se obtiene 100% de híbridos con los dos caracteres dominantes Tallo largo y Vaina Amarilla y los dos recesivos tallo corto y Vaina verde. Para la siguiente generación se toman organismo híbridos y de los gametos obtenidos se cruzan entre sí, y obtenemos los siguientes resultados. Gametos de híbridos L A c v LA
Lv cA cv
Gametos de híbridos L A c v
LA Lv cA cv
LA LA
Lv
LLAA LLAv
cA
cv
LcAv Lc vv
Lv
LLAv
LLvv
LcAv Lcvv
cA
LcAv
LcAv
ccAA cc AA
cv
LcAv
Lcvv
ccAv
cc VV
Cuadro 3.4 Segunda generación filial o F-2 donde se muestra la segregación de los caracteres en forma independiente, dominantes y recesivos. LA CUADRÍCULA DE PUNNETT El método de Punnett, se utiliza para determinar la probabilidad de aparición de los fenotipos y genotipos probables en los descendientes; el cuadro de Punnett, es intuitivo no matemático. Debemos recordar que los números generados por el cuadro de Punnett, no significa que cada apareamiento producirá exactamente cuatros descendientes, Para obtener los resultados de Mendel y la probabilidad es útil en el uso de la cruadrícula de Punnett. La cuadrícula se llama así porque fue éste genetista Reginald C. Punnett, en proponer su uso por primera vez en 1906, utilizando la cuadrícula de Punnett en la primera ley de Mendel, obtenemos en la generación F-1 el 100% de híbridos.
3.2 BASES MOLECULARES DE LA HERENCIA En base a sus resultados Mendel Postuló que en todo individuo, cada variedad de características hereditarias está gobernada por dos “factores”, luego propuso que durante la formación de gametos los factores se comportaban como partículas y se separaban de manera que cada célula sexual contenía sólo un miembro de cada par. Los dos factores no se modifican durante la fecundación (uno no contamina al otro), permitiendo de esta manera la reaparición de los caracteres recesivos en la generación F-2. Después de una amplia investigación que duró aproximadamente 100 años se llegó a comprender las características e importancia de estas minúsculas estructuras biológicas. El aparato posterior conceptualizaremos al gen como un segmento de ADN; y en su historia inicia con su descubrimiento en 1869, por Friedrich Miescher, en el mismo período en que Darwin y Mendel hacían sus aportes, hasta culminar una etapa en 1953, en que James Watson y Francis Crick describen su estructura y proponen un mecanismo a través del cual del ADN, se replica o copia así mismo. Al descubrir el e l ADN F. Miescher, lo denomina de nomina como nucleina por encontrarse e ncontrarse en el núcleo de la célula “era una sustancia blanca azucarada, ligeramente ácida y que contiene fósforo”, mas adelante se transforma el término nucleina por ácido nucleico y finalmente por ácido desoxirribonucleico (ADN), para distinguirlo de un compuesto químico que también se encuentra en la célula el ácido ribonucleico (ARN). Los ácidos nucleicos están constituidos por sbunidades llamadas nucleótidos que diferencian a cada ácido nucleico, tanto al ADN como ARN.
En el ADN y ARN los nucleótidos que los forman están compuestos por un grupo fosfato, una Pentosa la desoxirribosa (ADN), la ribosa en el (ARN) y una base nitrogenada. Hay cinco tipos de bases nitrogenadas; dos púricas con estructura de doble anillo adenina y guanina A-G y tres pirimídicas de estructuras químicas de un solo anillo timina, citosina en el ADN y Uracilo en el ARN que sustituye a la timina T-C y U. Figura 3.4 En el cuadro 3.5 se distinguen las diferencias entre el ADN y el ARN. El ácido nucleico primordial es el ácido Ácido (ADN) ya que es el encargado de la transmisión de los caracteres hereditarios figura 3.4
Figura 3.4 Estructura química de las bases nitrogenadas del ADN purinas y pirimidinas (Fried p.89)
Cuadro 3.5 Ácidos Nucleicos, que nos muestra la diferencia de los ácidos nucleicos ADN y ARN así también su ubicación y su función dentro de la célula.
CUADRO 3.5
ACIDOS NUCLEICOS
DNA
RNA
Bases purínicas
Adenina Guanina
Adenina Guanina
Bases pirimidínicas
Citosina Timina
Citosina Uracilo
Azúcar
Desoxirribosa
Ribosa
Fosfato
Ácidos fosfórico
Ácidos fosfórico
Localización
Principalmente en el núcleo (también en mitocondrias y cloroplastos)
Principalmente en el citoplasma (también en nucléolo y cromosomas)
Papel en la célula
Información genética Síntesis de proteínas
Tipo de cadena
Doble
Sencilla
Figura 3.5 Estructura de la doble cadena de una porción de la molécula de DNA. Las cadenas se mantienen unidad por puentes de hidrógeno (representados aquí por guiones), entre las bases. Nótese que la adenina y la timina pueden formar dos puentes de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina pueden formar tres. Dados estos requerimientos de enlace, la adenina puede aparearse sólo con la timina y la guanina sólo con la citosina. Así el orden de las bases en una cadena determina el orden de las bases en la otra. Las cadenas son antiparalélas. (Fried p.90)
En el DNA, el esqueleto de la molécula está constituido por el ácido fosfórico y la desoxirribosa; a este esqueleto se unen las bases nitrogenadas. Uno de los descubrimientos más importantes e interesantes sobre los ácidos nucleicos es que el DNA no es una cadena única de polinucleotidos, sino que consiste en dos cadenas complementarias entrelazadas con precisión por enlaces de hidrógeno específicos entre las bases púricas y pirimidínicas. El número de timinas es igual al número de adeninas y el de guaninas igual al de citosinas. Este hecho surgió un apareamiento de las bases: adenina con timina ( A-T) y guanina con citosina ( G-C).
El resultado es una estructura en escalera (figura 3.6) Los pasamanos son los esqueletos de azúcar y fosfato, los travesaños de conexión son los pares de bases nitrogenadas, A-T y G-C. Sin embargo la escalera está retorcida en una doble hélice, con unos diez pares de bases por cada giro completo de la hélice. Las dos cadenas de DNA corren en direcciones opuestas, es decir son antiparalelas y el extremo 5´ de una cadena se corresponde con el extremo 3´ de la otra. Las dos cadenas son también de las complementarias; la secuencia de bases a lo largo de una de ellas especifica la secuencia de bases a lo largo otra. La determinación de la estructura del DNA, por si sola se ha considerado como el descubrimiento biológico más importante del siglo XX.
Figura 3.6 La estructura de la doble hélice del DNA, como fue presentada en 1953 por Watson y Crick. El armazón de la hélice está compuesto por las unidades azúcarfosfato de los nucleótidos. Cada peldaño está constituido por dos bases. El conocimiento de las distancias entre los átomos fue crucial para establecer la molécula de DNA. (Audesirk p.185)
Mecánica de replicación propuesta por Watson y Crick, es la forma simiconservadora Figura 3.7 El ADN se replica rápidamente con errores y corrección de errores, la replicación del ADN, se da en dos sentidos y de dos maneras diferentes; continuos y discontinuos esto se debe a que el ADN polimeraza sólo tiene un sentido de síntesis de 5´ 3´.
La segunda categoría de ácidos nucleicos es el ácido ácido o ARN. La estructura de esta molécula es similar a la del ADN, pero con varias excepciones importantes. Aunque el ARN, también está constituido por nucleótidos unidos en cadenas de polinucleótidos, el azúcar ribosa remplaza Figura3.7 Replicación semiconservadora propuesta por J. Watson y F. Crick basados en su modelo de la doble hélice. (Audesirk
a la desoxirribosa y la base nitrogenada. Uracilo reemplaza ala Timina, otra diferencia importante es que, en general se considera que la mayoría del ARN es de cadena sencilla. Sin embargo algunas veces, después de sintetizarse, las moléculas de ARN, se dobla sobre sí misma para formar regiones de doble cadena. Esta configuración se produce cuando hay regiones complementarias en posiciones que permiten formar para de bases. Además algunos virus que tienen al ARN como material genético, lo tienen en forma de hélices de doble cadena. De este modo, hay varios ejemplos en los que el ARN, no es una molécula estrictamente lineal y de cadena sencilla. Existen tres clases principales de moléculas de ARN celular, que funcionan durante la expresión de la información genética: ARN ribosómico (ARNr), ARN mensajero (ARNm) y ARN de transferencia (ARNt). Todas estas moléculas se originan como copias complementarias de una de las dos cadenas de ADN durante el proceso de la trascripción. Es decir su secuencia nucleotídica es complementaria a la secuencia de desoxirribonucleótidos del ADN, que sirven de molde para su síntesis. Como en el ARN el Uracilo reemplaza a la timina, este es el complementario de la adenina durante la trascripción y durante el emparejamiento de bases en el ARN. Se pueden caracterizar cada clase de ARN por su tamaño, su comportamiento de sedimentación en un campo centrífugo y por su función genética. El ARN se forma a partir de un proceso llamado transcripción donde una de las cadenas del ADN sirve para formar una cadena lineal con una secuencia distinta de bases nitrogenada, donde el uracilo sustituye a la timina. Figura 3.8
La función biológica del ARN es el intermediario para la síntesis de proteínas en cada una de las células de un organismo de acuerdo a la información genética que le envía en ADN. El ARN mensajero lleva la información genética a los ribosomas en forma de “clave”, llamado código genético, que se tiene que traducir para la síntesis de proteínas. Figura 3.9
Figura. 3.8 Transcripción del DNA. Para formar ARNm (Audesirk, p. 187)
Figura 3.9 Mecanismo de la traducción para la síntesis de proteínas. (Young M Median p.55 Organismo
E. Coli Crustáceo Tiburón Iguana Cabra Montes Hombre
Longitud de la Pares molécula ADN Nucleótidos 1 Milímetro 3 Millones 10 cm. 300 Millones 25 cm. 750 Millones 50 cm. 1.5 Millones Millón 100 cm. 3 Mil Millones Millón 150 cm. 3.5 Millones Millón
de Número Genes 2,000 200,000 500,000 de 1 Millón
de
de 2 Millones de 2.5 Millones
Cuadro 3.6 GENES Y ALELOS Los genes son las unidades básicas de la herencia, constituidas por segmentos de ADN, no están est án formados por un número preciso de nucleótidos, ya que hay unos más complejos y otros más simples. “Genes” nombre que fue establecido por Johannsen en 1909 que significa origen. Es la unidad genética elemental contenida en los cromosomas o citoplasma (plasmogénes). Unidad hereditaria que se transmite por las células sexuales y que gobiernan un carácter. Su conjunto lo contiene un individuo que se llama genotipo y se expresan en el fenotipo (apariencia física), que es lo que vemos en un individuo ejemplo complexión, color de piel, ojos, etc. El genoma humano son todos los genes que van a diseñar a un organismo completo. El genotipo también lo conceptualizamos como el conjunto de los factores hereditario que regulan en conjunto la forma y el funcionamiento de un organismo, ante el mundo exterior. Es la fórmula genética que hereda un individuo. El fenotipo es la apariencia externa de los caracteres que recibimos dentro del medio en que nos desarrollamos; el fenotipo de un carácter es la resultante de la interacción entre las condiciones del medio y del genotipo.
Los genes están ubicados en los cromosomas en un lugar muy preciso llamado locus, cada gen ocupa el lugar específico que le corresponde en cada cromosoma y cada organismo tiene un número determinado de cromosomas según la especie de que se trate. Se ha podido determinar la posición de algunos genes, en diversas especies de plantas y animales; incluso en los cromosomas humanos se han identificado muchos genes logrando como resultado los mapas genéticos. En la actualidad en genoma humano ya se a descifrado y se han ubicado todos los genes que diseñan finalmente al ser humano. Alelos, las células sexuales (óvulos y espermatozoides) están formados por 23 cromosomas cada una, cuando se da la fecundación se fusionan sus núcleos y da como resultado el huevo o cigoto con 46 cromosomas ; es decir cada progenitor aporta la mitad de la información genética 23 cromosomas que van a caracterizar al nuevo organismo; así, en el padre está la información para determinar el color de ojos que tendrá el hijo pero también en la mamá se encuentran los caracteres que determinan el color de ojos, los ojos se parecen más al papá que a la mamá, quiere decir, que es un gen dominante y el otro será recesivo. A los genes que van a determinar el mismo carácter y se encuentran en el mismo locus (sitio o lugar) en los cromosomas homólogos se le denomina alelo. Los genes alelos determinan la misma característica y se encuentran en el mismo sitio en dos cromosomas iguales (cromosomas homólogos); es decir, un cromosoma del par uno es proporcionado por el padre y el otro por la mamá ya que cada uno provee la mitad de cromosomas que contiene la progenie.
ALELOS MULTIPLIES MULTIPLI ES Hay caracteres que son determinados por varios genes como la estatura, el color de la piel y el tipo de sangre. Estos genes ocupan Loci homólogos, estos están en una posición idéntica en cromosomas homólogos. Uno de los caracteres determinados por alelos múltiples y que han sido estudiados ampliamente es el tipo de sangre humana. Grupos sanguíneos: A principios de siglo XX, los científicos descubrieron que había cuatro tipos básicos de sangre y le llamaron tipos “A”, “B”, “AB” y “O”. El nombre se basa en la clase de antígeno localizado en los glóbulos rojos. Un antígeno es una sustancia que hace que se formen anticuerpos. La sangre humana se clasifica por la presencia de moléculas de superficie de los glóbulos rojos ; el Gen I determina los
grupos sanguíneos , el gen I tiene tres alelos I A, I B, y i, con frecuencia escritos como sistema A,B,O. El alelo I A produce la molécula de superficie A y el alelo I B produce la molécula de superficie B, el alelo i no produce moléculas de superficie, las combinaciones posibles para el tipo de sangre podrían ser las siguientes; cuadro 3.7
Alelos que determinan los grupos sanguíneos en los Seres Humanos. Cuadro 3.7 Cuadro 3.7 Alelos que determinan los grupos sanguíneos en los Seres Humanos. Genotipos Moléculas de superficie Fenotipos I A, I B, A i A “ A” “ B” I B, I B, B i B I A, I B AyB “ AB” i, i Ninguna “ O”
Los alelos I A y I B se manifiestan siempre por que son dominantes, además son dominantes sobre el alelo i (minúscula porque es recesivo). Por ejemplo si una persona hereda el alelo IB del padre y el alelo IA de la madre el organismo progenitor producirá ambos tipos de moléculas A y B y su tipo sanguíneo será “AB”, una persona que tenga IB y i producirá moléculas de superficie B y su tipo sanguíneo será “ B” así si un individuo tiene alelos IA, IA su tipos sanguíneo será “A” y aquellos individuos que tengan alelos alelos i y i no produce 3 moléculas de superficie su tipo sanguíneo es “O”.
3 Garder
y otros principios de genética, genétic a, p.38
Los alelos del factor Rh en los seres humanos se descubrió en 1940 por K. Landsteiner y A.S. Wiener en conejos inmunizados con sangre del mono Macaca rhesus .Los anticuerpos resultantes no sólo tenían la capacidad de aglutinar a los glóbulos rojos del mono; sino también a un alto porcentaje de gente caucásica de Nueva York. Los individuos que células sanguíneas capaces de reaccionar con el anticuerpo Rh se denominan Rh+ (positivos), los que no reaccionan son Rh – (negativos) el símbolo de Rh viene de las primeras dos letras del nombre del mono rhesus. Cuando una mujer con factor Rh- (negativo) se embaraza y el padre del hijo es Rh+ (posit ivo) en el Fig. 3.10 Tipos sangu ineos del siste ma ABO. (Espinoza, Aguilar, Arteaga y otros, p. 46). momento del parto la sangre fetal puede ponerse en contacto con la sangre materna al desprenderse la placenta del útero, la mamá desarrollará sensibilidad formará anticueros contra el Rh del hijo. Por lo cualmujer se le tiene que aplicar la vacuna anti Rh, para que no desarrolle anticuerpos. En los embarazos siguientes sus hijos no desarrollan la izoinmunización materno fetal y cada vez que se atienda de un parto tiene que aplicarse la vacuna anti Rh. Cuando por alguna urgencia se necesita realizar una transfusión sanguínea a un individuo enfermo o lesionado que haya perdido sangre , se determina el grupo sanguíneo delreceptor y el grupo sanguíneo del donador, además se determina
el factor Rh que puede ser positivo(+) o negativo (-) para realizar la transfusión sin riesgo; si la transfusión se realiza con sangres sangres distintas, los antigenos antigenos de superficie de los glóbulos rojos reaccionaran presentando aglutinación o bien hemólisis ocasionando problemas severos en el paciente o incluso la muerte. En estos tiempos modernos es estudio de la Sangre es mucho mas completo y únicamente es manejado por las instituciones de Salud Publica en nuestro País para tener Sangre Segura. También es posible determinar el grupo sanguíneo en casos de disputa de la Paternidad por ejemplo: Si un Niño tiene grupo sanguíneo “AB”, la madre tiene grupo sanguíneo “A” y el supuesto padre tiene grupo sanguíneo “O” este individuo por supuesto que no es el padre, ¿entonces quien es el verdadero padre? Para determinar la paternidad con exactitud contamos ahora con estudios más modernos; como la determinación del ADN, que permite identificar la paternidad con mayor certeza. Estructura del cromosoma Cromosoma del griego “soma” que significa cuerpo y el prefijo “cromo” que significa corpúsculo que se tiñe. El cromosoma es una estructura lineal de ADN llamada cromatina que tiene forma característica y se encuentra en el núcleo de las células. Los cromosomas son estructuras dobles (cada mitad se llama cromátida), por lo tanto cada par de cromosomas está formada por cuatro cromátidas, razón por la cual se le llama tétradas.
Las cromátidas se encuentran unidas en una constreñida llamada centrómero. Los cromosomas contienen pero también proteínas
región
ADN,
llamadas histonas y protaminas. Las proteínas participan en la organización de la estructura y función de los cromosomas, pero no llevan información hereditaria, esta función está restringida al ADN. El término cromosoma fue dado a conocer por Waldeyer en 1888. a partir del cual se le asigna a estas estructuras “ Cromosomas”. Un cromosoma es una estructura que se encuentra en el núcleo de las células con una organización , individualidad y funciones específicas, en cada organismo y en cada especie. 4 Cuadro 3.8 Fig. 3.11 Representación esquemática de un se de observan las formaciones Especie cromosoma, No. Cromosomas basicas: centrómero, los cinetocoros las Pollo 18 cromatidas y los telomeros; cada una de ellas Lombriz detiene tierrauna finción 32 en la reproducción celular. Cebolla (Lomeli Radillo, p.186) 60
Maíz Humanos Mosca drosophyla
92 46 8
Para poder obtener y observar a los Cromosomas se han estudiado diferentes tejidos, glándulas salivales (Mosca drosophyla), meristemo de vegetales (cebolla), célula madre del polen (plantas). En humanos se trabaja en Médula ósea, cultivo de leucocitos, etc. fig. 3.5. Tipos de Cromosomas según su forma y ubicación del centrómero. Los cromosomas metacéntricos presentan los brazos iguales y la posición del centrómero está en el centro. Los cromosomas Submetracentricos tienen el centrómero desplazado hacia un extremo por lo cual presentan brazos largos y brazos cortos. Los cromosomas acrocéntricos tiene el centrómero muy desplazado hacia un extremo presentando brazos más largos y otros brazos muy cortos.
Los cromosomas telocéntricos son parecidos a los acrocéntricos a excepción de que presentan pequeños satélites unidos por un tallo y que a la vez están unidos a los brazos cortos del cromosoma.
Tipos de cromosomas según su función: Cromosomas homólogos: Juntos los dos cromosomas de cada par de una célula diploide contribuyen a determinar como será un organismo, estos cromosomas en parejas se conocen como cromosomas homólogos. Los cromosomas homólogos tienen genes para las mismas características colocadas en el mismo orden; sin embargo, dado que hay diferentes alelos posibles para el mismo gen los dos cromosomas de un par homólogo no son idénticos. Los cromosomas del par 1 al par 22 son cromosomas homólogos. Cromosomas Heterólogos o heterocromosomas: Son los cromosomas X o Y que definen el sexo de los individuos y que no tienen la misma información genética. Ya que definen las características de macho y hembra.
Mapa cromosómico Los cromosomas al presentar diferente tamaño y forma, fue necesario clasificarlos; la determinación precisa del número de cromosomas se debe a Tjio y Leven ;que posteriormente confirmaron Ford y Hamartón e hicieron posible la primera clasificación de los cromosomas; gracias a los adelantos técnicos como la utilización de la colchicina, que detiene la mitosis durante la metafase ocasionando interferencia en la formación del uso acromático, y de esta manera se pudieron observar a los cromosomas. 5 Pronto se requirió el empleo de una nomenclatura para diferenciarlos. En la actualidad se utiliza la clasificación de Denver, llamada así porque fue hecha Denver, Colorado, EE.UU. en el año de 5 Puertas
M.J.Fundamentos de Genética,p.347
en 1960
en una reunión de expertos en genética donde postularon esta nomenclatura. Esta consiste en dar un número progresivo a los cromosomas de acuerdo a su longitud y al sitio donde se ubica el centrómero o de la unión de sus cromátidas. Otra reunión llevada a cabo en Londres Inglaterra en 1963 se acordó Fig. 3.12 Tipos de cromosomas clasificar a los cuatro cromosomas más según su tamaño y ubicación del metacéntricos en el grupo del centrómero. Hoja de dibujo. cromosoma 6 al 12 como son el par 6, 7, 8, 11 y los tres submetacéntricos 9,10 y 12 que conforman al grupo C. Otra clasificación es la de Patau quien utiliza grupos designados por letras, pero sin precisar numéricamente un orden. 6 Siguiendo la clasificación de Denver y Patau a los cromosomas se les asigna un número progresivo del 1 al 23 formando pares y también el tamaño del cromosoma y la posición del centrómero, los cromosomas de los pares 1, 2, 3 forman el grupo A. Los pares 3 y 4 forman el grupo B. todos ellos son cromosomas largos y submetacéntricos. Los pares del 6 al 12 corresponden al grupo C son cromosomas medianos metacéntricos muy semejantes entre si; en la mujer en este grupo se encuentra otro par de cromosomas que es "XX", mientras que en el hombre se encuentra solamente un cromosoma "X". Los pares pares del 13 al 15 forman el grupo D son cromosomas pequeños y son de tipo acrocentrico. Los pares del del 16 al 18 corresponden al grupo "E" son cromosomas pequeños y su centrómero medial. Los pares 19 al 20 forman el grupo "F" son muy pequeños y acrocéntricos .Los pares 21 al 22 conforman al grupo "G" son cromosomas cromosomas muy pequeños y acrocéntricos; frecuentemente se observa la presencia de pequeños satélites denominados telocéntricos. Además a este grupo se agrega otro cromosoma impar y muy pequeño que representa al cromosoma "Y".
6 Ibid
p.7
(a)
(b)
Fig. 3. 13 Esquema de cromosomas de la especie humana Mujer y Hombre ordenados por pares y grupos. (Cervantes Biología p.313). En el cariotipo humano normal, se ordenan los cromosomas en pares del 1 al 22 denominados cromosomas somáticos y el par 23 XX en la mujer y XY en el hombre son los cromosomas sexuales. Finalmente en 1975 en París Francia durante la cuarta reunión Internacional, se adoptó la nueva clasificación del cariotipo por el método de bandeo con el cual facilita la identificación de los cromosomas al ordenarlos y enumerarlos en el cariotipo. Caracteres ligados a los cromosomas La herencia autosómica dominante simple se heredan muchos carácteres, Cómo enrollar la lengua!, que es una característica dominante ,la forma del lóbulo de la oreja despegada de la cabeza, el pico de viuda que forma el pelo en la frente ; la enfermedad de Huntington (un desorden genético letal) causado por un alelo autosomico dominante; otros caracteres dominantes son el color negro del pelo, el cabello lacio, vello abundante, la miopía, la presbicia, el astigmatismo, labios gruesos o pestañas largas.
Fig. 3 .14a y 3.14 b. Micrografía de cromosomas cromosomas humanos de: a) Mujer y b) Hombre con preparación normal de patrón patrón de bandas.
La herencia autosómica recesiva por ejemplo: cabello rubio, cabello rizado, vello escaso, ojos azules, visión normal, labios finos, pestañas cortas, diabetes, enfermedades como la fibrosis cística común en los americanos blancos, uno de cada dos mil recién nacidos presenta este problema. La anemia falciforme también se hereda con característica autosómica recesiva los glóbulos rojos tiene forma de media luna. La enfermedad de Tay Sachs también es autosómica recesiva y afecta al sistema nervioso central ocasionada por la carencia de una enzima. Por último la Fenilcetonuria donde no se produce la enzima que metaboliza a la fenilanina, al acumularse esta en la sangre produce alteraciones en el Sistema Nervioso Central.
De estos se deriva el principio de dominancia que puede expresarse de la siguiente manera: “En un organismo híbrido un gene determina la expresión de una característica particular y evita la expresión de la forma en contraste de esa característica” 3. Cromosomas somáticos y sexuales. A inicios del siglo XX Walter S. Sutton en la Universidad de Columbia EEUU al estar estudiando el proceso de Meiosis en los espermatozoides de saltamontes observó semejanzas en el comportamiento de los cromosomas y los factores de Mendel, aun en aquella época se desconocía la función de los cromosomas, gracias a esto formuló la hipótesis de que los cromosomas eran los portadores de los factores o genes. En 1906 Thomas Hunt Morgan realizó una serie de trabajos de investigación utilizando a la mosca Drosophyla, la selección que hizo Morgan al utilizar a la Drosophyla fue muy buena para un estudio de genética la hembra pone cientos de huevecillos y en sólo 10 días se puede producir una nueva generación, además se pueden criar muchos organismos en un medio de cultivo barato.y tiene un número reducido de cromosomas; sólo posee 4 pares 7 Figura 3.15. Morgan Al examinar los cromosomas del macho y la hembra observó que la hembra tiene cuatro pares iguales y que el macho 3 pares iguales, uno de los cromosomas que forma el cuarto par es cilíndrico y el otro parece un pequeño
7 P.
Alexander. et. al. Biología. pp.102,150 pp.102,150
anzuelo, este par de cromosomas que es diferente en los dos sexos son los cromosomas que determinan el sexo. Los cromosomas sexuales , En la hembra son iguales y se representan XX, en el macho no son iguales se representan XY. El cromosoma cilíndrico representa al X que provee la hembra y el cromosoma pequeño que parece anzuelo representa el Y, que provee el macho. Los gametos tienen, los demás cromosomas que se muestran en el cariotipo se denominan Autósomas o Cromosoma Somáticos. La determinación del sexo en la Drosophyla y en muchas otras especies, es cosa de suerte; porque depende del cromosoma sexual que lleve el espermatozoide que va a fecundar al óvulo. Los espermatozoides que provee el macho el 50% tienen cromosoma sexual X y el otro 50%, tienen cromosoma sexual Y, es decir el macho es el que va a determinar el sexo, tener más varones o mujeres como hijos, es responsabilidad de la genética del padre y el azar. Esta hipótesis llevó a principios de este siglo a la formulación de la Teoría Cromosómica de la Herencia. Donde se afirma que los cromosomas son portadores de los genes y estos son los que finalmente determinan las características hereditarias.
3.3 LOS TRABAJOS DE MORGAN Y LA HERENCIA LIGADA AL SEXO.
En los inicios del siglo XX en la Universidad de Columbia en New York en los EE.UU. dió inicio un trabajo de investigación biológica muy importante, el
estudio de la Mosca Drosophyla la mosca de la fruta, Este tipo de mosca tiene cromosomas grandes ( Gigantes ) en las glándulas salivales y además un reducido numero de cromosomas 4 pares únicamente .
Fig 3. 15 Mosca Dosophyla utilizada en los trabajos de Morgan. (Alexander P. 105) Thomas Hunt Morgan responsable del programa de investigación llamado el “hombre de las moscas” (por los trabajos realizados en esta especie) junto con sus colaboradores realizó experimentos que antes Mendel había realizado en la planta de chíncharo, Morgan lo hacía ahora en animales. Un hecho inusual llamó su atención, entre las moscas que tenía y que siempre presentaban ojos rojos; encontró una mosquita de ojos blancos y era macho, con cuidado lo separó y decidió realizar un experimento para saber que ocurría si lo juntaba con una mosca de ojos rojos. Cruzó el macho de ojos blancos con una hembra de ojos rojos y en la primera generación filial o F-1 obtuvo el 100% de híbridos, moscas de ojos rojos, este resultado coincidía con los resultados de Mendel pero resultaba evidente que el ojo rojo que presentaban presentaban las hembras era el “carácter dominante” sobre el ojo blanco de macho que era el recesivo. Más tarde al cruzar estos híbridos entre sí, aparecían un 75% de moscas hembras de ojos rojos y un 25% de moscas de ojos blancos y que eran machos; ¿Por qué sucedía esto? ¿Por qué no se repetía los resultados de Mendel?. El color blanco de los ojos debería presentarse en hembras y machos pero sólo lo presentan los machos.
Inquieto Morgan por los resultados propuso que los gametos de ambos sexos presentaban diferencias importantes, algunas relacionadas con los patrones hereditarios. Morgan señaló que en los cromosomas del gameto femenino poseía el carácter que determinaba el color de los ojos y por esto una hembra con carácter dominante de “raza pura” tiene el gen que determina el color de los ojos rojos en el par de cromosomas sexuales, este carácter sólo puede producir óvulos con ese rasgo. Por otra parte el macho de ojos blancos, sólo formaría gametos que le faltarían ese gen, es decir, en su cromosoma X tendría ese carácter que no se expresaría en el fenotipo. Como conclusión podemos decir que los óvulos producidos producidos por la mosca hembra posee tres autosomas y un cromosoma sexual X en tanto los espermatozoides del macho están dotados de tres autosomas y el 50% de los cromosomas tienen cromosoma sexual “X” y el otro 50’% tienen cromosoma sexual “Y” fig.3.16 Si todas las hembras producen óvulos con tres autosomas y un cromosoma sexual “X” cuando son fecundados por un espermatozoide con tres autosomas y un cromosoma sexual “X” resulta un cigoto con seis autosomas y un par de cromosomas sexuales “XX” resultando un producto hembra. En cambio si el espermatozoide que fecunda al óvulo tiene tres autosomas y un cromosoma sexual “Y”.resulta un macho que tiene seis autosomas y un par de cromosomas sexuales “XY”.
Fig 3.16 Representación de los cromosomas de la mosca drosophyla hembra y macho, Autósomas y cromosomas sexuales. (Alexander p.105).
Con base en estos trabajos Morgan elaboró la hipótesis de que el gen que determina el color rojo del ojo ojo de la mosca se encuentra en el cromosoma sexual “X” y la hembra al tener dos cromosomas sexuales “XX” son homólogos; es decir son iguales, en el macho al tener cromosomas sexuales “XY” son diferentes; es decir son heterólogos y al no ser iguales los genes que tiene el cromosoma “X” se expresan. En la hembra al tener dos cromosomas sexuales iguales uno de ellos queda inactivo, encubierto por el dominante. En este trabajo Morgan encontró un nuevo elemento que interviene en los patrones hereditarios “La herencia ligada al sexo”. Después de estos estudios la Genética se desarrolló de manera rápida que permite conocer todo acerca de la herencia y la forma en que se lleva a cabo la transmisión y el control control de los patrones hereditarios. Herencia ligada al cromosoma X. A la herencia ligada al sexo, se le conoce también como herencia ligada al cromosoma X, ya que comparativamente el cromosoma X es de mayor tamaño que el cromosoma Y, por lo que el número de genes es mayor y la posibilidad de mutación es más evidente. La mujer es esencialmente transmisora especialmente en las heterocigosis de los genes que porta el cromosoma “X” al segregarlos en sus gametos se expresan únicamente en la progenie masculina; ya que ambos cromosomas “X y Y” son necesarios para la determinación del sexo en el hombre. Muchas enfermedades están ligadas al cromosoma “X” de las cuales la hemofilia es uno de los ejemplos más conocidos desde hace dos siglos. “La hemofilia es originada por la deficiencia de una de las sustancias que no permite que la sangre coagule. Esta deficiencia es heredada mediante un alelo recesivo ligado al cromosoma “X” los hombres afectados pueden sangrar hasta morir por un rasguño o un golpe que produzca sangrado. Fig 3.17 Familia real de la reina Victoria La mayoría de los hemofílicos de Inglaterra portadora del gen de la pueden controlar lesiones mínimas, hemofilia .Su hija hija Beatriz transmitió el los varones con frecuencia alelo a la familia real Española, mientras que su nieta Alix, transmitió el aleo mutante a la familia real Rusa. Libro de Genética de Marques Monter. p.35
sobreviven y heredan su alelo a sus hijas que son las portadoras del gen anormal. El estudio genético mas famoso en la transmisión de la hemofilia ligada al sexo a partir de la Reina Victoria de Inglaterra (sentada en el centro de la fotografía con la corona) a sus hijos y a casi toda la familia real .Debido a que todos los antecesores de la Reina Victoria no presentaron hemofilia, el alelo para la hemofilia debe haberse presentado por una mutación ya sea en la reina Victoria cuando era embrión o en alguno de sus Padres”. (9) Fig.3.17 y 3.18.
Figura 3.18 a. Árbol genealó gico de la familia real de la Reina Victoria de Inglater ra.
3.18 b forma en que se transmite el gen alelo del daltonismo. (Genética de Marquez Monter. p.36). En estudios posteriores los científicos han descubierto que varios carácteres como el daltonismo ( La ceguera a los colores rojo y verde ), en los seres humanos es causada por un alelo recesivo en el cromosoma “X”, por esto una mujer homocigota no manifestara síntomas de ceguera al color. Sin embargo entre sus hijos la mitad de ellos manifestará la ceguera al color y la mitad de sus hijas serán portadoras de esa disfunción como ella. En sus hijos el gen recesivo del cromosoma “X” no es anulado porque el cromosoma “Y” no lleva alelos para la discriminación del color fig. 3.19. La calvicie se relaciona con los cromosomas sexuales como es el cromosoma Y ya que se comporta de la manera típica en los patrones hereditarios.
3.4 MUTACIONES
El botánico Hugo de Vries de origen Holandés fue primero en acuñar el término mutación, éste lo asigno a las plantas “extrañas” que diferían de las plantas silvestres con las cuales realizaba experimentos genéticos. CONCEPTO: Mutación se considera como cualquier “cambio”a nivel del genotipo, heredable en un individuo .
La mutación es la fuente básica de toda variación natural hereditaria en la reproducción sexual, favoreciendo el intercambio genético y la selección natural en los cambios evolutivos de los seres vivos, al adquirir nuevos tipos genéticos que se adaptan a los cambios del ambiente.
CAUSAS NATURALES
CAUSADAS DE MANERA ARTIFICIAL MUTACIONES
CAMBIO EN GENES
CAMBIOS CROMOSÓMICOS
Cuadro 3.9 Muestra la forma que desencadena una mutación y el tipo de mutación que se puede presentar. El origen de una mutación puede darse de manera accidental; la disposición natural de las bases nitrogenadas en el ADN o ARNm resulta alterada, en ocasiones puede ser alterada por la deficiencia del algún nucleótido por causas externas como: Rx, luz ultravioleta, tóxicos, radiaciones nucleares y compuestos químicos, también existen agentes biológicos como los virus que causan varias enfermedades, ejemplo: la rubéola enfermedad que puede darle a una mujer embarazada causando en el producto malformaciones. Las mutaciones ocurren al azar, en forma espontánea. Algunos genes son más susceptibles de mutación que otros. Entre mas evolucionado sea un organismo y entre más genes tenga; más posibilidades posibilidades tiene de sufrir una mutación espontánea, pues será mayor la probabilidad de que se cometa un error en la replicación o recombinación del ADN o bien en la transcripción del ARNm, con esto el hombre tiene mayor incidencia de presentar una mutación que una
bacteria ya que el ser humano esta mas evolucionado que una bacteria y la cantidad de genes es mayor en el ser humano que en la bacteria. Una mutación puede pasar inadvertida o bien ser muy aparatosa; ya que provoca seria deficiencias morfológicas y estructurales o fisiológicas en el organismo que las padece. También pueden presentarse mutaciones que dan origen a genes letales que son incompatibles con la vida, no permiten el desarrollo o el nacimiento de un organismo. A nivel molecular las mutaciones pueden producir un cambio en un gen o bien pueden alterar el número de cromosomas en las células de un organismo. Las mutaciones cromosómicas que tiene lugar en los procesos anormales en la mitosis o meiosis, provocando alteraciones muy importantes en el organismo que las padece, además, estos organismos son estériles y por tanto incapaces de producir descendencia. La mutación mas frecuente, es en la cual se presentan errores en el apareamiento de bases, durante el proceso de replicación, este cambio de orden en la secuencia de bases puede transmitirse durante varias generaciones o bien después de una o dos generaciones desaparecer.
Clasificación: Las mutaciones se clasifican de la siguiente manera: Génicas o puntuales Cromosomas Cromosomas Sexuales
númericas
Mutaciones estructurales numéricas Cromosómicas.
Cromosomas
Somáticos estructurales
Mutaciones Génicas o Puntuales Las mutaciones génicas o puntuales, es el cambio en las bases del ADN fig 3.19 como puedes observar el cambio cambio de una sola base trae como consecuencia que el mensaje que se envía sea completamente completamente diferente; este cambio permite que se sintetiza una molécula diferente( proteína), a la que se tiene que fabricar de manera normal y la función que va a desempeñar no se realiza de manera normal, este tipo de mutaciones se presenta presenta por:
a) Sustitución de un par de bases. b) Adición de un par de bases. c) Eliminación de un par de bases. Este tipo de alteraciones se pueden manifestar en el fenotipo o bien pasar inadvertidas, en algunas hay alteraciones en la función orgánica. Ejemplo: La anemia de células falciformes donde se forma una hemoglobina diferente, esto da como resultado una forma del glóbulos rojos en media luna o de hoz, en la hemoglobina formada en este padecimiento el aminoácido valina es sustituido por el ácido glutámico, se han descubierto cientos de enfermedades en el hombre en las que intervienen deficiencias enzimáticos, que son producto de una mutación génica; estas son llamadas “errores innatos del metabolismo” entre ellos destaca la fenilcetonuria (PKU) los individuos homocigotos recesivos carecen de la enzima que convierte al aminoácido fenilalanina en tirocina,estos individuos en lugar de hacer la conversión normal de la fenilalaina , la convierten en productos tóxicos que se acumulan en la sangre y ocasionan lesiones en el sistema nervioso central produciendo retrazo mental grave. En los recién nacidos en la actualidad se realiza el tamiz neonatal que sirve para detectar este tipo de enfermedades si es positivo el resultado se le suministra dieta especial libre de este aminoácido disminuyendo de manera considerable la sintomatología.
Fig. 3.19 Se muestra las diferentes formas de mutación puntual, adición o eliminación. (Biggs p.325). Mutaciones Cromosómicas Las mutaciones Cromosómicas, los cambios que se dan en el ADN son a nivel cromosómico, se presentan de diversas formas, por ejemplo; algunas partes del cromosoma se rompen y se pierden durante la mitosis o meiosis; con frecuencia estas partes que se rompen se acomodan en lugares incorrectos, algunas veces las partes se juntan de manera invertida o bien lo hacen en cromosomas diferentes.
Las mutaciones cromosómicas ocurren en todos los organismo, pero lo hacen con mas frecuencia en las plantas; este tipo de mutaciones afecta la distribución de los cromosomas en los gametos durante la meiosis Los gametos deben tener un juego completo de cromosomas, pero también puede llegar a tener copias adicionales de algunos genes o bien la falta total de otros. Muy pocas mutaciones cromosómicas se transmiten de una generación a otra, ya que el cigoto no se desarrolla y muere. En algunos casos en que el cigoto se desarrolla al madurar este organismo generalmente es estéril y por tanto no produce descendencia.
Los tipos de de mutaciones cromosómicas se dan en los autósomas o cromosomas somáticos y en los cromosomas sexuales o heterocromosomas, pueden ser numéricas o estructurales. Las numéricas son alteraciones en el numero de cromosomas por aumento ( poliploidia) o disminución ( aneuploidia); las estructurales son por deleciones ( perdida del fragmento de un cromosoma) ,duplicaciones ( por repetición del fragmento del cromosoma ), ), Inversiones (cuando cierto segmento del cromosoma se ubica en sentido inverso a su posición normal en el cromosoma), Translocasiones (cuando fragmentos de cromosoma no homólogos intercambian su posición en el cromosoma). Fig. 3.20
Fig, 3.20 Mecanismos que pueden presentarse en las mutaciones de tipo cromosómico (Biggs p.326).
En las mutaciones autósomicas con mas frecuencia vemos las Translocasiones ejemplo: La trisomía 21 o Síndrome de Down; su fórmula cromosómica es 45A+XX si es mujer o 45A+XY si es hombre. Estos individuos presentan características mongoloides como epicanto (comisura interna de los ojos muy separada) que le da el aspecto de la raza mongolica, macroglosia, inserción baja de los pabellones auriculares, mano simiana y cierto retraso mental, además son estériles. Esta alteración, se presenta con frecuencia en madres muy jóvenes o madres añosas. En estudios citogeneticos nos muestra que el origen del síndrome de Down es la presencia de 47 cromosomas y en los cromosomas 21 hay 3 cromosomas, por lo cual se le designa trisomía 21. La presencia de material genético sobreañadido provoca la presencia de anomalías físicas y mentales que caracterizan al síndrome de Down.
Fig. 3.21a y 321 b. Características que se presentan en un niño con con síndrome de Down. (Genética de Marquez Monter. P.251). La trisomía 18 o Síndrome de Edwards, estos individuos presentan falta de desarrollo de la mandíbula o micrognatia aplanamiento del frontal frontal e implantación
baja de los pabellones auriculares y con frecuencia labio y paladar hendidos y un dato característico de este síndrome, al empuñar la mano el dedo pulgar queda debajo de los demás dedos con sobreposición del índice sobre el tercero y cuarto dedos. Estos individuos en estudios citogeneticos presentan anomalías en los cromosomas 18. Se desconoce la etiología de esta esta mutación y se ha determinado que la edad avanzada de la madre es el factor determinante en esta trisomía. La trisomía 13 o Síndrome de Patau estos individuos presentan labio leporino microftalmia bilateral, frente aplanada y microcefalia, se observa mano simiana, polidactilia, pulgar con retroflexión y predomina en el sexo femenino. Una mutación autosomica estructural por perdida parcial de los brazos cortos del cromosoma 5 llamada síndrome de “cri- du- chat”, porque el llanto de los niños afectados se asemeja al maullido de un gato ,estos niños presentan microcefalia, hipertelorismo con epicanto ,pabellones auriculares normales pero de implantación baja, micrognatia, crecimiento deficiente y retrazo mental profundo. Fig.3. 22 Carac terísti cas que se prese ntan en un niño con síndr ome de cri du chat. chat. (Marquez Monter p.272). Las mutaciones en los heterocromosomas o cromosomas sexuales son por aumento o disminución en el numero de cromosomas Ejemplo: Síndrome de Klinefelter los individuos con este síndrome tienen 47 cromosomas incluyendo dos “X” y un “Y” con formula cromosómica 44 A+XXY. Tienen el aspecto de varones casi normales, ésta es la evidencia de que el cromosoma. Y es el principal determinante del sexo. El fenotipo masculino de estos individuos son
mas altos que el promedio, su vida es casi normal, el examen de células muestra la presencia del cuerpo de Barr, con dicha prueba seria erróneo catalogarlo como mujer. Otro ejemplo es el síndrome de Turner, es una monosomia es decir tiene 45 cromosomas, cromosomas, 44 autósomas y un cromosoma sexual “X”, su formula cromosomica es 44 A+X0. Hay ausencia de un cromosoma sexual que se representa con 0. Estos individuos se desarrollan esencialmente como mujeres de talla baja hipodesarrollo de genitales, retrazo mental y estériles. Finalmente las mutaciones genéticas se originan como cambios aleatorios en la secuencia del ADN. La selección natural prueba nuevas secuencias en la competencia por la sobrevivencia y la reproducción. Agentes mutagénicos Los agentes mutagénicos son capaces de producir cambios en la secuencia del ADN. El primer agente mutagénico conocido fueron los rayos X y se comprobó que la irradiación con rayos X aumentaba la frecuencia de aparición de mutaciones en la mosca Drosophyla de diez a cien veces sobre la mutación espontánea. Pronto se comprobó que todas las radiaciones ionizantes, como los rayos X, gamma, alfa, beta. Todos ellos pueden ser, agentes físicos, químicos y biológicos, mutagénicos sobre todos los organismos. 4 Agentes químicos con capacidad mutagénica como el gas mostaza y sus derivados, sustancias terriblemente dañinas utilizadas como armas químicas en la primera Guerra Mundial, estas sustancias no se usan en los laboratorios debido a su peligrosidad. Existen numerosos agentes químicos que son mutagénicos, causando cambios tautomericos o alteraciones intercaladas en el ADN Ejemplos: peróxidos orgánicos, yoduro de potasio, acridina, sales de plomo, sulfato de cobre, pesticidas y fertilizantes. Los agentes biológicos que causan con frecuencia malformaciones congénitas son los virus, ejemplo: la rubeola, citomegalovirus, etc. Sobre todo cuando una mujer embarazada, adquiere la infección en el primer trimestre del embarazo ya que el producto esta en formación de sus estructuras anatómicas, las cuales no se desarrollan de manera normal. El uso de algunos medicamentos que son teratogénicos como la talidomida utilizada como tranquilizante en pacientes , cuando una mujer embarazada lo utilizaba daba como resultado malformaciones en el producto conocido como Amelia y focomelia, también la exposición a tóxicos o productos químicos en la industria en trabajadoras embarazadas se produce en el feto Anencefalia . 4
Gardner y otros otros Principios de Genética, Genética, p.38
Fig.3.23 a y Figura 3.23b. El contacto con mutágenos es peligroso, tanto por la posibilidad de transmitir genes alterados a la descendencia, como por que el daño en el ADN está relacionado con el desarrollo del cáncer .Actualmente está fuera de duda que numerosos tipos de cáncer aparecen por la alteración del ADN al estar expuesto un organismo a productos químicos tóxicos o a la contaminación ambiental en la grandes ciudades. (Obstetricia de Williams pp.925 y 927).
RESUMEN I.- LA HERENCIA BIOLÓGICA .
1 La genética es la rama de la Biología que se encarga de estudiar la herencia la forma en que se transmiten los caracteres de padres a hijos. 2.- La genética mendeliana y sus aportes; los experimentos del Mendel dieron la pauta para el inicio de la genética clásica al realizar sus experimentos con plantas de chíncharo, en el cual encontró características que le permitieran controlar y cuantificar los resultados obtenidos en sus cruzas, qué le permitieron presentar sus postulados a la Sociedad de Historia Natural de Brno, que mostró poco interés y desconcierto por sus trabajos. 3.-Una serie de experimentos en varias partes del mundo, Hugo de Vries, Erich Tschermack von Seysenegg y Carl Correns quienes llegaron a las mismas conclusiones que 20 años antes antes había llegado Mendel. 4.- Cada organismo tiene factores que hereda de sus padres, uno por cada padre,cada uno de estos factores se trasmite como una unidad inmodificable, cuando las células reproductoras o gametos se forman estos factores se separan y distribuyen en los gametos en forma de unidades independientes; y que se van a expresar en el fenotipo de diferentes maneras dominantes, recesivas . II.-Bases moleculares de la herencia. 1.-Con el desarrollo de la ciencias biológicas se llego a conocer la molécula de la herencia el ácido desoxirribonucleico y también el ácido ribonucleico.Que están formados por nucleótidos ordenados de manera lineal en el ADN, que están formados por dos cadenas antiparalelas una frente a otra. El ARN ARN está formado por una cadena única. En el ADN se aparean los nucleótidos con bases nitrogenadas adenina – timina A-T y guanina con la citosina G-C. En el ARN el uracilo se aparea con la adenina sustituyéndose de esta manera a la timina. 2.-El gen es una estructura formada por segmentos de ADN el cual se considera la unidad básica de la herencia, y determina características únicas y específicas en las especies biológicas.
3.- Genes Alelos existen diferentes formas del mismo gen llamados alelos que controlan la misma característica en un organismo. 4.-También hay caracteres que se trasmiten en varios genes, los alelos múltiples y la herencia poligénica. La genética moderna nos demostró que estos caracteres de Mendel, son los GENES, estos genes están formados por ácido desoxirribonucleico (ADN) y además están ubicados en una estructura llamada cromosoma y en cada especie se caracteriza por tener un número determinado. 5.-Estos cromosomas se pueden observar mediante técnicas de laboratorio, clasificar de acuerdo a las reglas de su nomenclatura, de esta manera poder determinar con exactitud el número en las diferentes especies y también determinar su mapa genético. 6.-Estos cromosomas, cada cada uno tiene características únicas, tanto los autosomas como los cromosomas sexuales, lo que permitió conocer la teoría cromosómica de la herencia 7.-Los cromosomas sexuales llevan información genética, que en acción anormal permite la transmisión de algunas enfermedades como la hemofilia, el daltonismo , la calvicie, llamándose herencia ligada al sexo, en la actualidad se conoce mejor como herencia ligada al cromosoma “X” o Ligada al cromosoma “Y. III Mutaciones se considera como cualquier “cambio”, a nivel del genotipo, heredable en un individuo. 1.-Sabemos también que este ADN. Puede sufrir “cambios” que permiten la evolución y en ocasiones afectan las funciones de algunos organismos; estos cambios se pueden dar de manera natural o por la exposición a ciertos productos tóxicos que son mutagénicos. Estas mutaciones ocurren al azar y en forma espontánea algunos genes son mas susceptibles de mutación que otros ,entre más evolucionado sea un organismo mas probabilidad tendrá de sufrir una mutación .Las mutaciones se clasifican en génicas y cromosómicas; las cromosómicas se pueden clasificar en las que afectan a los cromosomas autosómicos y los cromosomas sexuales, ambas pueden ser numéricas o estructurales. Las mutaciones son la fuente básica de toda variación natural hereditaria en la reproducción sexual, favoreciendo el intercambio genético la selección natural en los cambios evolutivos de los seres vivos.
2.-Existen diversos agentes que pueden causar una mutación físicos, químicos y biológicos, estos pueden causar alteraciones en el proceso de la meiosis o en el intercambio genético. Además algunos medicamentos causan alteraciones teratogénicas, si la mujer embarazada los utiliza durante la etapa de gestación, el procto al nacer presenta alteraciones en su aspecto anatómico y trisiológico.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Y EVALUACIÓN
Como reforzador del aprendizaje, es conveniente que desarrolles los siguientes ejercicios que te permitan analizar, aplicar y valorar el grado de aprendizaje alcanzado en la unidad.
1.- Elabora un resumen de las primeras explicaciones sobre la herencia y de las características en los seres vivos, anteriores a los trabajos de Mendel. 2.- Elabora un resumen de los trabajos de Mendel realizados en el jardín del monasterio donde vivía, y de los resultados que obtuvo al explicarse la herencia de las siete características que estudió por separado. 3.-Escribe el nombre de la especie de chícharo que Mendel seleccionó, de una gran variedad de plantas, para realizar sus estudios sobre las características observables en las planta. 4.- Anota e ilustra las siete características que Mendel estudió por separado en busca de las explicaciones acerca de la manera como se transmitían a sus descendientes. 5.- Responde por escrito, qué aspectos de la metodología que utilizó Mendel le permitieron explicarse el mecanismo de la transmisión de las características en las plantas de chícharo que cultivaba. 6.- Escribe el enunciado de la primera ley de Mendel. 7.- Ilustra un ejemplo para mostrar los resultados de la primera ley de Mendel. 8.- Escribe que resultados obtuvo Mendel al permitir la autofecundación en las plantas híbridas de la primera generación filial. 9.- Resuelve el siguiente problema de herencia de un par de caracteres, con base a la primera ley de Mendel y responde a las preguntas que se plantean: En las ovejas el color de la lana negro es recesivo con respecto al color de la lana blanca. Una oveja macho de color negro se cruza con una oveja hembra de color negro. De este cruzamiento nace una oveja de color negro. Para resolver el problema usa la siguiente simbología (B) lana blanca; (b) lana negra. Anota el genotipo de la oveja de color negro. Anota el genotipo de la cría de color negro
Deduce el genotipo del progenitor de color blanco e indica si es homocigoto o heterocigoto para esa característica. ¿Cómo te explicas que siendo recesivo el color negro de la lana, la cría tenga lana de color negro? ¿Qué probabilidad existe de que tengan una cría de color blanco? 10.- Ejemplifica la herencia de dos características en el cruzamiento entre plantas de chícharo de variedades puras. Señala en el ejemplo los progenitores con una (P), los gametos con una (G), la primera generación filial (F). 11.-Elabora un resumen de los resultados que obtuvo Mendel al llevar a cabo un cruzamiento entre plantas híbridas para las dos características estudiadas a la vez. 12.- Resuelve el siguiente problema y contesta a las preguntas que se plantean: En los caballos, el color del pelaje negro se debe a un gene dominante (B) y el color café al recesivo (b); la manera de caminar trotando se debe a un gene dominante (T) y el modo denominado “de paso” a su recesivo (t). Un caballo de raza pura de color negro y trotador se cruza con una yegua de color café y modo de caminar “de paso”. Escribe los símbolos para las dos características del caballo y de la yegua, encerrando en un círculo los genotipos de estos animales ara el color del pelaje y el modo de caminar. Anota los símbolos que correspondan a los gametos espermatozoides y óvulos) que corresponden para el caballo y la yegua. ¿Cómo pueden ser para el color del pelaje y el modo de caminar, los potrillos y/o yeguas que resulten de esta cruza? Escribe el genotipo para el color del pelaje y el modo de caminar del potrillo o yegua que resulte de esta cruza. Si se lleva a cabo una cruza entre el caballo negro y trotador de raza pura con una yegua híbrida resultado de la cruza anterior, que probabilidad existe de que tengan un potrillo de color café y trotador para el modo de caminar. 13.- Escribe a que llamó mutaciones Hugo De Vries.
14.- Explica el término homocigoto para una característica, y anota un ejemplo. 15.- Explica el término heterocigoto para una característica, y anota un ejemplo.
¿QUÉ FENOTIPO CORRESPONDE A LAS DISTINTAS FÓRMULAS CROMOSOMICAS DE LA ESPECIE HUMANA? Instrucciones: Organiza el siguiente conjunto de fenotipos de acuerdo a la fórmula cromosómica que le corresponde a cada uno. Registra los resultados en el siguiente cuadro, escribiendo en cada espacio el nombre que corresponde: MUJER NORMAL HOMBRE CON SÍNDROME DE DOWN SÍNDROME DE TURNER HOMBRE NORMAL SÍNDROME DE KLINEFELTER MUJER CON SÍNDROME DE DOWN. 44 AUTOSOMAS +XXY 45 AUTOSOMAS + XX 44 AUTOSOMAS + X 44 AUTOSOMAS + XX
45 AUTOSOMAS + XY 44 AUTOSOMAS + XY
AMPLIANDO LOS TÉRMINOS
1.-Investiga el termino carácter. 2.- Investiga y amplia el significado de raza pura. 3.- Define el término híbrido. 4.- Explica el significado de heterocigoto y homocigoto. 5.- Distingue entre los términos Genética y Herencia. 6.- ¿Qué son los alelos? 7.- Distingue entre dominante y recesivo. 8.- Define en que consiste la teoría cromosómica de la herencia. 9.- Escribe el concepto de la herencia ligada al sexo. 10.-Distinguir entre mutación génica, mutación autosómica y mutación de los heterocromosomas.
CUESTIONARIO Completa los siguientes enunciados: 1.- La ___________________estudia ___________________estudia los mecanismos de transmisión hereditaria. 2.- Los patrones biológicos de la_____________ tiene dos funciones continuidad y variación. 3.- En el citoplasma se localizan los ________________ donde se sintetizan las proteínas. 4.- Los genes son las unidades físicas localizadas en ______________________. 5.- Las cadenas cadenas de ADN rigen la secuencia secuencia de los ___________________ que forman las nuevas complementarias. 6.- Los errores en la codificación son la base biológica delas________________. 7.- El número de los___________________ produce la diferencia en las ____________________. 8.- La localización de los ________ a los largo del cromosoma han permitido la elaboración del______________________________________.
9.-Las _____________________ son la estructura básica de los cromosomas. 10.- _____________________________________ propusieron el modelo del ADN.
En esta unidad revisaremos temas importantes como la evolución ¿Qué es? ¿Quiénes? y ¿Cómo contribuyeron a su desarrollo? ¿Cuál es su importancia en la actualidad de los mecanismos evolutivos? Te has preguntado alguna vez si en la actualidad ¿Hay evolución en el planeta? Cabe mencionar que estos temas están relacionados con algunos otros temas de unidades anteriores como son célula, genética, mutaciones entre otros. Revisaremos como se forma una nueva especie y los mecanismos que participan en esta formación así como los tipos de especie que existen y como influyen e interactúan unas con otras formando la biodiversidad. Así mismo veremos los diferentes tipos de clasificación de los seres vivos, árbol filogenético y explicaremos cuales son los criterios que se usan para la clasificación de los cinco reinos. En la parte final de esta unidad veremos la dinámica ecológica que comprende el flujo de energía a través de los niveles tróficos, a partir de las interacciones de los organismos de los diferentes reinos.
UNIDAD
4
EVOLUCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Conocer las teorías evolutivas y comprender cuales son los mecanismos que intervienen para lograr la transformación de los organismos. Conocer y comprender las formas en que se clasifican los seres vivos, y apreciará la importancia que tiene para el aprovechamiento racional de los recursos naturales.
4.1CONCEPTO PRELIMINAR DE EVOLUCIÓN
Seguramente ya habrás oído hablar sobre evolución, Darwin y su viaje a las Islas Galápagos o de las jirafas de Lamarck y lo relacionado con el planteamiento de que el hombre desciende del mono. Pero ¿Qué es realmente la evolución? ¿Qué científicos participaron y cómo contribuyeron a determinar el qué, cómo y cuándo de la evolución? Evolución, en un sentido amplio, significa «cambio».La idea de cambio está efectivamente contenida en la evolución. Pero no un cambio de cualquier modo, sino un cambio que es «desarrollo».
Figura 4.1. Radiación adaptativa. (Ville p. 413)
Como podrás darte cuenta la palabra evolución implica mucho más que un simple cambio en los seres vivos a través del tiempo, sino que representa en principio el desarrollo de algo latente que permite a los organismos sobrevivir ante los diferentes cambios del medio. “La historia de la vida es una historia de cambio. La evolución es un proceso de cambio mediante el cual se forman nuevas especies a partir de especies preexistentes. La evolución explica cómo se han desarrollado las diferentes formas de vida y por qué todo lo que vive muestra semejanzas y diferencias” 1 La evolución es científicamente aceptada sobre el origen de los organismos actuales, a partir de ancestros, a través de un proceso de modificaciones graduales.
Los aportes de lamarck, darwin y wallace. Es importante mencionar que a lo largo de la historia han surgido diferentes teorías y propuestas sobre la evolución de las especies. Dentro de las mas significativas tenemos las propuestas hechas por Lamarck, Wallace y Darwin los cuales hicieron contribuciones fundamentales que mencionaremos a continuación resaltando sus aportaciones que en cada caso resultaron cruciales para obtener en la actualidad respuestas claras en torno al tema de la evolución. “El biólogo francés Jean Baptiste Lamarck fue uno de los primeros científicos que propusieron una teoría para explicar la forma como ocurrió la evolución. Publicó sus ideas en 1809, el año en que nació Charles Darwin. Lamarck propuso que el medio tiene una función importante en el proceso evolutivo. Esta idea concuerda con la teoría aceptada actualmente. Sin embargo, las ideas de Lamarck sobre cómo los organismos cambiaron en respuesta al ambiente no son aceptadas hoy día. La teoría de Lamarck está basada en la herencia de los caracteres adquiridos. Este investigador creía que todos los organismos tenían una necesidad interna de cambiar, de modo que pudieran ajustarse a su medio y desarrollarse en formas más complejas de vida. Al adaptarse, un organismo usaría ciertas partes de su cuerpo y no usaría otras. Las partes usadas se volverían más fuertes e importantes; las no usadas se harían más débiles y desaparecerían. Por último, de acuerdo con Lamarck, estos cambios, llamados rasgos adquiridos, podían pasar a los descendientes, El ejemplo más famoso usado por Lamarck para explicar su teoría de por qué las jirafas tienen cuellos largos. Lamarck decía que las jirafas en algún tiempo tuvieron piernas y cuello cortos. Mientras hubo suficiente pasto para comer, la jirafa no tuvo necesidad de cambiar. Al aumentar la competencia por el pasto, la jirafa se adaptó alargando su cuello y piernas lo suficiente para poder alcanzar las hojas de los árboles. Las generaciones posteriores heredaron el cuello largo y lo alargaron aún más para alcanzar las hojas más altas. Finalmente resultó la jirafa moderna. Por lo tanto, de acuerdo con Lamarck un rasgo adquirido por un individuo a través de la adaptación puede transmitirse y provocar que ocurra la evolución. Un organismo puede adaptar su cuerpo a su medio durante su vida, pero estos cambios adquiridos no pasarían a sus descendientes. Por ejemplo los hijos de los grandes atletas no son automáticamente buenos en el deporte: los hijos de concertistas no tocan automáticamente el piano. En ambas situaciones, los hijos no
heredan las características adquiridas por los padres. Tienen que adquirir o aprender tales características ellos mismos.” 2 Alfred Russel Wallace (1823-1913) De origen muy modesto. Con grandes sacrificios viajó al amazonas y por el archipiélago Malayo. Sus estudios sobre la rica fauna y flora que observó en sus viajes le llevaron a formular por su cuenta, y de modo totalmente independiente de Darwin, la teoría de la evolución por la selección natural y la lucha por la existencia de ahí que esta teoría lleve el nombre de Darwin-Wallace. Wallace publica un artículo afirmando el parentesco de las especies actuales con las más antiguas ya extinguidas. En 1858 Wallace envía a Darwin Darwin un segundo artículo para que le dé su opinión. Darwin se quedó asombrado al comprobar que allí estaban resumidas, las ideas en las que venía trabajando desde hacia veinte años. Si aquel artículo salía antes que su libro, la prioridad científica del descubrimiento correspondería a Wallace. Figura 4.2 Wallace. (Wallace. p. 27) Wallace era, además de un gran científico, una excelente persona. Por buenas componendas del geólogo Lyell, amigo de Darwin, se logró que se publicaran juntos el artículo de Wallace y un resumen de las ideas de Darwin. De este modo se hacia justicia a ambos autores y se evitaba una posible lucha por la prioridad científica. Cabe mencionar que, Wallace no intento nunca pisar el terreno a Darwin. Aunque vivió treinta años más que este último, nunca procuró eclipsar su memoria ni reclamó para sí los honores del descubrimiento, que, por lo menos, fue simultáneo. Es un ejemplo de magnífico de honradez científica y de alta calidad humana. El viaje de darwin
2 J.
H. Otto. A. Towle. Biología Moderna. p 143
“El reverendo John Henslow, le ofreció participar a bordo de un barco de investigación llamado Beagle. Se requería la asesoría de un naturalista para el viaje, que iba a durar cinco años. No habría paga y la persona elegida debería dormir sobre una hamaca en un estrecho cuarto de cartografía, aunque se le permitiría compartir la mesa del capitán. Armado con la recomendación de Henslow, Darwin solicitó el puesto, pero estuvo a punto de ser rechazado debido a la forma de su nariz. El capitán Fitzroy, de sólo 23 años, creía que la nariz reflejaba el carácter de la persona y la de Darwin no mostraba mucho temperamento. La familia de Charles necesitó ser persuadida para aceptar este proyecto, el cual consideraban muy poco apropiado para un prospecto de sacerdote. Evidentemente, Charles tuvo sus propias dudas acerca de aquella decisión.
Figura 4.3 Darwin. (Ville. p. 379) Finalmente, se terminaron todos los preparativos y, en 1831, el Beagle zarpó de Davenport. A medida que el pesado barco de madera se abría camino por el Atlántico hacia Sudamérica, los temores de Darwin se convirtieron en realidad. Para empezar, la vida a bordo era más difícil de lo que esperaba, pero lo peor fue que él tendía a marearse. Sin embargo, hizo su mejor esfuerzo, pasando algunos días en su litera a medida que el barco continuaba sin cesar capitaneado por el capitan Fitzroy. Después de una larga travesía, el Beagle llegó a Sudamérica y enfiló hacia las costas en la primera etapa de su viaje, navegando más allá del litoral de Brasil y Argentina, hasta llegar a los terribles ventarrones del Cabo de Hornos, finalmente para dar vuelta hacia el Norte a lo largo de las desoladas costas de Chile y Perú. Por fortuna había momentos de descanso cuando el Beagle tiraba anclas para subir forraje a bordo. Darwin no perdía tiempo para bajar a tierra. Después de descansar un momento y de recuperar la firmeza de sus piernas, irremediablemente se internaba en aquellos lugares que albergaban todo tipo de nuevas y fascinantes cosas. Darwin tomaba numerosas notas de todo lo que veía y llevaba consigo al barco una gran variedad de objetos, muchos de los cuales
divertían y en ocasiones consternaban a la tripulación. Debido a que algunas veces el barco permanecía anclado durante meses, Darwin se aventuraba tierra adentro, hacia el terreno salvaje sudamericano.” 3
Figura 4.4 Mapa viaje. (Wallace. p. 19) Las Islas Galápagos “Cuando el Beagle abandonó por fin las costas de Sudamérica, el capitán Fitzroy, interesado en completar la cartografía midiendo los puertos, y preparando un camino para el comercio inglés, izó las velas de su robusta embarcación y enfilo en camino recto hacia las Galápagos, una cadena de islas que se encuentra aproximadamente a 700 kilómetros de la costa del Ecuador. Cuando el ancla cayó en las aguas poco profundas de la Bahía de San Esteban, en la isla que los ingleses llamaban chatham, Darwin bajó a tierra como de costumbre, pero en cuanto observo a su alrededor, estuvo casi listo para partir. Chatman era accidentada, inaccesible y árida por lo que causó su total desagrado. Pero a medida que empezó a explorar el lugar, encontró una variedad muy extraña y aun fascinante, de animales. “Un pequeño mundo en si mismo”, escribio, “con habitantes que no se encuentran en ningun otro lado”. Había lagartos de casi un metro de largo comiendo algas bajo en turbulento mar; en palabras de Darwin, eran los “duendes de la oscuridad, negros como las rocas porosas sobre las que se arrastraban”. Pudo admirar tambien la las tortugas gidantes de ahí el nombre de Galápagos que, durante años, habian sido capturadas por los marineros para ser puestas boca arriba sobre la cubierta de sus barcos, en donde estas resistentes bestias de alguna manera podían sobrevivir durante meses, proporcionando así carne fresca durante los largos viajes. Darwin se interesó más en las plantas que en
los animales, y pronto pasó la mayor parte de su tiempo “botanizando” sobre la isla seca y desnuda. Lo impresionaron; sin embargo, los extraños animales de las islas, y coleccinó no solo lagartijas marinas, sino tambien terrestre. Así mismo, recolectó diversos tipos de aves, muchas de las cuales estaba convencido, eran especies no descritas. Entre ellas encontró un grupo de pinzones, que no se parecían a loas que había hallado sobre el continente sudamericano. Tiempo después Darwin lamentaría haber almacenado todas las especies de aves colleccionadas en las islas en un solo lugar del barco. Llegó a reconocer la importancia de separarlas según el lugar en el cual habían sido capturadas, cierto día en que examinaba algunos pinzones, observó que dos de ellos, capturados en diferentes islas, diferían en el tamaño y forma de los picos. Esto lo sorprendio como un hecho extraño y posiblemente significativo. La importancia de suobservación se manifestó un día que caminaba los seis kilómetros que lo separaban de los políticos expulsados de Ecuador, que habían sido enviados a la isla Chatman. Su acompañante ese día era el gobernador británico en funciones de la isla, quien informó a Darwin que era capaz de decir de qué isla provenía cualquier tortuga. Le explicó que diferían Fig. 4.5 Pinzones. (Audesirk, p. 310) por ejemplo, en el tamaño y forma de su concha, y en el largo de sus extremidades. Darwin se preguntó si de alguna manera cada isla producía sus propias criaturas, y a partir de ese día, separó sus colecciones de cada territorio. De regreso en Inglaterra, comprobaría la importancia de esta desición. Años después, Darwin sometio su collección de pinzones al analisis de un specialista británico, quien concluyó la existencia de 13 especies, que diferían principalmete en tamaño y forma de sus picos. Darwin supuso que originalmente estas aves habían venido del continente
sudamericano, puesto que las islas volcánicas de las Galápagos se habían formado después que el continente. Pero ¿ por qué eran estas aves tan diferentes de las del continente, y por qué la variedad de cada isla difería tanto entre una y otra? Pasarían años antes de que Darwin pudiese concluir que las aves provenían de parvadas del continente que habían sido arrastradas a las islas, y que la diversidad de condiciones había modificado las poblaciones a través del tiempo.
A medida que continuaba el viaje, Darwin siguió no sólo coleccionando, sino también preguntándose cómo habían sucedido las cosas. Sus cartas y observaciones llegaban ya a Inglaterra, y la comunidad científica esperaba ansiosamente saber más acerca de sus descubrimientos. De hecho, sabía ya que a su regreso, sería invitado a ingresar en el círculo científico británico. Las cartas que le esperaban en diversos puertos de escala lo alentaban a seguir explorando y realizando estudios de cada nueva tierra. Cuando Darwin aceptó partir en la expedición, esperaba estar de regreso aproximadamente dos años después, pero pasarían cinco antes de su retorno. Cuando finalmente el Beagle llegó a Inglaterra, Darwin fue recibido con entusiasmo tanto por su familia como por la comunidad científica. Su recepción entre los científicos fue cálida y de inmediato se iniciaron las preguntas. ¿Qué había visto? ¿Qué había traído consigo? Una nueva fase de trabajo se iniciaba. (Debido al enfoque sobre Darwin y la ciencia británica, algunas veces parece que el resto del mundo se mantenía expectante durante esta época.)” 4 Selección natural “La respuesta de Darwin estuvo inspirada, en parte, por sus antecedentes como hombre del campo. Estaba familiarizado con los principios de la selección artificial; sabía que mediante una selección cuidadosa de los animales por su apareamiento, los criadores eran capaces de acentuar las características deseadas en las crías. De esta manera, se determinaba el éxito reproductivo de los individuos. Por ejemplo, al aparear sólo las crías de los mejores productores de leche, los criadores podían desarrollar un ganado lechero de alta producción. Y al criar las de buenas gallinas ponedoras, a la larga podían producir animales que fueran verdaderas máquinas ponedoras de huevos. Los resultados de dicha
4 Ibid.,
pp.15,16
selección artificial podían ser observados rápidamente, sólo algunas generaciones después. Darwin imaginó algún tipo de proceso de selección natural, en el que la naturaleza determinaría el éxito reproductivo de los individuos; éste era análogo a la selección artificial impuesta por los criadores. Recordó la variación que había observado en las poblaciones de plantas y de animales durante su viaje a bordo del Beagle. Razonó que algunas de estas variaciones darían al portador un margen competitivo y se aumentaría la probabilidad que ese individuo tenía de sobrevivir y reproducirse. Así, la naturaleza seleccionaría los mejores especimenes para el apareamiento. La selección natural sería mucho menos eficaz que la artificial, puesto que los individuos con características menos deseables serían capaces de producir por lo menos algunas crías, y de esta manera sus rasgos tardarían más en desaparecer de la población. Desde luego, los individuos cuyos rasgos estuvieron totalmente fuera de contexto con su medio no tendrían crías; por consiguiente, esos rasgos desaparecerían con mayor rapidez de la población. Por otro lado, era de esperarse que los rasgos de los individuos con alguna ventaja reproductiva aumentarían a lo largo de las generaciones. Finalmente, Darwin expresaría su teoría de la selección natural en su libro, El origen de las especies por medio dela selección natural publicado en 1859. ¿Cómo actuaría la lucha por la existencia... en relación a la variación? ¿Puede aplicarse el principio de la selección, que hemos visto tan potente en las manos de los seres humanos, a la naturaleza? Pienso que veremos que puede actuar en forma más eficaz... si dichas variaciones ocurren, ¿Podemos dudar (recordando que nacen muchos más individuos de los que pueden sobrevivir) que los individuos que tienen cualquier ventaja sin importar qué tan ligera, sobre otros, tendrán la mayor probabilidad de sobrevivir y de procrear su propia especie? Por otro lado, podemos estar seguros que cualquier variación por poco dañina que sea será rígidamente destruida. Esta preservación de las variaciones favorables y el rechazo de los cambios dañinos, se llama selección natural...” De esta manera, la selección natural puede describirse como el proceso mediante el cual ciertos tipos de organismos tienen mayor éxito reproductivo que otros, transmitiendo así en forma desproporcionada los rasgos que llevan a ese resultado. La selección natural puede explicar muchas de las observaciones de Darwin, tales como la variedad entre los pinzones de las islas Galápagos. Su similitud básica sugirió que todos descendían del mismo grupo ancestral, si bien las especies
diferían entre ellas de manera crítica, como en el color, el tamaño del pico, la conducta y la elección del alimento. Al aplicar los principios de la selección natural, Darwin pudo ver cómo cada isla había ofrecido a sus colonizadores originales su propio conjunto de oportunidades y amenazas, y de entre las diversas crías de cualquier población, aquéllas con los rasgos mejor adaptados a un ambiente específico crecerían mejor y se reproducirían. Con el tiempo, cada ambiente moldea las aves con características tan distintas que cada una se volvió una especie distinta de las otras. Puesto que la teoría de la selección natural dependía de desigualdades entre los miembros de una población, el origen de la variación, de las desigualdades, tenía que ser tomado en consideración. ¿Por qué entonces, son diferentes los individuos? ¿Qué provocó sus desigualdades? Darwin propuso que dichas variaciones (desigualdades) aparecen al azar; que no se requiere una fuerza impulsora, ni dirección, ni diseño. Decidió que si alguna nueva variación proporcionaba una ventaja que aumentaba el rendimiento reproductivo de su portador, se extendería a las poblaciones futuras. Esto significa que si el largo cuello de la jirafa se hereda y es útil para adquirir alimento, entonces las jirafas con cuellos más largos estarían mejor alimentadas, y así seria más probable que tuvieran la energía de tener crías. Entre estas crías, sugirió, algunas tendrían cuellos más largos que otras, y éstas, a su vez, tendrían más éxito que los de su camada de cuello más corto. Puesto que las jirafas de cuello largo tendrían más crías, el resultado sería una tendencia general a que cualquier generación estuviese compuesta por animales con cuellos más largos que los de la generación precedente.” 5 La diferencia entre las explicaciones de Lamarck y de Darwin acerca de los largos cuellos de las jirafas jirafas se muestran en la siguiente figura. 4.6 a y 4.6 b. Darwin desarrolló esta idea sin pruebas firmes. No tenía evidencias que pudiera ofrecer, y desconocía prácticamente todo de lo relacionado con la genética. Si hubiese sabido lo que sucedía con la genética, se habría evitado muchos problemas. Debido a los mismos, fue renuente a presentar sus ideas, consideraba que era su deber explicar el mecanismo mediante el cual aparecía la variación en las especies.
5 Ibid.,
pp.25,26
Figura 4.6 a y 4.6 b. (Evolución. p. 35). De esta manera podemos concluir que la selección natural es el factor más importante en el cambio de los pools génicos. Cuando las condiciones del medio ambiente son favorables para un rasgo en particular la frecuencia de los alelos que
producen ese rasgo aumentara en las siguientes generaciones y por el contrario si las condiciones no son favorables sus alelos tenderán a disminuir su frecuencia. La selección natural puede propiciar a la formación de nuevas especies y a la desaparición de otras. Postulados de Darwin Durante su viaje de cinco años a bordo del Beagle, Darwin observó muchos diferentes tipos de plantas y animales en América del Sur y las Islas Galápagos, cercanas la costa de Ecuador. La teoría darwiniana del mecanismo de la evolución explica cambios en los organismos de esta manera: “En cada generación se producen más descendientes de los que realmente tienen posibilidades de sobrevivir dadas las limitaciones de recursos del hábitat, la presencia de depredadores, los peligros físicos del entorno, etc. A consecuencia de lo anterior, dentro de cada especie se compite por la supervivencia. Los participantes en esa competencia no son exactamente iguales, sino que varían en mayor o menor grado. En esta contienda, los organismos mejor adaptados al medio tienden a sobrevivir, en tanto que los menos aptos se extinguen. El ambiente natural es la fuerza determinante en este proceso. Las variaciones que sobreviven y se reproducen transmiten sus caracteres a la siguiente generación. Después de muchas generaciones, las especies tienden a conservar los caracteres de los más aptos para sobrevivir, en tanto que las características de los menos adaptados tienden a desaparecer” 6 La evolución no es un proceso simple. Por ejemplo, no sólo los “más adaptados” sobreviven y se reproducen. Si las condiciones del ambiente son buenas, aún los peor adaptados pueden vivir y reproducirse.
6 G.M.Freid,
Biología p.7
TIEMPO NIVEL
EVOLUCIÓN Períodos largos tiempo (miles de años) Taxón
ADAPTACIÓN de Período breve de tiempo (horas, días, meses) Individuos
Puedes ver cómo la teoría de Darwin difiere de la de Lamarck, este último tenía razón, acerca de la importancia del ambiente. Sin embargo, los organismos no varían para poder sobrevivir en su medio. Más bien es el ambiente el que determina a través de la selección natural qué organismos tienen la oportunidad de sobrevivir. La evolución es un proceso que se da no a nivel individual sino de grupos o taxón ya que es un proceso lento que puede durar miles de años; el ciclo de vida de un individuo es un segundo en esta escala de tiempo que no le da posibilidades cambiar su estructura.
4.2 ESPECIES
ESPECIE BIOLÓGICA Puedes apreciar la diferencia entre un guajolote y un águila por que son especies distintas, así una especie biológica es un grupo de organismos cuyos miembros presentan semejanzas entre sí. En un sentido más amplio, es un grupo de organismos capaz de reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil, bajo esta apreciación se establece la regla general que especies diferentes no se entrecruzan
y si fuera así, su descendencia es híbrida, como ejemplos tenemos al cerdo-jabalí, yegua-burro y coyote-perro. Los miembros de una especie forman un grupo aislado desde el punto de vista de la reproducción, cuyos genes no se combinan con los de los extraños, pero son capaces de recombinarse continuamente por reproducción sexual dentro del grupo. El resultado es que no se observan diferencias notables en la composición genética ni en los caracteres gobernados por los genes dentro de la especie. Por lo tanto si los miembros de una especie intercambiaran libremente genes con los miembros de otra, ya no podrían retener aquellas características únicas que los identifican como tipos diferentes de organismos. Esta definición funciona bien para especies animales y generalmente es aceptada por los zoólogos. Sin embargo, muchas plantas pueden reproducirse asexualmente y también pueden formar híbridos fértiles con otras especies. “Las bacterias, con su variedad de formas de intercambio genético, no se ajustan netamente a esta definición, ni tampoco lo hacen los numerosos eucariotas unicelulares que se reproducen por división celular, formando clones de células idénticas. Así, aunque los botánicos y los microbiólogos usan el vocablo “especie”, es más probable que la consideren una categoría conveniente, que existe más en la mente humana que en el mundo natural”7 Especie tipologica Especie en latín significa “tipo”, por lo tanto, las especies son tipos diferentes de organismos. Una de las definiciones de especie, más antigua, es la idea de la especie como un tipo determinado de seres. Este concepto tiene su origen en el pensamiento y la obra de Platón y Aristóteles. Esta definición se fundamenta tan sólo en la simple observación ya que considera como especie al grupo de individuos que se asemejan entre sí y que está separado de otros grupos por diferencias en su forma, es decir, por cambios en la estructura. Estas ideas son adecuadas para clasificar objetos y materia inanimada, como los minerales, en los que las semejanzas particulares entre objetos se corresponden con semejanzas en los procesos físicos que dan lugar a los mismos. Sin embargo, los organismos vivos están influidos también por sus antecedentes genealógicos, es decir, por los caracteres que heredan de sus generaciones que les precedieron. Es por esto que esta definición 7
H. Curtis, Curtis, N. S. Barnes., Biología p. 426
resulta poco favorable para los organismos vivos ya que no engloba gran parte de sus características. Además de ser inadecuadas, las clasificaciones basadas en criterios tipológicos y morfológicos resultan inservibles cuando se intentan aplicar en los diferentes tiempos geológicos, o a regiones geográficas extensas. Un ejemplo claro tenemos que cuando se aplica aplica diferenciar dos o más especies en en un lugar determinado puede no ser válida en otro lugar. Esto es así, porque en las especies se presentan cambios de morfología, de conducta, y de hábitat en el espacio y en el tiempo geológico. El concepto biológico de especie tiene en cuenta lo anterior pero las definiciones tipológicas y morfológicas consideran a los organismos sólo como formas estáticas. Especiación A la formación de una nueva especie a partir de otra ya existente se llama especiación. Y es quizá uno de los eventos más dramáticos en la naturaleza. Este evento ha ocurrido repetidamente en el transcurso de más de 3.500 millones de años, dando como resultado una gran diversidad de organismos incluyendo al hombre así como de muchos otros que vivieron y que viven en la actualidad. Una nueva especie se ha formado cuando ya no puede procrear con la especie original, pero si con sus semejantes, por ejemplo si la yegua y el burro se entrecruzan y tienen un descendiente, que es la mula y esta puede reproducirse con otra mula y tienen descendencia, entonces hablamos de una nueva especie que ni es burro; ni caballo. Mecanismos de especiación Las especies pueden desarrollarse en dos formas: ALOPATRICA: Un pequeño grupo de organismos puede separase de un grupo mayor. El pequeño grupo aislado puede formar una nueva especie. Esto puede suceder cuando un cambio en el ambiente crea una barrera física y divide a la población existente imponiendo así un aislamiento reproductivo entre los dos grupos. Algunas de las barreras físicas más importantes pueden ser desiertos, montañas y océanos entre otros.
Fig. 4.7 Mula. (Ville, p. 412)
Simpatrica: Un grupo existente puede cambiar tanto, que degenere en una nueva especie. La especificación no geográfica es el resultado de cambios de conducta, o genéticos, de una parte de determinada población local.
Barreras de especiación En la naturaleza existen mecanismos que impiden la formación de quimeras biológicas (en alusión a mounstruos mitológicos como el minotauro, la medusa, el centauro y otros que tienen partes orgánicas diferentes) que tengan dificultades dificultades para desarrollarse en un medio particular. A estos mecanismos se les conoce como barreras de especiación o mecanismos de aislamiento reproductivo. Las cuales las podemos en una primera etapa dividir en: Aislamientos precigóticos: Se presentan antes de la fecundación del cigoto y consisten en la incapacidad de los individuos de una especie para reunirse con los de otra, y si lo hacen, existen algunas imposibilidades para efectuar la fecundación. Aislamiento poscigóticos: Son los que aparecen después de la fecundación del cigoto y consisten en la imposibilidad de éste para desarrollarse; la disminución de la viabilidad del organismo híbrido o su baja o nula fertilidad. Algunas de las más importantes barreras de especiación son: Geograficas: La constituyen los mares, montañas, desiertos, etc. que impiden que los individuos de dos poblaciones entren en contacto unos con otros. Los individuos de una misma especie que viven en valles separados por montañas o que pertenecen a poblaciones que habitan en distintas vertientes de una serranía permanecen aislados y acaban por desarrollar muchas diferencias en sus pools génicos o poza génica que se vuelven reproductivamente incompatibles. Biológicas: Aún en el mismo lugar, dos especies pueden permanecer aisladas reproductivamente por diferencias: Ecológicas. Por ejemplo, las distintas necesidades de humedad, luz, temperatura, etc. los separan en diferentes estratos del mismo ecosistema.
Fisiológicas: Las diferencias de la actividad reproductiva en el tiempo también separan a dos poblaciones, esto es dicho de otra manera en que tiempo y bajo que condiciones ambientales se presentan los estros (calores) en las hembras y que de otra manera podrían cruzarse entre sí dos poblaciones diferentes. Etológicas: Las especies diurnas tienen muy poca probabilidad de interactuar sexualmente con las especies nocturnas. Así como las características propias del cortejo en la época de apareamiento pueden variar de una especie a otra. Anatómicas: La incompatibilidad de los órganos reproductivos también funcionan como barrera. Así como el tamaño de los organismos. Genética: Podrá haber cópula entre dos organismos pero el óvulo es abortado por diferencia cromosomica.
Biodiversidad Si observas con detenimiento en tu entorno te darás cuenta de una gran variedad de organismos los cuales están determinados e influenciados directamente por el tipo de clima de la región en la que se ubica tu comunidad. A todos ellos en su conjunto podemos llamarle biodiversidad. La biodiversidad puede conceptualizarse también como riqueza biológica, variedad de organismos o cantidad de especies en una región o zona determinada. El término se acuñó en 1985 y se ha utilizado mucho en la década de los años noventa. México es un país de megadiversidad, considerado el tercer país más rico en el mundo, solo superado por Brasil y Colombia. De los casi 150 países en el mundo solo 12 de ellos concentran el 70% de la biodiversidad planetaria. “Se puede afirmar que la diversidad cultural del país está en relación directa con la diversidad fisonómica, estructural y ecológica de sus espacios naturales, por lo que resulta fácil comprender que no es posible separar la naturaleza de la cultura. Son múltiples los procesos involucrados en la relación entre cultura y diversidad biológica. Puede decirse que ha existido una coevolución entre plantas y culturas; lo demuestra el hecho de que México es un centro importante de domesticación de plantas. Por tal razón, nuestro país alberga y administra los recursos genéticos silvestres de muchas especies y variedades de maíz, maguey, nopal, amaranto, fríjol y chile; además, existen referencias de que 3, 352 plantas tienen uso
medicinal y casi una cuarta parte de la flora vascular mexicana es utilizada de alguna manera.”8 A nivel nacional Oaxaca es uno de los estados con mayor biodiversidad la cual existe principalmente en la parte noreste en la zona de los Chimalapas lo que comprende parte de las regiones de la sierra norte y Papaloapan. Oaxaca forma forma parte del macizo biológico que abarca desde Brasil y se detiene en nuestro estado para de ahí abrirse en dos brazos que se van hacia Veracruz y Colima. Esta biodiversidad esta asociada a los 16 grupos étnicos de nuestro estado que reflejan su colorido y uso de los recursos naturales en sus trajes regionales, actividades laborales, costumbres y alimentación. El entendimiento de la biodiversidad es requisito indispensable para que las personas comprendan que es posible la obtención de los beneficios sin alterar lo que la naturaleza ha logrado en millones de años de evolución. La biodiversidad comprende los niveles: genético, especies y ecosistemas. Figura 4.8 Biodiversidad. (Biggs. p. 107)
Diversidad genetica
8 .
M. Cervantes, Margarita Hernández. Biología general. p. 254
La diversidad genética entre organismos se debe principalmente a las variaciones que sufren los genes que pasan de generación en generación y las variaciones determinadas por la influencia del medio ambiente al influir sobre cada individuo. En otras palabras la influencia del medio ambiente influye en la secuencia de los nucleótidos del ácido desoxirribonucleico. Esta variación es el punto más fino en la evolución y en la selección natural lo que la convierte en la base de toda diversidad. Ya que en organismos que se reproducen sexualmente, estos cambios se difunden a la población por recombinación del material genético durante la fecundación. Diversidad de especies Comprende la gran variedad de formas vivientes que se manifiestan por medio de la abundancia relativa de especies distribuidas en diferentes comunidades. Los cálculos sobre el número de especies es variado, los datos oscilan entre 30 y 100 millones de especies, de las cuales solo tenemos registrados escasamente el 1%, es decir, nuestro conocimiento de la riqueza biológica, es incipiente. El número de especies se puede contar en cualquier lugar determinando la superficie en que se tomen muestras, en particular si la atención se concentra en organismos conocidos también es posible estimar este número en una región o un país (aunque el error aumenta con la extensión del territorio). La diversidad de especies esta influida entre otras cosas por la altitud, latitud y el clima que determina las condiciones condiciones atmosféricas de una región, habiendo una diversidad mayor en aquellas regiones en donde estas condiciones no varían demasiado en el transcurso del año como en el trópico, a diferencia de las regiones con condiciones atmosféricas muy marcadas o extremas como los desiertos. O como el caso de Chiapas con temperaturas promedio a los 20º C y precipitaciones de 3000 mm comparado con la Mixteca donde la temperatura oscila entre 0º C y 35º C y la precipitación escasamente alcanza los 700 mm. Diversidad de ecosistemas Esta determinado por los diferentes tipos de ecosistemas que se encuentran en los continentes cuyas condiciones están influidas por los factores bióticos y abióticos como son el clima, la vegetación, la biogeografía, la vegetación potencial o la vegetación modificada por el hombre.
La diversidad de los ecosistemas se puede valorar en términos de cómo están distribuidos en el planeta o por la diversidad de especies que forman, un lago, un bosque, una selva, un río, etc. Pueden considerarse ecosistema, recuerda que todo ecosistema esta integrado por productores, consumidores y desintegradores (factores bióticos) así como clima, humedad, altitud, latitud, etc. (factores abióticos). Así una plantación de maíz puede considerarse un agrosistema. Sin embargo, para nuestro interés, los ecosistemas comprenden superficies físicas considerables. La explotación inadecuada de los ecosistemas que hasta el momento se ha hecho ponen en riesgo las especies que en ellos existen. Aproximadamente 6,000 especies de animales se encuentran en peligro de extinción en el planeta, debido a la desforestación, contaminación, cambio de uso del suelo(antes forestal, ahora para pastoreo y agrícola), cacería indiscriminada y el combate de plagas. Es importante resaltar que no hay factor que afecte tanto una especie como la eliminación de su hábitat (le quitamos su alimento y capacidad de aparearse). Los animales matan a otros para alimentarse de ellos y con esto cumplen una función importante para mantener a las diferentes poblaciones en equilibrio. Pero cuando el hombre mata animales de más para solo obtener una parte de ellos (piel, plumaje, cornamenta, etc) para obtener dinero rompe con la dinámica que existe en los ecosistemas y altera con ello las cadenas alimenticias modificando la biodiversidad por consecuencia.
4.3 TEORÍA SINTETICA DE LA EVOLUCIÓN La explicación del proceso de evolución ha sido tratado durante el curso del tiempo de la humanidad de diferentes maneras. Algunas de las más conocidas y aceptadas en su época son las siguientes: El “esencialismo” desde la época de Platón propuesto por el filosofo Popper el cual se refería a que el mundo consiste en un número limitado de “esencias” invariables de las cuales las manifestaciones variables visibles son reflexiones incompletas e imprecisas. Desde este punto de vista, vista, cualquier cambio auténtico
podría originarse solamente a través del origen de una nueva esencia sea por creación o por medio de una saltación espontánea, es decir, por mutación. Esta manera de entender la evolución prevaleció por mucho tiempo siendo reforzada en 1901 por el biólogo Hugo De Vries quien tras redescubrir las leyes de Mendel en 1900 se opone al carácter lento y paulatino de la evolución y propone que la modificación o alteración de las especies puede ser drástica generándose así una evolución dinámica. A esta propuesta hecha por Vries se le conoció como “saltacionismo” En los años de 1920 a 1950 nace la principal principal corriente de los conceptos evolucionistas actuales, la teoría sintética de la evolución. La combinación de la teoría de la evolución de Charles Darwin con los principios de la genética mendeliana se conoce como la síntesis neodarwiniana o la Teoría Sintética de la evolución moderna. Teoría plasmada alrededor de 1940, y actualmente dominante, acerca de los procesos involucrados en el cambio evolutivo; vincula el modelo Darwiniano de selección natural que se aplica sobre la variación con los principios de la genética mendeliana y la genética de poblaciones. La teoría sintética moderna fue esbozaba en el libro Genética y el origen de las especies de Theodosius Dobzhansky. “Esta nueva síntesis se caracteriza como un rechazo completo a la herencia de los caracteres adquiridos y al énfasis en lo que se refiere a la evolución gradual, y el darse cuenta que los fenómenos evolutivos son fenómenos poblacionales; asimismo, es una reafirmación de la importancia de la selección natural. El entendimiento de los procesos evolutivos por medio de la teoría sintética tuvo un efecto profundo en la biología; esto condujo a darse cuenta de que cada problema biológico posee una pregunta evolutiva y que se puede preguntar con respecto a cualquier estructura biológica función o proceso, por ejemplo: ¿Por qué esta allí? ¿Cuál es la ventaja selectiva y cuando se adquiere?” 9 “Los principales representantes de la teoría sintética fueron el genetista Theodosius Dobzhansky (1900-1975), el zoólogo Ernst Mayr , el paleontólogo George G. Simpson (1902-1984) y el botánico George Ledyard Stebbins (1906-), (1906-), 9
R. N. Ondarza. Biología Moderna p.473
todos ellos de Estados Unidos, y el zoólogo Julian Huxley (1887-1975) de Inglaterra. Dobzhansky propuso que la evolución puede percibirse como un cambio de frecuencias génicas en el seno de una población. Mayr propuso, en su libro Sistemática y origen de las especies, dos nociones que permiten comprender cómo se forman las nuevas especies: el concepto biológico de especie y el modelo de especiación geográfica. Simpson aplicó a los fósiles las ideas de Dobzhansky sobre la evolución. Para los defensores de la Teoría Sintética, la evolución de las especies resulta de la interacción entre la variación genética que se origina en la recombinación de alelos y las mutaciones, y la selección natural. Durante los pasados 60 años, la Teoría Sintética ha dominado el pensamiento científico acerca del proceso de evolución y ha sido enormemente productora de nuevas ideas y nuevos experimentos, a medida que los biólogos trabajaban para desentrañar los detalles del proceso evolutivo.” 10 La teoría sintética de la evolución la podemos resumir en los siguientes procesos Variabilidad, como resultado de las mutaciones (génicas y cromosómicas) como factor de cambio y de recombinaciones genéticas. Selección natural, que influye a nivel de genes e individuos y Aislamiento reproductivo. Esta teoría acepta también tres procesos accesorios que influyen sobre la acción de los anteriores procesos. Como son migración de individuos a otras poblaciones, hibridaciones entre razas o especies cercanas produciendo el flujo génico. Deriva génica que representa el aumento o disminución en la frecuencia de un gen en generaciones sucesivas por apareamiento al azar. Todos ellos están influidos por la emigración, inmigración y el azar es decir los organismos que salen o entran a una población lo hacen con su riqueza génica; y el azar está vinculado a procesos no controlados. Es difícil asegurar en un joven de 10 años con quien va a procrear hijos a un teniendo un prototipo de pareja lo cual dista del establecer una familia.
10 H.
Curtis, N.S. Barnes. op. cit. p.473
CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS La gran riqueza biológica traducida en millones de especies, nos obliga a clasificarlos, ordenarlos o jerarquizarlos. La identificación, el agrupamiento y la denominación de los diferentes organismos descubiertos es necesaria para tener un orden ante la gran diversidad y en ocasiones similitudes de organismos con los que compartimos este planeta más aun si estos organismos son objeto de estudio o en su utilización para satisfacer necesidades mediante su uso en diferentes partes del mundo. Sitemas de clasificación Artificial. “El sistema de clasificación artificial esta basado sobre niveles artificiales o arbitrarios, en los que no hay un reconocimiento de las relaciones entre las diferentes clases de organismos en el sentido de descendencia común o relacionada. Por consiguiente, esta clasificación sirve meramente como un sistema de archivo o registro.” 11 Este tipo de clasificación es utilizado principalmente por investigadores y científicos para identificar determinados organismos con características en común 11
A. Nason. Nason. Biología p. 313
de organismos diferentes o semejantes. Por ejemplo podemos clasificar a los organismos por su velocidad: veloces, rápidos y lentos; por su sabor: dulces, amargos e insípidos, por su tamaño: altos, medianos y pequeños, este sistema de clasificación es inexacto y solo tiene utilidad para el investigador que lo propone. Natural Este sistema de clasificación esta construido a partir de las relaciones que existen de manera natural como la, consanguinidad y parentescos entre los organismos manifestando la evolución de estos. El indicativo principal es que los grupos de organismos que tienen el mayor número de características en común, son los más relacionados. Sistema binomial. Este sistema es un ejemplo de clasificación natural, fue propuesto por el naturista sueco Carl Von Linneo en 1758 fundador de la taxonomía. Linneo montó un sistema de clasificación basado en la similitud estructural. Se creía que los que más se parecían estaban más relacionados. “Linneo dividía a todos los organismos en dos grupos principales, que llamó reinos. Un reino es el nivel más alto en los sistemas de clasificación modernos. Linneo decidió que todos los organismos pertenecían ya sea al reino vegetal o al reino animal. Cada reino contenía un número de pequeño grupos, los cuales a su vez se dividían en grupos aun más pequeños, y así sucesivamente, hasta que eran nombrados tipos específicos de organismos. La siguiente división se conoce como phylum (plural: phyla). Cada phylum se divide a su vez en clases. Una clase contiene un número de órdenes relacionadas de organismos. Un orden se divide en familias. Una familia está compuesta por géneros (singular: genus). Por último, cada género tiene una o más especies.” 12 Por lo que las siete categorías taxonómicas quedarían de la siguiente manera: Reino, Phylum, Clases, Órden, Familia, Género y Especie. Linneo introdujo un sistema para nombrar a los organismos. Esto fue de gran importancia. El número conocido de especies estaba aumentando rápidamente. Los nombres comunes ya no eran suficientes. Por ejemplo el león de montaña
12
J. H. Otto. A. Towle. op. cit. p. 153
también se llama puma y pantera. El nombre común usado depende de la costumbre de diferentes regiones del país. Un ejemplo de lo anterior que podemos observar en nuestro Estado son los diferentes nombres comunes que recibe el guajolote o pavo en diversas regiones como son cholo, chompipe, pipis, cocono y muy seguramente algunos más que has de conocer en tu localidad. El sistema de linneo todavía se usa actualmente, y se denomina sistema binomial también conocido como nomenclatura binaria (bi = dos; nomen = nombre), lo que significa que es un sistema de asignación de nombres mediante el cual cada individuo recibe un nombre formado por dos partes. Linneo usó palabras latinas para nombrar a los organismos; las palabras latinas todavía están en uso. Este científico tenía buenas razones para usar el latín. Era el lenguaje que los científicos usaban en el siglo XVIII. Era entendido por todos los científicos alrededor del mundo. Además, el latín es descriptivo y constituye la raíz de muchos idiomas modernos. En la nomenclatura binaria, la primera palabra nombra al género al cual pertenece el organismo, la segunda palabra nombra a la especie. Por ejemplo, la palabra latina para perro es Canis (Canis = perro). Linneo uso esta palabra para representar al genero de los animales parecidos al perro, incluyendo al perro domestico, al lobo y al coyote. Para distinguir cada tipo de animal parecido al perro, se agrega una segunda palabra, que representa a la especie. Así el perro domestico se llama Canis familiaris, el lobo Canis lupus (lupus = lobo) y el coyote Canis latrans (latrare = ladrar). Los nombres científicos de los organismos son necesarios para evitar confusión, facilitan la comunicación y sistematización de la información, por ejemplo, si estamos haciendo un trabajo de investigación sobre el venado y le pedimos al centro de investigación que está en Sonora que nos mande sus avances sobre lo que han trabajado, lo primero que nos preguntará es a qué venado nos referimos (bura, temazate o cola blanca). Así las características cara cterísticas del sistema binomial podemos resumirla en los cinco puntos siguientes:
1.- Primero va el género y luego la especie: Odocoileus virginianus (venado cola blanca), Faseolus vulgarus (fríjol). 2.- Se escribe el género y luego el epíteto (características distintivas del organismo), por ejemplo Drosophyla melanogaster, donde melano es oscuro y gaster abdomen, la mosquita de la fruta tiene su abdomen oscuro, o virginianus de virginidad, blancura, pureza, o en el caso del fríjol vulgarus de familiar, de común o popular. 3.- Se escribe en latín. 4.- Se subraya o se escribe con letra cursiva o itálica. 5.- El nombre genérico siempre empieza con letra mayúscula; mientras que la especie comienza con minúsculas.
Taxonomia Es la rama de la biología que se avoca a clasificar y asignar nombres. ( viene del griego taxis arreglo, poner en orden, mas nomos=ley). Es el estudio de la clasificación de los organismos; es el ordenamiento de los organismos en una jerarquía que refleja sus similitudes y diferencias esenciales Todas las ramas de la biología contribuyen en la clasificación de los organismos vivos, pero las ramas especializadas que intervienen directamente son la Taxonomía y la Sistemática. Auque parecieran que realizan lo mismo y que se superponen, la taxonomía está más enfocada en la nomenclatura (denominación) y el establecimiento de los sistemas jerarquizados, y la Sistemática en las relaciones evolutivas aún no establecidas. La Taxonomía de los organismos es un sistema jerárquico, esto quiere decir que consiste en grupos dentro de grupos, estando clasificado cada grupo en un nivel particular. En este sistema, cada grupo particular se llama taxón y el nivel que se
le asigna se llama categoría. Actualmente contamos con 7 categorías taxonómicas de las cuales ya se hicieron referencia en el tema de clasificación binomial. Actualmente la Taxonomía se basa en otras ramas de la biología para lograr la clasificación de los organismos tomando en cuenta otras características o similitudes, tal es el caso de la Bioquímica y la Genética las cuales ayudan a establecer comparación de ciertas proteínas del cuerpo y en la secuencia de nucleótidos del ADN. La similitud bioquímica es también benéfica en los niveles de clasificación de las especies. Esto se debe a que algunas proteínas están presentes sólo en un pequeño número de especies. La similitud genética es una de las evidencias más fuertes de la relación entre los organismos. Se ha visto que los miembros de una especie tienen el mismo número y tipo de cromosomas. Esto significa que si dos organismos tienen el mismo número de cromosomas y si estos cromosomas son similares en su forma, puede asumirse que los organismos están muy relacionados. En la actualidad los biólogos pueden medir de una manera efectiva la similitud genética total así como de estudiar con gran detalle la estructura de los cromosomas.
Se han estudiado las relaciones entre seres humanos, gorilas, cerdos y caballos por comparación de las secuencias de aminoácidos en su proteína de la sangre betahemoglobina. Descubrieron que la beta-hemoglobina humana difiere de la del
gorila e un solo aminoácido, de la del cerdo en 17 y de la de los caballos en 26 aminoácidos. ¿Por qué es usted un homo sapiens? 1.- Hasta la fecha existen cinco reinos reconocidos y dos dominios para la clasificación de todos los organismos. Puesto que las células humanas tienen núcleos bien definidos y rodeados por membranas nucleares, usted pertenece al dominio Eucariota. Las células de su cuerpo no tienen cloroplastos ni paredes celulares y usted es un heterótrofo pluricelular con tejidos altamente diferenciados y sistemas y aparatos orgánicos. Eso hace que usted, sea un miembro del reino Animalia. 2.- ¿Qué clase de animal es usted? Su cuerpo posee una columna vertebral integrada por vértebras óseas que han reemplazado en gran parte la varilla cartilaginosa que usted, tuvo cuando era todavía un embrión, la notocorda. En ese momento también estaban presentes algunas estructuras que, en caso de haberse convertido en hendiduras branquiales habrían hecho de usted, un pez. También posee usted, un cordón nervioso dorsal y un encéfalo en los que todavía se aprecian los restos de sus cavidades embrionarias. Esos caracteres hacen de usted un cordado vertebrado; es decir, usted, pertenece al phylum Chordata (puesto que tiene o tuvo una notocorda fue sustituida por vértebras). 3.-Entre los vertebrados hay varias clases: peces cartilaginosos, peces óseos, peces sin mandíbula, anfibios, reptiles, mamíferos y aves. Usted, es un animal homeotermo (de sangre caliente), por lo que es un ave o mamífero. Debido a que carece de plumaje, tiene dientes y (si usted, es del sexo femenino) el potencial de amamantar a sus hijos, usted es el mamífero. Si usted, es un varón no se preocupe; aunque no sea capaz de amamantar a sus hijos, basta con la presencia de pelo en el cuerpo. 4.- Entre los mamiferos hay tres subclases: Prototheria, Metatheria y Eutheria. Los prototerios están confinados a los zoológicos o al continente australiano y sus alrededores. En la actualidad solo tienen dos representantes, el ornitorinco y el auidna, los cuales, además de tener otras peculiaridades, ponen huevos. Los metaterios, que también viven en su mayoría en Australia, suelen transportar a sus crías en fase embrionaria dentro de un saco ventral y carecen de placenta (el organo de intercambio de nutrientes entre la madre y el embrión en desarrollo). Si usted, no surgio de un huevo ni pasó la infancia dentro de una bolsa en el vientre de su madre, entonces puede estar seguro de que usted, es un euterio.
5.- Los Eutheria comprendn varios ordenes. Los insectivoros, por ejemplo, son los tipos y musarañas, los querópteros son los murciélagos y los carnívoros incluyen perros, gatos y hurones, ntre otras. La presencia de pulgares oponibles al resto de los dedos, ojos dirigidos hacia la frente, uñasplanas y algunas otras característica hacen de usted, un primate, mparentando con los monos, simios y tarseos. 6.- Los primates tiene varias familias. Usted y los monos del Nuevo Mundo son mucho muy diferentes, ya que estos poseen colas prénsiles, por ejemplo, que usted y los monos del Viejo Mundo y los simios no presentan; de hecho, los simios y usted, carecen por completo de cola. La postura de su cuerpo es recta y usted, tiene piernas largas y brazos cortos, y no mucho pelo en el cuerpo. Por lo anterios, usted, ha sido agraciado junto con la familia a la que pertenece, ya que ésta no tiene ningun otro ocupante moderno: es la familia HominidaE. 7.- Esa familia, según los antropólogos, tiene varias especies, aunque todas las que se conoce, excepto una, ya que se extinguieron. Australopithecus es una de ellas. Si usted, está vivo, entonces no pertenece a ninguno de esos géneros extintos, sino al género Homo. 8.- Una vez más, el género Homo sólo tiene una especie viva: sapiens. Puesto que muchos taxónomos insisten en que el nombre de la especia siempre incluya el nombre del género, haga usted el favor de considerarse un Homo sapiens.
Figura 4.9 Evolución. En relación al Anexo de Ville p.474 (Ma. de los Ángeles Gama Fuertes p.238) Sistemática Es el estudio de la diversidad de los organismos y sus relaciones de parentesco basados en su historia evolutiva, o filogenia. En un sentido amplio, filogenia es sinónimo de historia evolutiva de un grupo taxonómico cualquiera. Las filogenias
habitualmente se representan como "árboles ramificados" llamado árbol filogenético. Existen diferentes tipos de árbol filogenético: paralelo, reticulares, convergentes y divergentes. “Este tipo de diagrama representa una hipótesis de las relaciones de ancestralidad y descendencia de las especies que contiene. Si se quiere clasificar a una nueva especie, el taxónomo debe previamente construir un árbol filogenético, proponer una ubicación coherente para la nueva especie y, posteriormente, derivar una clasificación lógica. Para que la clasificación refleje con precisión las relaciones de ancestralidad y descendencia, los taxones deben cumplir una única condición, condición, ser estrictamente monofiléticos. Esto significa que todos los miembros de un taxón, cualquiera sea su categoría, deben ser descendientes de una única especie, la especie ancestral más próxima a todas las que contiene ese taxón.” 13 Algunos taxones aceptados generalmente contienen organismos que descendieron de más de una línea evolutiva y no incluyen un ancestro en común. Estos reciben el nombre de polifíleticos. Por ejemplo, se piensa que los mamíferos evolucionaron de por lo meno tres grupos de reptiles del triásico. Estructuras homólogas Casi todos los biólogos basan sus clasificaciones en las similitudes entre especies y en el grado de relación entre los organismos y, en los datos del registro fosilífero, cuando existen. Una de las formas de clasificar a los organismos es tomar en sus estructuras homólogas (homo = mismo) que junto con órganos vestigiales son evidencias de la de los organismos adaptados a ambientes diferentes a través del evolutivo. En las y los animales podemos
cuenta igual, el los relación proceso plantas
Figura 4.10 Estructuras homologas. (Ville. p. 383“)
encontrar estructuras homólogas las cuales implican evolución divergente de un ancestro en común. Un ejemplo clásico es el miembro anterior de los vertebrados. El ala de un ave, la aleta de una ballena, la pata delantera de un caballo, y el brazo del hombre tienen funciones y características muy diferentes. Sin embargo, el estudio detallado de los huesos que los forman revela la misma estructura básica. Esta similitud no implica que realicen la misma función. Es decir aquellos caracteres de organismos diferentes que se corresponden mutuamente en relación a su herencia y ascendencia común y por consiguiente su desarrollo y forma básicas, se dice que son homologas” 14
Estructuras análogas Existen otras estructuras corporales similares, vistas desde el exterior, en organismos no relacionados, las cuales son conocidas con el nombre de estructuras análogas y con frecuencia son totalmente diferentes en su anatomía interna, debido a que las partes no proceden de estructuras ancestrales en común y son producto de la evolución convergente. En otras palabras los organismos que poseen estructuras que tienen función similar, pero diferentes en origen y estructura se dice que son análogos. Algunos ejemplos de las estructuras análogas son las formas hidrodinámicas con aislamiento de grasa de las focas (mamíferos) y los pingüinos (aves) o las alas de los zancudos y las aves. Los cinco reinos según whittaker La riqueza biológica del planeta esta ordenada en 5 reinos (categoría taxonómica de mayor complejidad) y 2 dominios el procariota y eucariota. La clasificación de los organismos ha cambiado a medida que los instrumentos y conocimientos se van haciendo más precisos; tradicionalmente los organismos se han dividido en vegetales y animales; con el descubrimiento del microscopio se descubre un tercer reino, el microscopico; a partir de estas tres grandes expresiones de vida se logra 14
Cfr. A. Nason. Biología. Estructuras homólogas.
precisar el surgimiento de los tres restantes, protistas, hongos y protozoarios. Los diferentes grupos se han ido reorganizando, por ejemplo, los hongos estuvieron mucho tiempo contemplados con las plantas dada la característica de que ambos tienen pared celular, sin embargo se puede apreciar grandes diferencias en su reproducción y particularmente en Figura 4.11 Reinos. (Avers p. 20) su alimentación, ya que en las plantas es fototrófico mientras que los hongos son heterótrofos. De igual manera los microscópicos lo podemos separar en sésiles y por movimiento, los segundos comienzan a tener estructuras especializadas como los flagelos, tricosistos (espina), ocelos (falsos ojos) los cuales tienen movimieto y sobre todo comienzan a formar colonias, de los que surge; gonium, volvox y eudorina que son formas de agrupación que sostienen la teoría sobre el seguimiento de los pluricelulares. Hasta el momento la clasificación de mayor aceptación es la de Whittaker establecida en 1969. Características generales de cada reino. Monera Está formado por todos los procariontes (arqueobacterias, cianobacterias y bacterias tradicionales) son organismos unicelulares. Se nutren principalmente por absorción, pero algunos son autótrofos fotosintéticos y otros son autótrofos quimiosinteticos. No tienen membrana nuclear ni organelos celulares limitados por membranas, típicos de las células eucarióticas. Su ADN es una molécula larga y circular. Tienen ribosomas y pared celular que rodea a la membrana celular, pero su estructura y composición difieren de la pared celular eucariótica. La enorme resistencia de la pared celular bacteriana es atribuible a las propiedades del peptidoglucano, una molécula que solo se observa entre los procariotes; procariotes; por lo general se reproducen en forma asexual por fisión o brote, algunas formas intercambian material genético por conjugación, transformación, transducción e intercambio de plásmidos. Las bacterias, algas verdiazules y algas herbiverdes son representantes de este reino.(ver tabla 2.2) Arqueobacterias: Estos organismos son muy diferentes de otras bacterias. Una de sus características más extraordinaria es la ausencia de peptidoglucano en la pared celular. Otras características importantes en la química proteínica y celular, que
separan a las arqueobacterias de otras bacterias. Algunas de estas diferencias bioquímicas se le atribuyen a las condiciones extremas, como los manantiales térmicos profundos cuya temperatura puede superar los 100º C. Las aqueobacterias incluyen tres grupos: 1.- Halófilos extremos. Solo pueden vivir en condiciones de salinidad extrema, como estanques salinos. A pesar de la salinidad del entorno, la presión osmótica del citoplasma de los halófilos se encuentra en el rango normal para la mayoría de las bacterias. Algunos de los halófilos son capaces de realizar fotosíntesis, capturando la energía solar en un pigmento morado llamado bacteriorrodopsina 2.- Metanógenos. Estos anaerobios producen metano a partir del dióxido de carbono e hidrógeno. Habitan en agua de drenaje y pantanos, y son comunes en el conducto digestivo del hombre y de otros animales. En estos hábitats, el material orgánico se descompone en condiciones anaerobias extremas. Esta son las más conocidas de las arqueobacterias. Constituyen un recurso para la producción de energía a través del manejo del biogas producido en digestores. 3.- Termoacidófilos. Estas bacterias normalmente crecen en condiciones ácidas, de temperatura elevada. Algunas se encuentran en manantiales azufrosos. Cianobacterias. (que se llamaron algas verde-azules) habitan en lagunas, lagos, albercas y suelos húmedos, así como en troncos muertos y las cortezas de los árboles. También existen en los océanos y pocas viven en manantiales de aguas termales. Algunos tipos son unicelulares, todos microscópicos, pero la mayoría existen en forma de grandes colonias globulares o largos filamentos unidos por materiales extra celulares. Algunas especies presentan división del trabajo entre los miembros de la colonia: unas células se especializan en la fijación de nitrógeno, otras son de tipo reproductor y otras más fijan la colonia al sustrato.
Casi todas las cianobacterias son autótrofos fotosintéticos. Estos organismos contienen clorofila la cual no se encuentra en plastos como sucede en las células vegetales, sino esta dispersa a lo largo de las membranas, en la periferia de la célula, o se encuentran en el citoplasma. Presentan además ciertas variedades de pigmentos secundarios, entre los cuales se incluyen carotenoides, ficocianina, un pigmento azul que sólo se observa en las cianobacterias y en las algas rojas; algunas poseen un pigmento rojo, llamado ficoeritrina, que también esta presente en las algas rojas (esto a servido para establecer una relación evolutiva entre ambos grupos.
Eubacterias. (Eu=verdadera). Casi todas las bacterias pertenecen a este grupo. La presencia de bacterias es universal, puesto que abundan en el aire, agua, plantas y animales vivos y muertos. Pocos lugares en el mundo se encuentran libres de bacterias. Cuando las condiciones son desfavorables algunas bacterias forman esporas resistentes y permanecen en estado de vida latente (en ocasiones hasta por años), hasta que las condiciones ambientales vuelven a ser favorables. Casi todas las bacterias existen en forma unicelular, aunque algunas se encuentran en formas de colonias o como filamentos de células unidas entre sí. La membrana celular regula el paso de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula. En ella se encuentran las enzimas necesarias para el funcionamiento del sistema de transporte.
La pared que rodea a la membrana celular proporciona una estructura fuerte, rígida que da soporte a la célula y mantiene su forma.
Figura 4.12 Reino Monera. (Guadalupe Lomeli Radillo p. 284)
Protista Esta compuesto por organismos eucarióticos “simples”. Se nutren por absorción, ingestión o fotosíntesis. Casi todos los protistas realizan respiración aeróbica, utilizando las mitocondrias para metabolizar su alimento. La reproducción se realiza en forma asexual y sexual, sin embargo no desarrollan órganos sexuales ni forman embriones, como ocurre en los organismos superiores. Varían en tamaño, desde organismos microscópicos unicelulares hasta organismos multicelulares de
60 m de longitud (algas). Los protistas poseen varios medios de locomoción, incluyendo flagelos, seudópodos y cilios. Se piensa que los flagelados dieron origen a los animales. Algunos no son móviles. Las algas rojas, pardas, verdes, las diatomeas, oomicetos y los protozoarios se clasifican en este reino. Cabe mencionar que es un reino mezclado. Es decir, los organismos se han colocado allí por que no llenan las descripciones asignadas a otros reinos. Hasta ahora se a hecho una interpretación amplia del reino protista, incluyendo a los protistas heterotrofos (protozoarios o protistas que parecen animales), autotrofos (algas o protistas que parecen plantas) y fungoides (mohos deslizantes y acuáticos o protistas que parecen hongos) Protozoarios. (protista que parecen animales) Son organismos heterótrofos y de respiración aerobia. En general se reproducen asexualmente Se han dividido tradicionalmente en flagelados, ciliados, amibas y esporulados. Se dividen en cuatro phylum:
Sarcodina. Se mueven por medio de prolongaciones de su citoplasma llamadas seudópodos, como las amibas. Las cuales se desplazan empujando estas prolongaciones del citoplasma. Estos seudópodos les sirven también para capturar alimento. Mastigophora. Poseen flagelos que les permiten desplazarse. Algunos viven en forma parasitaria y otros en forma simbiótica, los que viven de forma parasitaria pueden producir enfermedades. Ciliophora. Poseen cilios los cuales son ocupados para desplazarse. Muestran una forma definida, aunque flexible debido a la presencia de una película externa flexible. Muchos ciliados poseen cerca de la superficie, múltiples tricocistos los cuales dispersan un filamento que les ayuda a capturar e inmovilizar a sus presas. Casi todos ingieren su alimento. Aunque ninguno es fotosintético, los hay que tienen algas simbióticas que viven dentro de sus células. Difieren de otros protozoarios porque tienen por lo menos dos núcleos por célula, uno o más micronúcleos que funcionan en la reproducción, y un macronúcleo que controla el metabolismo y crecimiento.
Apicoplexa. Los sporozoa del phylum apicoplexa son un grupo grande de protozoarios parásitos algunos algunos que causan enfermedades como el paludismo. Se reproducen por esporulación Algas. (Protistas que parecen plantas).Son un grupo de organismos fotosintéticos en su mayoría. Su tamaño varía desde las formas unicelulares microscópicas hasta las algas marinas. Se diferencian de las plantas porque carecen de cutícula (cubierta serosa) por lo que durante el crecimiento deben estar en un medio húmedo. Existen alrededor de 20, 000 especies de algas. Su reproducción es sexual y asexual. Existen varios phylum
Dinoflagelattia. Es uno de los grupos más raros de protistas. Casi todos son unicelulares, aunque existen algunas colonias. Son marinos, contienen pigmentos fotosintéticos como la clorofila. Almacenan almidones y aceites. Poseen uno o dos flagelos que les dan movimiento. Algunos producen toxinas. Bacillariophyta. Casi todos los miembros de este phylum (diatomeas) son unicelulares. Sus paredes celulares están compuestas por dos mitades que se superponen como una caja de petri. Existen aproximadamente 10,000 especies. La gran mayoría son fotosintéticas por lo que contienen clorofila y ficoxantina, que les da un tono dorado. Se caracterizan por tener paredes celulares (valvas) silicosas y ornamentadas. Su reproducción es principalmente asexual. Abundan principalmente en aguas marinas frías. Son productoras de los ecosistemas acuáticos, por su gran cantidad. Chlorophyta. Este phylum comprende a las algas verdes. Existen terrestres y acuáticas. Este grupo de algas contiene especies unicelulares, colonias y filamentos. Aunque en su estructura son muy diversas bioquímicamente son muy parecidas. Contienen clorofila y carotenos en los cloroplastos. . Su reproducción es sexual y asexual. El almidón es la reserva principal de alimento. Casi todos poseen paredes celulares con celulosa. Las algas verdes comparten muchas características con las plantas por lo cual se acepta que las plantas evolucionaron a partir de las algas Rhodophyla. Este phylum incluye a las algas rojas, que constan aproximadamente de 4,000 especies. Son multicelulares aunque hay algunas unicelulares. Los plastos contienen ficoeritrina y carotenos. La reproducción sexual es común. Se
encuentran principalmente en océanos tropicales y templados, aunque puede haberlas en aguas frescas y tierra. Phaeophyta. O algas pardas. Todas son multicelulares, sus tamaños varían desde varios centímetros hasta 60 metros de longitud. El phylum consta de aproximadamente 1, 500 especies. Las caracteriza el pigmento que tienen ficoxantina que les da el color pardo que oculta a la clorofila. Almacenan almidones y aceites como reserva. Euglenophyta. Algas unicelulares principalmente autótrofas, pero ocasionalmente heterótrofas. Poseen dos flagelos, uno largo y otro corto que no llega a salir de la célula. Las euglenas tienen un estigma o mancha ocular. Su reproducción es asexual mediante fisión. Algunas de las formas fotosintéticas pierden su clorofila cuando crecen en la oscuridad y obtienen sus nutrientes en forma heterotrófica, ingiriendo materia orgánica. Son acuáticas más abundantes en aguas dulces. Protistas fungoides. (Protistas que parecen hongos)Algunos se parecen a los hongos por que no son fotosintéticos y la forma corporal regularmente es de hifa en forma de red. Muchos producen células flageladas, que no se presentan en los hongos. Otras diferencias con los hongos es que poseen centríolos y producen celulosa como componente de su pared celular.
Myxomycota. Durante su etapa de alimentación crean una masa citoplasmática multinucleada (plasmodio). El citoplasma fluye en troncos húmedos y deteriorados, y en basura de hojas, formando una red de canales para cubrir una gran área. Conforme se arrastra, ingiere bacterias, levaduras y material orgánico en descomposición es por eso que también son conocidos como hongos gelatinosos o mohos deslizantes. Forman esporangios en su etapa reproductiva. Parece una amiba gigante que puede presentar distintos colores.
Acrasiomycota. Organismos unicelulares llamados mixamibas, que pueden unirse en grupos de células (pseudoplasmodio). Pueden producir esporas. Grupo de hongos gelatinosos que se desarrollan en los suelos de los bosques que contienen abundancia de materia vegetal en descomposición. Oomycota. Los oomicetos de este phylum tienen una gran semejanza morfológica superficial con los hongos. Ambos poseen un cuerpo llamado micelio, que crece sobre un sustrato. Las hifas que conforman el micelio vegetativo son cenocíticas. La pared celular puede estar formada por celulosa, quitina o por ambas. Se reproducen asexualmente mediante células móviles llamadas zoosporas, que originan largos filamentos; aunque también se pueden reproducir sexualmente cuando el alimento es suficiente y las condiciones ambientales son suficientes. En este grupo se incluyen los mohos de agua, mohos blancos y la roya felpuda.
Figura 4.13 Reino Protista (Guadalupe Lomeli Radillo p. 286) Fungi Incluye organismos eucarióticos con cuerpo continuo y filamentoso llamados hifas que contienen citoplasma y núcleos; son la unidad estructural de la mayoría de los hongos, estas presentan tabicaciones perforadas y quedan incompletamente divididas por dentro o pueden ser cenocíticas, es decir, contienen sólo el citoplasma y el núcleo. Las hifas crecen solo por sus puntas y ramifican mucho, lo que forma una maraña o red de hifas llamada micelio. Las paredes de los fungi están hechas de quitina (polisacarido). Los hongos son eucariontes con paredes celulares, carecen de clorofila y por lo tanto, son heterótrofos, absorben sus alimentos a través de la pared y membrana celulares; típicamente, el hongo secretará enzimas digestivas en la fuente alimenticia y luego absorberá las moléculas más pequeñas, que son liberadas. Se
reproducen por medio de esporas, las cuales se pueden reproducir sexual o asexualmente. Cuando una espora micótica entra en contacto con el sustrato apropiado, ésta germina y comienza a crecer. Los hongos funcionan ecológicamente como desintegradoresdegradandolos compuestos orgánicos. Particularmente los celulósicos. Entre algunos organismos del reino fungi tenemos a la levadura, los mohos y hongos. Se clasifican en cuatro phylums: Zygomycota. Estos producen esporas sexuales llamadas zygosporas. Las hifas son cenocíticas (carecen de tabique). Algunas hifas, llamadas espolones, crecen horizontalmente a una gran velocidad; otras llamadas rizoides, anclan los espolones. Ciertas hifas crecen hacia arriba y se desarrollan esporangios (sacos de espora) Un miembro común de los zigomicetos es el moho negro del pan (Rhizopus nigricans) el pan se pone mohoso cuando una espora del hongo cae sobre él y germina para convertirse en masa de filamentos, el micelio.
La reproducción sexual ocurre cuando las hifas de dos tipos de apareamiento distinto entran en contacto. El moho del pan es heterotálico, es decir, que un hongo individual se aparea con otro de tipo de apareamiento diferente. Los zigospora forman una gruesa cubierta protectora negra y tiene la capacidad de entrar en latencia durante varios meses. Ascomycota. Son organismos unicelulares y pluricelulares. Viven sobre madera, estiércol, agua, el suelo, etc. Se cuentan con 30,000 especies descritas. También se conocen como hongos tipo saco por que sus esporas se forman dentro de estructuras en forma de pequeños sacos llamados ascas. Las hifas presentan tabiques.
Entre los ascomicetos encontramos algunas levaduras, mohos pulvurulentos, casi todos los mohos verdeazules, rojos y pardos que descomponen los alimentos. La mayoría de reproducción asexual implica la formación de esporas llamadas conidios. Basidiomycota. La mayoría son macroscópicos. Viven sobre troncos podridos, hojas muertas o como parasitos. Existen aproximadamente 25, 000 especies. Incluyen algunos hongos más conocidos como setas, hongos venenosos y alucinógenos. Los basidiomicetos deben su nombre al hecho que forman un
basidio, estructura cuya función es comparable a la del asca entre los ascomicetos. Cada basidio es una célula hifal engrosada, en forma de clava, en cuya punta aparecen cuatro basidiospora. Estas se desarrollan por fuera del basidio, mientras que las ascosporsas lo hacen por dentro del asca. Deuteromycota. Grupo heterogéneo formado por los hongos que no se conoce su ciclo sexual. Existen unas 25 000 especies asignada a un grupo conocido como deuteromicetos. También reciben el nombre de hongos imperfectos debido a que sus ciclos de vida no se han observado la fase sexual.
Figura 4.14 Reino Fungi (Guadalupe Lomeli Radillo, Fungi p. 286).
Plantae. Incluye plantas verdes pluricelulares, eucarióticas que tienen diferenciación avanzada de tejidos y órganos, pueden realizar la fotosíntesis proceso mediante el cual generan azucares a partir de energía solar, agua, bióxido de carbono y sales minerales en presencia de la clorofila por lo tanto son autótrofas (ver tema 2.6). Además de tener clorofila, las plantas poseen xantofilas (pigmentos amarillos) y carotenos (pigmentos naranjas). Sus paredes celulares están compuestas principalmente por celulosa. Poseen una cutícula para prevenir la perdida de agua de los tejidos; un sistema vascular para conducir agua y sales minerales; el desarrollo de un tejido
especializado como las hojas que absorben la luz y efectúan efectúan la fotosíntesis; las raíces que se ramifican en el suelo para fijar a la planta y absorber agua y sales minerales; los tallos que comunican con las raíces en ambas direcciones por medio de los tejidos xilema, por donde circula la savia bruta y floema, que conduce la savia elaborada; el tallo también sostiene a las hojas, a las flores y frutos. El reino esta conformado aproximadamente por 35, 000 especies que habitan la superficie terrestre y algunas son acuáticas, de tamaño tan variados que van desde unos milímetros como es el caso de los musgos, hasta los árboles que miden varios metros de altura. La respiración de las plantas es aerobia. Su nutrición es autótrofa, son organismos pluricelulares, siendo sus tejidos más importantes el meristematico, vascular, de protección y fundamental. El tejido meristematico cuya función está relacionada con la división al hacer crecer la planta en longitud y en grosor. El tejido vascular cuya función es conducir las sustancias, esta constituido por el xilema y el floema presente en la raíz, tallo y en las hojas. El tejido de protección y fundamental se localiza en la superficie de las raíces, tallos y hojas; son paredes celulares gruesas, impermeables al agua y capaces de almacenar alimento, por ejemplo el tejido parenquimatoso cuyas células contienen plastos, unos realizan la fotosíntesis y otros almacenan nutrientes. La reproducción de las plantas puede ser de dos tipos asexual y sexual. (Ver tema 2.8)
Las plantas terrestres desarrollaron una cutícula cerosa, para protegerse de la pérdida de agua así como también desarrollaron estomas para utilizarlos en el intercambio de gas, necesario para la fotosíntesis. Los miembros de este reino son principalmente terrestres y en menor cantidad acuáticos. Bryophyta. Que se dividen en musgos y hepáticas. Estas ultimas (hepatopsida)que son plantas primitivas características de sitios muy húmedos. Tienen poco tallo que contribuyen a la formación de suelos. Algunas son acuáticas. Forman yemas. La morfología de algunas hepáticas es diferente de los musgos. Su cuerpo con frecuencia es el de un talo plano, en forma de hoja, lobulado. Se les llamo hepáticas porque los lóbulos de su tallo semejan de manera superficial a los lóbulos del hígado humano. Las hepáticas se reproducen de manera sexual y asexual. Su reproducción sexual implica la producción de arquegonios. Los musgos (briopsida) son plantas pequeñas habituales de lugares muy húmedos. Forman estructuras parecidas (cauloide) y apéndices foliares. Generalmente viven en colonias densas llamadas también lechos.
Figura 4.15. Reino Plantae (Guadalupe Lomeli Radillo p.287)
Cada planta individual tiene pequeñas estructuras, radiculares, o rizoides que anclan la planta al suelo y también un “tallo” recto que sostiene a las “hojas”. Como los musgos carecen de tejidos vasculares especializados, no puede decirse que posean raíz, tallo u hojas reales. Sin embargo algunas especies contienen células conductoras de agua, y otras trasportadoras de alimento, aunque no son tan especializadas como la de las plantas vasculares. Existen también las anthoceropsida (ceratófilos) pueden o Figura 4.16 a y 4.16 b Reino Plantae. no (Lomeli Radillo pp. 287 Y 288) estar relacionadas con otro tipo de briofitas. Se caracterizan por tener un gran cloroplasto único en cada célula Se reproducen sexual y asexualmente. Tracheophyta. Se divide en dos grandes grupos que son las plantas con semilla y sin semilla
Que son plantas vasculares sin semilla las cuales se dividen en psilophyta que tienen un sistema vascular primitivo, aparecen hace aproximadamente 350 millones de años. Lycopodophyta poseen raíces y hojas, viven en lugares tropicales. Sphenophyta desarrfollan pequeños gametófitos que viven independientes del esporofito, un ejemplo es la “cola de caballo”. Pterophyta viven aproximadamente 12, 000 especies, son comunes en lugares tropicales. Son
pequeños o arbóreos. Se reproducen sexual y asexualmente. Un ejemplo de ellos son los helechos. Las Tracheophyta con semilla se dividen dividen en Gimnospermas que se caracterizan por que sus semillas están desnudas. Tienen verdaderos tejidos y órganos. Se dividen en cuatro grupos: coniferophytas (coníferas), cycadophyta (cícadas), ginkgophyta (ginkgo) y gnetophyta (gnetofitas). El segundo grupo son las angiospermas o plantas con flor. Estas plantas se han adaptado a cualquier hábitat y son las dominantes en la tierra con más de 250, 000 especies. Sus órganos reproductores están en las flores, sus semillas se forman dentro del ovario. Se dividen en monocotiledóneas y dicotiledóneas dependiendo del número de cotiledones de sus semillas. Un ejemplo de ellos son maíz, fríjol, mango. Animalia. Esta formado por organismos pluricelulares eucarióticos heterótrofos. Sus células no tienen paredes celulares. Se nutren por ingestión. Algunos pocos pueden reproducirse asexualmente, la mayoría lo hace por medio sexual. Tienen tejidos especializados y pueden tener sistemas de órganos complejos. La mayor parte de los animales tienen sistema nervioso y sensoriales muy bien desarrollado y reaccionan los estímulos externos. Casi todos los animales son capaces de moverse de un lado a otro durante alguna fase de su ciclo de vida por lo menos. Sin embargo, existen algunos animales como las esponjas que son sésiles (están firmemente adheridas al sustrato) cuando llegan a la fase adulta Los animales son consumidores que habitan los mares, las aguas dulces y la tierra. Este reino incluye organismos como insectos, anfibios, peces, reptiles, aves y mamíferos. Se clasifica en los siguientes phylums.
Animales sin celoma: Porifera. Se han identificado unas 5 000 especies de esponjas. Siempre habitan en los medios marinos, son de cuerpos sésiles de doble pared, tapizado de poros y el interior hueco. Poseen “esqueleto” formado por espículas de sílice o carbonato de
calcio. No poseen verdaderos tejidos ni órganos. Se sugiere que surgieron por evolución a partir de ciertos protozoarios flagelados. Cnidaria. La mayoría de las 10 000 especies son marinas sésiles, pólipos o libres (medusas). Cuerpo con doble pared con sistema radial. Poseen estructuras de defensa y ataque llamados nematocitos. Son mucho más organizados que las esponjas. Platyhelminthes. Los gusanos planos, que son los miembros de este phylum son animales planos, largos y carentes de patas. Algunos presentan órganos de los sentidos en la región cefalica y dos cordones nerviosos longitudinales así como una cavidad gastrovascular. Muchos son parásitos. Nemertinea. Es un grupo relativamente pequeño con unas 550 especies. Son los animales más simples que poseen sistemas orgánicos definidos. Casi todos son marinos aunque unos cuantos habitan en aguas dulces o los suelos húmedos. Sus cuerpos son largos y delgados, con forma cilíndrica o plana, y su longitud va de 5 cm a 20 m. Su órgano más notable es la probóscide o proboscis, del cual les viene el nombre común, gusanos de trompa. Dicha proboscis secreta una mucosidad, la cual es útil para la captura y sujeción de las presas. El sistema nervioso esta más desarrollado que los platelmintos; existe un “encéfalo”. Nematoda. Son gusanos de cuerpo cilíndrico, delgado y filiforme aguzado en ambos extremos y se encuentra cubierto por una cutícula resistente. Presentan dimorfismo sexual. Su aparato digestivo ya tiene dos orificios. Algunos son de vida libre y otros parásitos. Tienen una gran importancia ecológica, debido a su papel de consumidores de materia orgánica. Son los organismos más primitivos con cavidad corporal. Rotifera. Son de los invertebrados menos conocidos. Estos gusanos microscópicos, acuáticos, auque no son más grandes que muchos protozoarios, tienen cuerpo pluricelular. Tienen una corona ciliar característica en el extremo anterior, la cual le da la apariencia de una rueda en movimiento. Poseen tracto digestivo, completo, incluyendo un maxtax, que es un órgano muscular para moler los alimentos; un pseudoceloma; un sistema excretor, formado por células flama y una vejiga; un sistema nervioso con “cerebro” y órganos de los sentidos. Los rotíferos son animales que poseen un número constante de células: cada miembro de una especie dada está integrado por exactamente el mismo número de células que sus cogeneres; de hecho, cada parte del cuerpo está compuesta por un número exacto de células dispuestas de una manera característica. La división
celular se suspende al terminar el desarrollo embrionario y ya no es posible inducir la mitosis en estos animales después de ese momento; por esa razón, el crecimiento y las reparaciones son imposibles. Animales celomados y protostomados: Mollusca. Los moluscos se encuentran entre los invertebrados mejor conocidos por el hombre. Incluyen más de 50 000 especies. A este grupo pertenecen las almejas, ostras, pulpos, caracoles, babosas y el más grande de todos es el calamar gigante, que llega a alcanzar un peso de varias toneladas.
Aunque los moluscos presentan grandes variaciones en lo que se refiere a su aspecto externo, la mayor parte de ellos comparten ciertas características como son un cuerpo blando, usualmente cubierto por una concha. Un pie muscular ancho, plano, situado en posición ventral que entre otras funciones tiene la de locomoción; una masa visceral, localizada por enzima del pie, que contiene casi todos los organelos; un manto que es un pliegue grueso que cubre la masa visceral y que tiene glándulas que secretan la concha. El manto suele colgar por encima y alrededor de la masa visceral formando una cavidad en la que se encuentran en muchos casos las branquias. Los moluscos presentan todos los sistemas y aparatos orgánicos típicos de los animales complejos. Annelida. Phylum integrado por los gusanos segmentados, incluye lombrices de tierra, sanguijuelas y muchos vermes marinos y de agua dulce. Existen aproximadamente 10 000 especies. El termino annelida significa “anillado” y se refiere a la serie de anillos que poseen en su estructura. Tanto la pared del cuerpo como los órganos internos están segmentados. El cuerpo es tubular y bilateralmente simétrico, puede estar formado hasta por 100 segmentos. Algunas estructuras, como el aparato digestivo y ciertos nervios, corren a todo lo largo del cuerpo, pasando a través de los segmentos sucesivos; otras estructuras se repiten en cada segmento. La segmentación es una ventaja no sólo porque el celoma está dividido en compartimentos, sino porque cada segmento tiene sus propios músculos, lo que permite al animal alargar una parte del cuerpo mientras otra se acortan.
Ciertas estructuras en formas de cerdas, a las que se denominan setas, ayudan al animal durante la locomoción. La respiración se verifica a través de la piel o por medio de branquias.
Onychopora. Sólo se conocen 70 especies, pero este grupo se considera importante como un probable eslabón entre los anélidos y los artrópodos. Estos animales habitan en áreas tropicales húmedos, como los bosques tropicales lluviosos. Los onicóforos son criaturas que presentan una mezcla de características de los anélidos y los artrópodos. Arthropoda. Son los animales más numerosos, hay unas 800 000 especies descritas, viven en una mayor variedad de hábitat y consumen una diversidad más amplia de alimentos que los miembros de cualquier phylum. Entre sus características más importantes están: apéndices articulares pares, de los cuales se derivó el nombre del grupo (artrópodo significa “con patas articuladas”), exosqueleto duro, que cubre el cuerpo por completo y está formado por quitina. El exosqueleto brinda protección contra las perdidas excesivas de humedad y los depredadores, a la vez que sostiene los órganos y tejidos blandos subyacentes. En la superficie interna del exoesqueleto se fijan muchos haces musculares bien definidos, los cuales, al contraerse, actúan sobre las partes duras como si fueran un sistemas de palancas, lo que permite la extensión y contracción de las partes en los puntos de articulación. Tienen cuerpos parecidos a los anélidos. En algunas clases de los artrópodos, no obstante, los segmentos se han fusionado o perdido en el transcurso de la evolución. Los segmentos pueden fusionarse en grupos, conocidos como tagmatas, las cuales realizan funciones específicas. Tienen un sistema circulatorio abierto con corazón dorsal. La mayor parte de la cavidad del cuerpo está ocupada por un hemoceloma (cavidad sanguínea), de manera que el celoma es muy pequeño y esta formado principalmente por las cavidades del aparato reproductor.
Este phylum se divide en subphylums con sus clases correspondientes. Trilobitomorpha. Clase Trilobita. (Trilobites fósiles) Artropodos marinos extintos. Chelicerata. Clases: Merostomata (cacerolitas de mar), Arachnida (arañas, escorpiones, garrapatas, ácaros) Crustacea. Clase crustacea (langostas, cangrejos, camarones, balanos). Unirramia. Clases: insecta (saltamontes, cucarachas), Chilopoda (centípedos), Diplopoda (milípedos). Animales deuterostomasdos
Echinodermata. Todos los organismos de este phylum estan en el mar. Existen unas 6000 especies vivientes y otras 20 000 extintas. Una de las características únicas es el edosqueleto, el cual consiste en pequeñas placas calcáreas, y que típicamente presentan espinas punzantes que se proyectan hacia fuera; el nombre Echinodermata, que significa piel espinosa, refleja esta característica. El endosqueleto esta cubierto por una delgada epidermis ciliada.
Una característica única es el sistema vascular acuífero, que es una red de conductos a través de los cuales circula agua. Las ramificaciones del sistema acuífero se extienden hasta numerosos pies ambulacrales diminutos, los cuales se alargan al ser llenados por el agua. Los pies ambulacrales sirven como locomoción y para obtener alimento. Este sistema funciona también como esqueleto hidrostático que sostiene los pies ambulacrales. Los equinodermos poseen un celoma bien desarrollado, en el cual se localizan varios órganos internos. El sistema digestivo completo es el sistema corporal más destacado. El sistema nervioso es simple y por lo general, consta de anillos nerviosos situados alrededor de la boca, desde los cuales parten nervios radiales. Carecen de cerebro. Los sexos generalmente están separados. Huevos y espermas son liberados al agua donde ocurre la fertilización, en forma externa. Chordata. A este phylum pertenece el hombre, se divide en tres subphylums que son: urochordata que consta de animales marinos llamados tunicados; cephalochordata que comprende a los anfioxos; y vertebrata, los animales con columna vertebral, tambien llamados craniatos.
Las características que tienen estos animales son: todos los cordados presentan una notocorda durante algún momento de su ciclo de vida. La notocorda es una varilla dorsal longitudinal firme pero flexible, que sostiene el cuerpo. Todos los cordados tienen un cordón nervioso tubular dorsal. El cordón nervioso se diferencia de los invertebrados no sólo por su posición sino porque es único y hueco. Algunos poseen hendiduras branquiales. Los animales cordados son los más complejos que existen en la actualidad.
Figura 4.17 Relaciones evolutivas entre los principales grupos de animales. (Curtis p.536)
Clasificación según alton biggs
Biggs propone una clasificación de seis reinos para lo cual divide al reino monera en dos a los cuales llama reino eubacteria y archaebacteria. Los reinos restantes permanecen sin división. Los seis reinos propuestos por Biggs son: Eubacteria, Archaebacteria, protista, fungi, plantae y animalia. anim alia. “Los reinos eubacteria y archaebacteria contienen todos los procariotes, células sin núcleo envuelto en membranas. Se han identificado más de 5000 especies, y la mayoría pertenece al reino eubacteria, las bacterias verdaderas. Algunas pocas, las archeobacterias las bacterias antiguas, se encuentran en ambientes extremos, como lagos salados, pantanos y en grietas hidrotérmicas del fondo del océano. Hay muchos procariontes aún por descubrir, nombrar y describir.” 15
FLUJO DE ENERGÍA
15
A. Biggs. Biología p. 465
Las interacciones de los organismos pertenecientes a diferentes reinos que forman parte de los ecosistemas contribuyen a la formación y al movimiento del flujo de energía. El flujo de energía en la biosfera se efectúa en forma de moléculas de alto poder energético; estas moléculas elaboradas y almacenadas por los productores (autótrofos) a través de el proceso de la fotosíntesis captan la energía solar y la transforman en energía química que posteriormente servirá de alimento a los organismos consumidores (heterótrofos) con lo cual la energía se transfiere y se va moviendo hacia los diferentes niveles tróficos. En tanto se da este movimiento, una parte de la energía sufre otras transformaciones y transferencias; otra parte se disipa parcialmente y como etapa final, el resto de la energía es liberada por los organismos descomponedores (desintegradores, reductores o putrefactores) que biodegradan los vegetales y animales muertos en el ecosistema.
RESUMEN
I.- La evolución es un proceso de cambio mediante el cual se forman nuevas especies a partir de especies preexistentes. La evolución explica cómo se han desarrollado las diferentes formas de vida.
1.- Lamarck propuso que el medio tiene una función importante en el proceso evolutivo. Esta idea concuerda con la teoría aceptada actualmente. La teoría de Lamarck está basada en la herencia de los caracteres adquiridos. 2.- Alfred R. Wallace realizó estudios sobre la fauna y flora que observó en sus viajes, los cuales lo condujeron a formular por su cuenta, y de modo totalmente independiente de Darwin, la teoría de la evolución por la selección natural y la lucha por la existencia, de ahí que esta teoría lleve el nombre de Darwin-Wallace. 3.- El viaje de Darwin inicio en 1831, abordo del Beagle zarpó de Davenport por el Atlántico hacia Sudamérica. Después de una larga travesía, el Beagle llegó a Sudamérica y enfiló hacia las costas en la primera etapa de su viaje, navegando más allá del litoral de Brasil y Argentina, hasta llegar a Cabo de Hornos, finalmente para dar vuelta hacia el Norte a lo largo de las desoladas costas de Chile y Perú. 4.- La selección natural puede describirse como el proceso mediante el cual ciertos tipos de organismos tienen mayor éxito reproductivo que otros, transmitiendo así en forma desproporcionada los rasgos que llevan a ese resultado. 5.- La teoría Darwiniana del mecanismo de la evolución explica cambios en los organismos de esta manera: “En cada generación se producen más descendientes de los que realmente tienen posibilidades de sobrevivir dadas las limitaciones de recursos del hábitat, la presencia de depredadores o los peligros físicos del entorno. A consecuencia de lo anterior, dentro de cada especie se compite por la supervivencia. Desarrollando con ello la teoría del mas apto. Los participantes en esa competencia no son exactamente iguales, sino que varían en mayor o menor grado. En esta contienda, los organismos mejor adaptados al medio tienden a sobrevivir, en tanto que los menos aptos se extinguen. El ambiente natural es la fuerza determinante en este proceso. Las variaciones que sobreviven y se reproducen transmiten sus caracteres a la siguiente generación.
II.- Especie en latín significa “tipo”, por lo tanto, las especies son tipos diferentes de organismos. 1.- Una especie biológica es un grupo de organismos cuyos miembros presentan semejanzas entre sí. Y son capaz de reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil. Los miembros de una especie forman un grupo aislado desde el punto de vista de la reproducción, cuyos genes no se combinan con los de los extraños, pero son capaces de recombinarse continuamente por reproducción sexual dentro del grupo. 2.- Una apreciación de especie es la idea de percibir a la especie como un tipo determinado de seres. Esta definición se fundamenta tan sólo en la simple observación ya que considera como especie al grupo de individuos que se asemejan entre sí y que está separado de otros grupos por diferencias en su forma, es decir, por cambios en la estructura y en la forma. 3.- A la formación de una nueva especie a partir de otra ya existente se llama especiación. Una nueva especie se ha formado cuando ya no puede procrear con la especie original, pero si con sus semejantes. 4.- Existen dos tipos de especiación: Alopatrica: Un pequeño grupo grup o de organismos puede separase de un grupo mayor. El pequeño grupo aislado puede formar una nueva especie. Simpatrica: Un grupo existente puede cambiar tanto, que degenere en una nueva especie. 5.- La especiación esta delimitada por barreras que impiden una dispersión genética de las poblaciones. Geográficas: La constituyen los mares, montañas, desiertos, etc. que impiden que los individuos de dos poblaciones entren en contacto unos con otros. Biológicas: Aún en el mismo lugar, dos especies pueden permanecer aisladas reproductivamente por diferencias: Ecológicas. Por ejemplo, las distintas necesidades de humedad, luz o temperatura, los separan en diferentes estratos del mismo ecosistema.
Fisiológicas: Las diferencias de la actividad reproductiva en el tiempo también separan a dos poblaciones, esto es dicho de otra manera, en que tiempo y bajo que condiciones ambientales se presentan los estros (calores) en las hembras y que de otra manera podrían cruzarse entre sí dos poblaciones diferentes. Etológicas: Las especies diurnas tienen muy poca probabilidad de interactuar sexualmente con las especies nocturnas. Así como las características propias del cortejo en la época de apareamiento pueden variar de una especie a otra. Anatómicas: La incompatibilidad de los órganos reproductivos también funcionan como barrera, así como el tamaño de los organismos. Genética: Podrá haber cópula entre dos organismos pero el óvulo es abortado por diferencia cromosomica
III.- La biodiversidad puede conceptualizarse también como riqueza biológica, variedad de organismos o cantidad de especies en una región o zona determinada.El término se acuñó en 1985. México es un país de megadiversidad, considerado el tercer país más rico en el mundo. A nivel nacional Oaxaca es uno de los estados con mayor biodiversidad. La biodiversidad comprende los niveles: genético, especies y ecosistemas. IV.- Teoría sintética de la evolución fue plasmada alrededor de 1940, y actualmente dominante, acerca de los procesos involucrados en el cambio evolutivo; vincula el modelo darwiniano de selección natural que se aplica sobre la variación con los principios de la genética mendeliana y la genética de poblaciones. V.- La identificación, el agrupamiento y la denominación de los diferentes organismos descubiertos es necesaria para tener un orden ante la gran diversidad. 1.- El sistema de clasificación artificial esta basado en niveles arbitrarios, en los que no hay un reconocimiento de las relaciones entre las diferentes clases de organismos en el sentido de descendencia común o relacionada. Por consiguiente, esta clasificación sirve únicamente como un sistema de archivo o registro. 2.- El sistema natural de clasificación esta construido a partir de las relaciones que existen de manera natural como la consanguinidad y parentescos entre los organismos, manifestando la evolución de estos. El indicativo principal es que los
grupos de organismos que tienen el mayor número de características en común, son los más relacionados. 3.-El sistema binomial es un ejemplo de clasificación natural, fue propuesto por el naturista sueco Carl Von Linneo en 1758 fundador de la taxonomía. Linneo montó un sistema de clasificación basado en la similitud estructural. En la nomenclatura binaria, la primera palabra nombra al género al cual pertenece el organismo, la segunda palabra nombra a la especie. 4.- La Taxonomía es la rama de la biología que se avoca al estudio de la clasificación de los organismos; es el ordenamiento de los organismos en una jerarquía que refleja sus similitudes y diferencias esenciales. Existen siete categorías taxonómicas: Reino, Phylum, Clases, Órden, Familia, Género y Especie. 5.- La Sistemática es el estudio de la diversidad de los organismos y sus relaciones de parentesco basados en su historia evolutiva o filogenia. En un sentido amplio, filogenia es sinónimo de historia 6.- La homología es una herramienta que facilita la clasificación y se basa en las características o estructuras de organismos diferentes que se corresponden mutuamente en relación a su herencia y ascendencia común y por consiguiente su desarrollo y forma básicas, se dice que son homologas. 7.- De igual manera la analogía facilita clasificar los organismos que poseen estructuras que tienen función similar, pero diferentes en origen y estructura se dice que son análogos. 8.- Hasta el momento la clasificación de mayor aceptación es la de Whittaker establecida en 1969, propone los reinos: monera, protista, fungi, plantae y animalia. La riqueza biológica del planeta esta ordenada en 5 reinos (categoría taxonómica de mayor complejidad) y 2 dominios el procariota y eucariota. 9.- Alton Biggs propone una clasificación de seis reinos para lo cual divide al reino monera en dos a los cuales llama reino eubacteria y archaebacteria. Los reinos restantes permanecen sin división. Los seis reinos propuestos por Biggs son: Eubacteria, Archaebacteria, protista, fungi, plantae y animalia. VI.- Las interacciones de los organismos pertenecientes a diferentes reinos que forman parte de los ecosistemas contribuyen a la formación y al movimiento del
flujo de energía a través de las cadenas alimenticias donde se conforman diferentes niveles troficos dentro de los cuales tenemos a los productores, consumidores y descomponedores.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE APRENDI ZAJE Y EVALUACIÓN
Como reforzador del aprendizaje es conveniente que desarrolles los siguientes ejercicios que te permitan analizar, aplicar y valorar el grado de aprendizaje alcanzado en la unidad. I.- Identifica y determina lo siguiente. Identifica las aportaciones de Lamarck al conocimiento de la evolución. Identifica las aportaciones de Wallace al conocimiento de la evolución. Determina los factores en los que Darwin fundamento su teoría. Describe la selección natural. Determina la diferencia entre especie biológica y tipologica. Identifica las barreras de especificación entre un organismo que selecciones y otro de diferente Estado o País. II.- Utilizando palabras claves, escribe una frase en cada una de ellas que muestre que fueron entendidas: Biodiversidad Binomial
Taxonomía Especie Sistemática Homología Analogía III.- Cuestionario en el espacio señalado complementa la frase con las palabras que consideres conveniente: __________es un organismo representativo del reino monera. ______________es la característica mas sobresaliente del reino plantae. Los ________________________ pertenecen al reino protista. _____________ y ____________ son organismos representativos del reino fungi. Los ________________________ pertenecen al reino animal. Biggs menciona que los reinos se clasifican en ___________, ____________, _____________, _______________, _________________ y ________________. Los dominios celulares en que se dividen los 5 reinos son: _______________ y ______________. La teoría sintética vincula la teoría ______________________ con la teoría ______________________.
GLOSARIO Abiogénesis. Generación espontánea de la vida; origen de los seres vivientes a partir de objetos inanimados. Aborto. Expulsión del embrión o feto antes de que ocurra viabilidad, hasta la semana 20 o 400 gr. de peso (pueda sobrevivir por si mismo). Aceptor de electrones: Sustancia que acepta o recibe electrones en una reacción de oxidorreducción, de modo que se reduce en el proceso. Ácido: Sustancias que en solución tiene una concentración mayor de iones hidrógeno que de iones hidroxilo. Ácido graso: Molécula compleja que contiene un grupo carboxilo; parte de una molécula de grasa. Actina: Proteína que forma parte de los filamentos en el músculo estriado. Adaptación. 1).- Capacidad del organismo para ajustarse al medio; 2).- declinación en la respuesta de un receptor sometido a estímulos repetitivos o prolongados.
Adenoides. Recuerda el aspecto de una glándula o ganglio. g anglio. Hipertrofia del tejido linfático retronasal que se presenta en los niños. Aerobio. Organismo que sólo crece o metaboliza en presencia de oxígeno molecular. Aislamiento ecológico. Mecanismo de aislamiento precigótico en el cual no puede haber intercambio de gametos entre dos grupos que habitan en la misma región geográfica porque viven y se reproducen en hábitat ecológico distinto. Aislamiento etológico o conductal . Mecanismo de aislamiento precigótico que impide el intercambio de gametos entre dos grupos de animales gracias a que tienen distintas conductas de cortejo.
Aislamiento mecánico . Mecanismo de aislamiento precigótico en el cual se impide el intercambio gamético entre dos grupos debido a diferencias morfológicas o anatómicas entre ellos. Aislamiento reproductivo Barreras reproductivas que impiden que una especie se cruce con otra. Como resultado, la poza genética de cada especie queda aislada de la otra. Aislamiento temporal. Mecanismo de aislamiento precigótico en el cual se impide el intercambio genético entre dos grupos gracias a que se reproducen en diferentes horas del día, estaciones o años. Albinismo. Incapacidad hereditaria para formar pigmento llamado melanina, lo que da por resultado una coloración anormalmente clara de la piel y pelo. Aldehído: Compuesto orgánico que contiene un grupo químico del tipo H – C = O. Alelos. Genes que regulan las variaciones de la misma característica y que ocupan posiciones correspondientes en cromosomas homólogos; formas alternativas de un mismo gen. Alelos dominantes Gen alélico que siempre se expresa cuando está presente, independientemente de que sea homocigótico o heterocigótico. Alternancia de generaciones: Ciclo sexual en el cual una fase haploide (n) alterna con una fase diploide (2n). El gametofito (n) produce gametos (n) mediante mitosis y la fecundación de los gametos produce cigotos (2n). Cada cigoto origina un esporofito (2n) que forma esporas haploide (n) mediante meiosis. Cada espora haploide forma un nuevo gametocito, complementando el ciclo. Aminoácidos. Compuesto orgánico que contiene un radical amino (-NH 2) y un radical carboxilo (-COOH), Los aminoácidos se unen entre sí para formar las cadenas peptídicas de las moléculas proteínicas. Anaerobio. Organismo que sólo crece o metaboliza en ausencia de oxígeno molecular.
Análogo. De función o aspecto similares a los de otra estructura, pero de diferente origen o desarrollo. Anemia de células en hoz : Enfermedad hereditaria en la que es anormal la hemoglobina y los eritrocitos adquieren la forma de hoz. Angiosperma: Plantas que florecen. Anteridio: Órgano masculino de las briofitas y algunas plantas vasculares, que produce los espermatozoides. Arqueobacterias. Bacterias bioquímicamente peculiares que, según se piensa, son semejantes a los ancestros de todas las bacterias. Es frecuente encontrarlas en los cráteres de los volcanes submarinos. Asca: Saco reproductivo especializado presente en los hongos de la división Ascomycota. Átomo. La cantidad más pequeña de un elemento que todavía conserva las propiedades químicas de éste, consta de un núcleo atómico integrado por protones y neutrones, junto con electrones que circulan en torno a él siguiendo órbitas. Autosoma: Todo cromosoma que no sea un cromosoma sexual. El ser humano tiene 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales. Auxina. Hormona vegetal relacionada con diversos aspectos del crecimiento y desarrollo de los vegetales. Bacterias. Microorganismos procarióticos unicelulares pertenecientes al reino Monera. Casi todos son desintegradores, aunque algunos son parásitos o autótrofos. Bacteriófagos. Virus que atacan a las bacterias (la palabra significa literalmente “devorador de bacterias”) Base: Sustancia que en una solución tiene una concentración mayor de iones hidroxilo que iones hidrógeno; una solución alcalina.
Basidio: Órgano reproductivo especializado de los hongos de la división basidio micota, en forma de maza, en él ocurren fusión nuclear y meiosis, es homólogo del asca. Biodegradable. Sustancia que puede ser eliminada del ambiente por acción de organismos purtrefactores o detrito fagos; p. Eje., madera. Biogénesis. Generalización que establece que todos los seres vivos provienen de seres vivos preexistentes. Bioma. Comunidad unitaria de grandes dimensiones, fácilmente discernible, que surge como resultado de complejas interacciones de factores climáticos, físicos y bióticos. Biomasa. Peso total de los organismos que ocupan un hábitat determinado. Biosfera. Zona global de aire, tierra y agua en la corteza terrestre que está habitada por seres vivos. Bronquio. Cada una de las ramificaciones primarias o secundarias de la tráquea dentro del pulmón. Cadena trófica. Secuencia de organismos a través de la cual se transfiere la energía originalmente almacenada por una planta: cada tipo de organismos devora al tipo anterior y es devorado por el siguiente en la secuencia. Caloría. Unidad de calor. La caloría que se emplea para estudiar el metabolismo es la caloría grande o kilocaloría, que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un kilogramo de agua. Capacidad de carga. Límite de la capacidad de un hábitat para sostener una población de organismos.
c ual el agua o cualquier líquido se desplaza a lo largo Capilaridad: Acción por la cual de una superficie, se debe al efecto combinado de la cohesión y adhesión. Carácter. Rasgo, cualidad, propiedad o función que distingue a un individuo, pueden intervenir en él uno o más genes.
Caracteres ligados al sexo. Características genéticas presentes en el cromosoma sexual, como la hemofilia en el ser humano. Carbohidratos. Compuesto que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno en proporción C: 2H: O, como los azúcares, almidones y celulosa. Cariocinesis. División del núcleo en cuatro fases, durante la cual el contenido nuclear se distribuye en forma equitativa durante la mitosis y la meiosis. Cariotipo. Constitución cromosómica de un individuo. Por lo común, el cariotipo se realiza fotografiando los cromosomas y ordenando los pares homólogos por tamaño y posición del centrómero. Carnívoro. Animal que se alimenta principalmente de carne. Carotenos. Pigmentos que van del amarillo al anaranjado rojizo y que se encentran en las zanahorias, camotes, verduras del follaje, etc; dentro del cuerpo de los animales pueden ser conservados en vitamina A. Catalizador. Sustancia que regula la velocidad de una reacción química sin alterar el punto final de ésta y sin ser consumido durante ella. Célula. Unidad estructural, funcional y de origen de los seres vivos, integrada por un conjunto de organelos envueltos por una membrana, generalmente de dimensiones microscópicas. Célula somática. Célula del cuerpo que no participa en la reproducción sexual. Celulosa. Polisacárido complejo que forma las paredes celulares de las plantas. Centríolo. Uno de dos pequeños organelos que se tiñen de color oscuro y que yacen cerca del núcleo en el citoplasma de células animales. Centrómero. Región constreñida especializada de la cromátida que sirve como sitio de fijación al huso mitótico durante la división celular, las cromátidas hermanas se unen entre sí en la vecindad de sus centrómeros.
Cerebro. Subdivisión principal del encéfalo, funciona como centro de procesamiento de aprendizaje, movimiento voluntario e interpretación de las sensaciones. Cianobacterias Microorganismos fotosintéticos procarióticos que poseen clorofila y producen oxígeno por fotólisis de agua. Antes se conocían como algas verdeazules. Ciclo celular. Serie cíclica de fenómenos en la vida de una célula eucariótica en división y en que consta de M (mitosis), citocinesis y las etapas de la interfase, que son la G1 (primer intervalo), S (síntesis de DNA) Y G2 (segundo intervalo). Ciclo circadiano. Ciclos biológicos internos cuya duración se aproxima a un día. Se observan ciclos circadianos en plantas, animales y otros organismos. Ciclo de Calvin. Serie cíclica de reacciones que ocurren en la fase oscura de la fotosíntesis y cuyo resultado es la fijación de dióxido de carbono y la producción de glucosa. Ciclo de Krebs: La tercera fase de la respiración aerobia; fase en la que se libera 16 átomos de hidrógeno y 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que entra en la glucólisis. Ciencia. Tipo de conocimiento lógicamente estructurado sobre un conjunto. Amplio de fenómenos que, enfocados bajo un determinado punto de vista, aparecen íntimamente relacionados. Engloba definiciones, postulados y leyes enmarcadas en una teoría con que se intenta describir la estructura de una parte de la realidad a la que remite e último extremo su objetividad a través de la verificación, la predicción y, en algunos casos, la técnica. Cigoto. Célula diploide (2n) resultantes de la unión de dos gametos haploide, óvulo fecundado, sinónimo de zigoto. Cilio. Una de muchas estructuras filiformes cortas que asoman en la superficie de algunas células que sirven para la locomoción o para desplazar materiales por la superficie celular; por su estructura se parece a los flagelos, ya que está formado por un cilindro de membrana plasmática que envuelve nueve microtúbulos dobles y dos microtúbulos centrales individuales.
Cinesis Actividad de un organismo en respuesta a un estímulo, la dirección de la respuesta no es controlada por la dirección del estímulo (por el contrario de una taxia). Citocinesis. Etapa de la división celular en la que se parte el citoplasma para formar dos células hijas. Citocromo: Molécula característica de las porfirinas y de la hemoglobina. Participa en la cadena respiratoria oxidándose y reduciéndose con facilidad, y liberando energía en esos procesos. Citoesqueleto. Estructura interna de micro filamentos, filamentos intermedios y microtúbulos que dan forma y resistencia mecánica alas células animales. Citoplasma. Contenido celular general excepto el núcleo. Citosol: Medio líquido del citoplasma, sin considerar los organelos y estructuras celulares. Clorofila. Uno de los diversos pigmentos verdes que absorben luz (fotorreceptores) presentes en casi todos los organismos fotosintéticos. Cloroplasto. Organelo intracelular que contiene la clorofila de las células vegetales; ahí ocurre la fotosíntesis. Coacervado. Protobionte formado a partir de mezclas relativamente complejas de polipéptidos, ácidos nucleicos y polisacáridos. Código genético. Código basado en grupos de tres bases de mRNA y que especifica la inserción de aminoácidos determinados o el inicio o terminación de la síntesis de las proteínas. Codominancia. Condición en la cual ambos alelos de un locus se expresan en el individuo heterocigótico. Codón. Trío de bases del mRNA que dosifica un aminoácido o una señal de terminación del polipéptido.
Coenzima: Molécula muy estable, orgánica, que suele contener fósforo y alguna vitamina. Colágena Proteína de las fibras del tejido conectivo que se convierten en gelatina al hervirla. Comensal. Organismo que vive en relación íntima con otra especie sin dañarla ni beneficiarla. Complejo de Golgi. También aparato o corpúsculo de Golgi. Uno de varios organelos presentes en el citoplasma de las células eucarióticas. Sus membranas modifican y separan los productos del retículo endoplásmico. Comunidad clímax. Comunidad final, estable y madura de una serie de sucesión. Comunidad. Conjunto de poblaciones que viven en una región o hábitat definidos, el cual puede ser extenso o muy limitado. Los organismos que integran la comunidad interactúan entre sí de varias formas. Conductas innatas Formas de comportamiento hereditarias típicas de cada especie. Coníferas. Gimnospermas con hojas en forma de aguja perfectamente adaptadas para soportar el calor y el frío. Conjugación. Fenómeno sexual de ciertos protistas consistente en el intercambio o fusión de una célula con otra. Este término también se usa para referirse al intercambio de DNA entre bacterias. Cópula. Unión sexual, acto de acoplamiento físico de dos animales durante el cual se intercambian gametos. Cotiledón Hoja rudimentaria del embrión vegetal en la que se almacenan los nutrientes necesarios para germinación. Cromátida: Cada una de las cadenas que resultan de la duplicación de los cromosomas, y que permanecen unidad por el centrómero.
Cromatina. Complejo de DNA, proteínas y RNA que integra los cromosomas eucarióticos. Cromosomas homólogos . Cromosomas similares por su morfología y su constitución genética. En los humanos existen 23 pares de cromosomas homólogos, cada uno de los cuales contiene un cromosoma proveniente de la madre y otro proveniente del padre. Cromosomas. Estructuras filamentosas o baciliformes del interior del núcleo que contienen las unidades hereditarias, los genes. Cutícula. Cera que cubre la epidermis de la porción superior de las plantas terrestres y que reduce la pérdida superficial de agua. Desintegradores. Microorganismos encargados de la putrefacción. Desoxirribosa Pentosa (ribosa) que carece de un grupo _OH en el carbono dos. Detrito fagos. Organismos, excepto microbios, que se alimentan de organismos muertos, putrefactos o sus fragmentos. Diapausa. Estado de inactividad de los insectos durante la fase pupal. Dicotiledónea. Planta con flores cuyos embriones tienen dos hojas o cotiledones. Difusión: Movimiento al azar de partículas que da por resultado el paso de las mismas desde un sitio de mayor concentración a otro de menor concentración. Movimiento al azar de partículas que da por resultado el paso de las mismas desde un sitio de mayor concentración a otro de menor concentración. Dimorfismo sexual . Diferencia en proporciones corporales, coloración u otra característica entre los dos sexos de una especie. Dinoflagelados. Algas unicelulares rodeadas por una concha de gruesas placas de células trabadas entre sí. DNA. Ácido desoxirribonucleico; presente en los cromosomas; contiene información genética codificada en forma de secuencias específicas de sus nucleótidos constituyentes.
Dominancia. Expresividad genotípica de un gen en heterocigotos y homocigotos que poseen dicho gen. Ecología. Estudio de las interrelaciones entre los seres vivos y su medio físico y biológico. Ecosistema. Unidad natural de componentes vivos e inanimados que interactúan para constituir un sistema estable dentro del cual se recicla el intercambio de materiales entre lo vivo y lo no vivo. Ecotono. Zona de transición bastante extensa entre biomas adyacentes; contiene algunos organismos de cada uno de los dos biomas, a los cuales se suman ciertas especies características y quizá exclusivas del propio ecotono. Efecto de invernadero. Calentamiento del planeta como consecuencia de la retención del calor atmosférico debido al efecto de ciertos gases, en especial el dióxido de carbono. Electrón: Partícula del átomo cargada negativamente. Embrión. Organismo juvenil antes de que emerja del huevo, semilla o cuerpo de su madre; ser humano en desarrollo hasta el fin del segundo mes de embarazo, después del cual se llama feto. Endergónica: Reacción química que produce un aumento de la energía total en los productos formados, por lo que requiere de energía externa para llevarse a cabo. La fotosíntesis puede ser un buen ejemplo de este tipo de reacciones. Enlace covalente: Comportamiento de electrones entre los átomos. Enlace iónico: Atracción entre iones de carga opuesta. Entrecruzamiento: Cambio de segmentos de material cromosómico entre dos bandas de una tétrada: ocurre durante la profase de la meiosis I. Enzima: Molécula proteica globular que acelera una reacción química específica.
Epicanto. Ojos separados más de lo normal, provocado por el ensanchamiento del puente de la Nariz, que da el aspecto mongoloide en el síndrome de Down.
Epíteto. Adjetivo que resalta las cualidades inherentes de un sustantivo. Especie. Grupo de organismos con características estructurales y funcionales similares, que en la naturaleza sólo se cruzan entre sí y tienen en común sus orígenes ancestrales; grupo de organismo que comparten la misma poza génica. Espermátidas: Cuatro células monoploides, durante la meiosis II, que maduran como células espermáticas. Espermatocito primario: Célula que se divide en la meiosis I para producir dos espermatocitos secundarios. Espermatocito secundario: Dos células producidas por meiosis I que atraviesan por la meiosis II para producir espermátidas. Espermatogénesis. Formación de espermatozoides por meiosis. Espermatozoide. Gameto masculino móvil de los animales y de algunas plantas y protistas. Espora. Célula reproductiva que da origen a un nuevo individuo en las plantas, las algas, los hongos y ciertos protozoarios. Esporangio: Estuche en el que se forman y almacenan las esporas. Estambres: Órgano reproductor masculino de una flor. Estolón. Tallo horizontal aéreo con internudos largos, los estolones tienen yemas que se convierten en plantas nuevas. Estoma: Poro pequeñísimo de una hoja. Estro. Periodo recurrente de “color” o receptividad sexual que se presenta cerca del momento de ovulación en las hembras de los mamíferos. Estrógeno. Hormonas sexuales femeninas producidas por el folículo ovárico; promueven el desarrollo y mantenimiento de las estructuras reproductoras y las características sexuales secundarias femeninas.
Estrógenos: Hormonas sexuales femeninas. Etología. Estudio de la variabilidad total de la conducta animal en condiciones naturales. Eubacterias. Todas las bacterias excepto las arqueobacterias. Eutanasia. Muerte sin padecimiento físico; se refiere a la muerte provocada Evolución Cambio genético en una población. Exoesqueleto: Cubierta externa de sostén del cuerpo; es común en los artrópodos. Esqueleto externo, como la concha de los moluscos o la cubierta externa de los artrópodos, brinda protección y sitios de inserción para los músculos. Extinción. Muerte de una especie. La extinción ocurre al morir el último individuo de la especie. Familia. En taxonomía, la categoría que agrupa géneros emparentados. Fecundación. Unión de los gametos masculino y femenino. Fenotipo. Expresión física o química de los genes de un organismo. Fermentación. Respiración anaerobia que utiliza compuestos orgánicos como donadores y aceptores de electrones. Filogenia. Historia evolutiva compuesta de un grupo de organismos. Floema. Tejido vascular que conduce los nutrientes de las plantas. Fosforilación oxidativa: Proceso por el cual la energía liberada como electrones que recorre la cadena mitocondrial de transporte de electrones en la etapa final de la respiración celular, se utiliza para fosforilar (agregar un grupo fosfato) a las moléculas de ATP. Fósil. Restos dejados por formas primitivas de vida o partes de organismos antiquísimos.
Fotólisis: Proceso de descomposición de moléculas por acción de la luz visible o la ultravioleta. Fotosíntesis. Producción de compuestos orgánicos, sobre todo glucosa, a partir de dióxido de carbono y agua gracias a la energía de la luz. Hay fotosíntesis en las plantas verdes, algunos protistas y ciertos tipos de bacterias. Fototrofico. Que realiza la fotosíntesis. Fototropismo. Respuesta de crecimiento de un organismo en dirección de la luz. Gameto. Célula que interviene en la reproducción sexual; óvulo o espermatozoide, la unión de los cuales durante la reproducción sexual da comienzo al desarrollo del nuevo individuo. Gametofito. Fase haploide productora de gametos en el ciclo de la vida de las plantas. Gemación. Reproducción asexual en la que una pequeña parte del cuerpo del progenitor se separa del resto, desarrollándose para formar un nuevo individuo que, en última instancia, adopta una vida independiente se convierte en un nuevo miembro más o menos independiente de la colonia o célula. Gen. Unidad indivisible de información hereditaria que por lo regular codifica una proteína. Está formado por DNA y se localiza en los cromosomas. Genes recesivos. Genes que no se expresan cuando están en condiciones heterocigóticas. Genoma. Conjunto completo de factores hereditarios encerrados en un juego haploide de cromosomas. Genotipo. Construcción genética completa de un organismo. Gimnospermas. Plantas cuyas semillas no están encerradas por el ovario; producen sus semillas en conos. Clase de plantas productoras de semillas; plantas en las que se desarrollan semillas sin protección en las escamas de los conos; filum Gymnospermas.
Glucógeno. Polisacárido formado a partir de glucosa y almacenado principalmente en el hígado y (en menor abundancia) en el tejido muscular, es el principal carbohidratos de almacén de las células animales. Gónada. Glándula productora de gametos; ovario o testículo. Haploide. Número cromosómico característico de los gametos o las esporas; mitad del número diploide. En las plantas, el número cromosómico de las células somáticas del gametofito. Hemofilia. Enfermedad hemorrágica hereditaria en la que las personas afectadas no tienen coagulación sanguínea normal; se debe a una deficiencia globulínica que afecta la producción de tromboplastina. Hemoglobina. Pigmento proteínico rojo que contiene hierro y sirve para transportar oxígeno y dióxido de carbono, ayuda a regular el pH, forma parte de glóbulo rojo de la sangre. Hermafrodita. Organismo que forma por igual gametos masculinos y femeninos.
constituido por gametos con genes homólogos diferentes Heterocigoto. Individuo constituido (paternos y maternos). Heterótrofos. Organismos que no pueden sintetizar su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas y que, por consiguiente, deben vivir a expensas de autótrofos o de materia en descomposición. Híbrido. Individuo resultante del cruzamiento de dos individuos de la misma especie, que difieren en alguno o algunos de sus genes. También se designa así al producto del cruzamiento de dos especies diferentes, por ejemplo, la mula. Hidrófobo: Que carece de grupos polares, y en consecuencia, es poco soluble en agua. Hidrólisis: Cambio químico de un compuesto, para el que se requiere la ruptura de la molécula de agua con el agua. Hifa. Uno de los filamentos que integran el micelio de los hongos.
Histonas. Pequeñas proteínas nucleares con carga positiva (básicas) que se fijan al DNA negativamente cargado para formar los nucleosomas. Histona: Proteína simple que contiene muchos grupos básicos. Soluble en agua. Combinada con el ADN forma una nucleohistona, la cual interviene en la constitución de los nucleosomas. Homeostasis. Ambiente corporal interno en equilibrio; tendencia automática de un organismo a mantener una condición estable. Homocigótico Que posee un par de alelos idénticos. Homología. Semejanza en organización estructural básica y desarrollo que, según se piensa, refleja un origen ancestral común. Hongo. Eucarionte parecido a las plantas pero no fotosintético. Casi todos los hongos son desintegradores; unos cuantos son parásitos. Hormona. Mensajero químico producido por una glándula endocrina o por ciertas células. En los animales las hormonas suelen ser transportadas por la sangre y regulan cierto aspecto del metabolismo. Humus. Materia orgánica en diversos estados de descomposición en el suelo; moho oscuro de tejido vegetal podrido que da al suelo un color entre café oscuro y negro. Huso: Estructura de forma oval compuesta de fibras entre los polos opuestos de la célula; estructura a la que se adhieren los cromosomas en la mitosis y meiosis. Huso mitótico Estructura formada principalmente por microtúbulos y que sirve como guía para el movimiento de los cromosomas durante la división celular. celular. Insulina. Pequeña hormona proteínica secretada por el páncreas y que abate la concentración de glucosa en la sangre. Interfase. Periodo en el ciclo de vida de una célula durante el cual no hay división mitótica visible; periodo entre divisiones mitóticas.
Invaginación. Plegamiento de una parte dentro de otra; se refiere específicamente a un proceso de gastrulación en el que una región se pliega para formar un cáliz de doble capa. Ion: Todo átomo o molécula pequeña que contiene una cantidad desigual de electrones y protones, de modo que posee una carga neta positiva o negativa. Labio leporino. Deficiencia en la unión del labio superior presentando una abertura. Larva. Forma inmadura de vida libre en el ciclo de vida de algunos animales, la cual puede ser muy diferente del adulto. Ley de Hardy-Weinberg Principio según el cual, independientemente de la dominancia o la recesividad, las frecuencias relativas de los genes alélicos no cambian de una generación a otra. Lípido Cualquier grupo de compuestos orgánicos insolubles en agua pero solubles en disolventes apolares; los lípidos sirven como una forma de almacenamiento de combustible y son un importante componente de las membranas celulares. Lisis: Destrucción de bacterias u otras células por ruptura de la membrana. Lisosoma. Organelo intracelular presente en muchas células animales; contiene una variedad de enzimas hidrolítica que actúan cuando el lisosoma se rompe o se fusiona con otra vesícula. Los lisosomas participan en el desarrollo y la fagocitosis. Locus. Punto particular del cromosoma en el que se encuentra el gen de un rasgo determinado. Macroevolución. Cambio evolutivo en gran escala; cambio evolutivo que afecta taxones superiores, por ejemplo géneros y órdenes, es decir, por encima del nivel de especie. Macroglosia. Lengua más grande de lo normal, provoca que los individuos mantengan la boca semiabierta, rasgo distintivo en el síndrome de Down. Meiosis. División del núcleo celular que produce células haploides; da por resultado gametos en los animales y esporas en las plantas.
Menopausia. Periodo (generalmente entre los 45 y los 55 anos de edad) durante el cual se suspende el ciclo menstrual recurrente en las mujeres. Menstruación. Eliminación mensual de sangre y recubrimiento uterino degenerado que ocurre en la mujer; marca el inicio de cada ciclo menstrual. Mesófilo. Células fotosintéticas del interior de la hoja. Metabolismo. Suma de todos los procesos físicos y químicos mediante los cuales se produce y mantiene la sustancia viva organizada; transformaciones mediante las cuales el organismo pone a su disposición energía y materia. Metafase. Fase intermedia de la mitosis y la meiosis, durante la cual los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial. Metamorfosis. Transición abrupta de un estadio del desarrollo a otro, por ejemplo, de la larva al adulto. Micelio. Cuerpo de los hongos y ciertos protistas (oomicetos); consta de una maraña de ramificada de hifas. Micorrizas. Asociaciones mutualistas de hongos y raíces de plantas que facilitan la absorción de nutrientes. Microcefalia. Cráneo pequeño hipodesarrollado por alteraciones genéticas. Microftalmia. Fisuras palpebrales pequeñas y opacidad de la cornea Micrognatia. Maxilar inferior pequeño por hipodesarrollo. Mimetismo. Adaptación de supervivencia en la que un organismo adopta la forma de otro ser vivo u objeto inanimado. Miosina. Proteína que, junto con la actina, se encarga de la contracción muscular. Miosina: Proteína constituyente de partes de los filamentos del músculo estriado. Mitocondrias Organelos intracelulares esféricos o alargados que contienen el sistema de transporte de electrones y ciertas enzimas; es el sitio donde ocurre la
fosforilación oxidativa. En ocasiones se dice que son las plantas de energía de la célula. Mitosis. División del núcleo celular que tiene por resultado la distribución de un juego completo de cromosomas o cada célula hija; la citocinesis (divisón real de la célula) ocurre por lo general durante la telofase mitótica. La mitosis tiene cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Molécula. Partícula más pequeña de un compuesto o elemento poli atómico que mantiene la composición y las propiedades de una fracción mas grande de la sustancia. Monera. Los microorganismos procarióticos más sencillos, las bacterias y cianobacterias; formas que carecen de núcleos o plastidios verdaderos y en las que la reproducción sexual es raro o nula. Monómero. Molécula simple de un compuesto, de peso molecular relativamente bajo, y que puede ligarse a otras para integrar un polímero. Monosacárido. Sacárido que no puede ser degradado por hidrólisis a un azúcar más sencillo. Monosomia. Existencia de un solo cromosoma homologo o perdida segmento de un cromosoma homologo.
de un
Mutación. Cambio en los pares de nucleótidos de un gen, o reordenamiento de los genes dentro del cromosoma de modo que sus interacciones producen diferentes efectos; cambio en los cromosomas. Mutación de punto . Mutación que consiste en el cambio de un solo nucleótido del DNA Mutación del corrimiento del marco . Mutación resultante de la inserción o eliminación de nucleótidos del DNA en números diferentes de tres o sus múltiplos, lo que traduce en una alteración por corrimiento del marco de lectura, de modo que cambian todos los codones subsecuentes.
Mutación sin sentido . Mutación que tiene por resultado la sustitución de un Codón codificador normal por otro de terminación. Cuando se traduce el mRNA anormal, la proteína resultante queda trunca y carece de función. Mutágeno. Cualquier agente que provoque mutación en un gen. Mutualismo. Asociación en la que dos organismos de diferentes especies se benefician mutuamente hasta el punto en que en algunos casos no pueden sobrevivir por separado. NADP: Fosfato del dinucleótido de nicotinamida y adenina, coenzima que transporta hidrógeno y, por tanto, electrones durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis. Nivel trófico. Posición de un organismo en la cadena trófica respecto a los productores primarios de la comunidad. No disyunción. Segregación anormal de los cromosomas homólogos o las cromátidas hermanas como resultado de su incapacidad para desligarse (separarse) adecuadamente durante la división celular. Núcleo. 1).- Porción del átomo que contiene los protones y los neutrones, 2).Organelo que contiene DNA y funciona como centro de control de la célula, 3).Masa de somas neuronales en el sistema nervioso central. Nucleoplasma: Líquido nuclear formado por proteínas, enzimas y ARN en solución. Nucleosoma. Unidad repetitiva de cromatina formada por un segmento de DNA enrollado en torno a un complejo de ocho moléculas histónicas (un par de cada uno de cuatro tipos) más una región de enlace asociado con una quinta proteína histónica. Nucleótido. Molécula formada por un grupo fosfato, una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (purina o pirimidina); una de las subunidades resultantes del rompimiento de los ácidos nucleicos por acción de nucleasas.
Nutrientes. Sustancias químicas alimenticias que el cuerpo utiliza como combustible y como materia prima para la síntesis de sus propias sustancias. Oocito primario: Células que se dividen en la meiosis I para producir el oocito secundario y el primer cuerpo polar. Oocito secundario: Célula que atraviesa por la meiosis II para producir el ovótide y un segundo cuerpo polar. Organelo. Estructura especializada del interior de la célula, como las mitocondrias, ribosomas o las vacuolas contráctiles. Órgano. Parte diferenciada del cuerpo que consta de tejidos y está adaptada para realizar una función o grupo de funciones determinadas, por ejemplo, el hígado o corazón. Ósmosis. Difusión de agua (el principal disolvente en los sistemas biológicos), a través de una membrana selectivamente permeable, desde una región de concentración alta hacia otra de concentración baja de agua. Ovario. 1).- En los animales, cada una de las gónadas femeninas pares; se encarga de producir óvulos y hormonas sexuales; 2).- En las fanerógamas, base del carpelo, que contiene los óvulos. Los ovarios se convierten en frutos después de la fecundación. Ovogamia. Fecundación de un gameto femenino voluminoso e inmóvil por un pequeño gameto masculino móvil. Ovogénesis. Producción de gametos femeninos. (óvulos) Ovogonia. Célula primordial de la que surge el óvulo; crece para convertirse en el ovocito primario. Ovovivíparo. Animal cuyas crías, a pesar de madurar dentro de huevos, eclosionan mientras los huevos pasan a través de las vías uterinas de la madre, de modo que son paridas vivas. Oxidación: Reacción química de donde se extraen electrones de un elemento.
Parasitismo. Relación íntima entre dos organismos de diferentes especies en la cual uno se beneficia y el otro sufre daño. Partenogénesis. Desarrollo de un organismo adulto a partir de un óvulo no fecundado; común entre las abejas, las avispas y otros artrópodos. Peptidoglicano. Proteína o péptido modificado por fijación de un carbohidrato. Phylum Grupo taxonómico de clases similares y emparentadas; categoría inmediata por debajo del reino y por arriba de la clase. Para la clasificación de animales se usan Pila; para las plantas se usan divisiones. Pinzones. Ave pequeña de pico y plumaje muy variado. Placa celular. Pared celular en formación, que separa las dos células hijas resultantes de la mitosis en los vegetales. Plancton. Organismos acuáticos flotantes, sobre todo microscópicos, presentes en las capas superiores del agua; consta del fitoplancton, formados por organismos fotosintéticos, y del zooplancton, que son organismos heterótrofos. Polen. Masa de microsporas de la planta con semilla, las cuales producen núcleos haploides capaces de realizar la fecundación. Polirribosoma: Dos o más ribosomas juntos con una molécula de ARNm a la cual traducen simultáneamente; polisoma. Pool génico. También conocido como poza génica. Poza génica. Todos los genes presentes en una población. Procarionte. Organismo que carece de núcleo y de otros organelos rodeados por membranas; bacterias y cianobacterias. Productores. Organismo, como las plantas, que producen sustancias alimenticias inorgánicas simples. Profase. Primera etapa de la mitosis, durante la cual se condensan los filamentos de cromatina, se vuelven visibles los cromosomas y se forma el huso mitótico.
Proteína que forma parte de los filamentos en el músculo estriado. Pseudópodo: Extensión móvil del protoplasma que proporciona movimiento o medios para atrapar alimento en organismos unicelulares. Queratina. Proteína córnea, insoluble en agua, presente en la epidermis, uñas, plumas, pelo y cuernos de los vertebrados. Quimera. Organismo individual cuyo cuerpo está formado por una mezcla de células provenientes de diferentes cigotos. Quimioautótrofos. Organismos autótrofos que dependen de la energía de compuestos químicos pre-existentes en su medio en vez de utilizar la energía del sol. Quitina. Polisacárido proteínico córneo, insoluble, que integra el exoesqueleto de los artrópodos y las paredes celulares de muchos hongos. Radiación adaptativa. Evolución de varias o muchas especies a partir de un ancestro no especializado. Radícula. Raíz embrionaria de una planta con semilla. Rádula. Estructura en forma de lima presente en el aparato bucal de quitones, caracoles, calamares y otros moluscos. Raíz principal. Sistema radicular de las plantas que tienen una raíz pricipal, de la cual se desprenden pequeñas raicillas. Reación inmune. Producción de anticuerpos o linfocitos T en respuesta a antígenos. Receptáculo. En botánica, el extremo del pedúnculo de la flor, en el cual se fijan las partes florales. Recesividad. Estado de latencia de genes cuando existen genes dominantes en heterocigotos, estos genes quedan ocultos y no se expresan en el fenotipo.
Red trófica. Relaciones tróficas completas que ocurren en una comunidad de organismos. Reinos. Categoría taxonómica más amplia en uso común. Resistencia ambiental. Suma de factores físicos y biológicos que impiden que una especie se reproduzca a su máxima velocidad. Respiración. 1).- R. Celular, es el proceso mediante el cual las células utilizan oxígeno, producen dióxido de carbono y convierten la energía de las moléculas alimenticias en formas biológicamente útiles como el ATP; 2).- respiración organísmica, es el acto o la función de intercambio gaseoso. Retículo. Red de fibras o filamentos, sea dentro de una célula o en la matriz intercelular. Retrovirus. RNA virus que produce un DNA intermediario en su célula hospedera. Rodófitas. División de las algas rojas que en su inmensa mayoría habitan en los océanos. Saco embrionario. Generación gametofítica femenina de las angiospermas. Selección artificial. Selección de caracteres deseables de plantas y animales, efectuada por el ser humano cruzando solo los individuos que poseen dichos caracteres. Semilla. Estructura reproductiva de las plantas formada por un embrión pluricelular y sus tejidos nutritivos (alimento). Sépalos. Partes mas externas de una flor, generalmente de aspecto foliáceo, que la protegen cuando es botón. Sésiles. Dícese de cualquier órgano o parte orgánica que carece de pie o soporte. Organismo que carece de movilidad. Seudoplasmodio. Conjunto de células destinado a la reproducción en los mixomicetos.
Seudópodo. Extensión temporal de una célula ameboide que le sirve para alimentarse y desplazarse de un lado a otro.
e llos viven juntos y Simbiosis: Asociación de organismos en la cual dos o más de ellos dependen mutuamente. Síndrome. Conjunto de signos y síntomas que se presentan juntos y representan una enfermedad en particular. Sistemática. Rama de la ciencia dedicada a nombrar, describir y clasificar los organismos. Soluto. Sustancia disuelta en un disolvente. Sostén. Estructura de fijación a superficies sólidas presente en las algas pluricelulares. Suero. Líquido amarillo transparente que se separa al coagular la sangre. Sustrato. Sustancia sobre la cual actua una enzima; reactivo de una reacción catalizada por enzimas. Talo. Cuerpo de los hongos o las plantas no vasculares que carece de raíces, tallos u hojas; por ejemplo, los talos de hepáticas y musgos. Tétrada: Estructura que forman las cuatro cromátidas resultantes de la división de los dos cromosomas homólogos. Tetrápodos. Vertebrados con cuatro extremidades; anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Tilacoides. Pilas de sacos membranosos aplanados que se aprecian en el interior del cloroplasto y dentro de los cauales la energía lumínica se convierte en el ATP y NADPH usados para la síntesis de carbohidratos. Traducción. Conversión de la información del RNAm en una secuencia específica de aminoácidos durante la síntesis de una cadena polipetídica; la información contenida en el RNAm es traducida en cierto tipo de proteína.
Transcripción. Síntesis de RNA a partir de un molde de DNA.
Transducción. Transferencia de un fragmento genético de una célula a otra; por ejemplo de una bacteria a otra mediante un virus. Transductores. Mecanismos que reciben energía en cierta forma y la emiten en otra diferente; por ejemplo la conversión de energía lumínica en energía química. Los órganos de los sentidos son transductores.
Transformación. 1).- Incorporación de material genético en una célula, lo que cambia su fenotipo; 2).- Conversión de una célula normal a una maligna. Traqueidas. Celulas conductoras de agua del xilema de las plantas. Traqueofíta. Planta vascular dotada de xilema y floema. Traslocación. 1).- movimiento de materiales (agua, minerales o alimentos disueltos) a través de los tejidos vasculares de las plantas; 2).- anormalidad cromosómica en la que parte de un cromosoma se unió a otro cromosoma. Tricocisto. Organelo celular presente en ciertos protozoarios ciliados, como Paramecium, el cual dispersa un filamento que les ayuda a capturar e inmovilizar sus presas. Tricomona. Vellosidad u otro apéndice filiforme de la epidermis de las plantas. Triplete. Secuencia de tres nucleótidos que funciona como unidad básica de información genética; generalmente codifica la identidad y posición de cierto residuo de aminoácido en un polipéptido. Trisomía. Condición anormal en la que un cromosoma está presente por triplicado en vez de por duplicado. Tropismo. Respuesta de crecimiento de las plantas evocada por un estímulo externo. Tubérculos. Tallos subterráneos voluminosos adaptados para almacenar alimentos; se observa en plantas como la papa.
Tubulina. Dímeros proteínicos que integran los microtúbulos de las células. Túbulo de Malpighi. Órgano excretorio de muchos artrópodos. Trófico. Relacionado con procesos alimenticios. Turgencia: Presión ejercida sobre el interior de la pared celular de una planta por el contenido líquido de la célula; el interior de la célula es hipertónico en relación con los líquidos que la rodean y entonces recibe más agua por ósmosis. Vacuna. Antígeno comercial contra una enfermedad, cuya fuerza basta para estimular la síntesis de anticuerpos en el organismo, pero no es suficiente para ocasionar los efectos de la enfermedad. Vasos de xilema. Célula conductora de agua del xilema de las plantas. Vertebrados. Cordados que poseen columna vertebral ósea o cartilaginosa; peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Verticilio. Disposición de varias partes idénticas en las plantas, por ejemplo, pétalos, entorno a un centro común. Vesícula. Saco pequeño, sobretodo un pequeño compartimiento citoplasmático delimitado por una membrana. Vestigial. Rudimentario; resto evolutivo de una estructura antes funcional. Xantofila. Pigmento amarillo a café en las plantas. Xilema. Tejido vascular que conduce agua y minerales disueltos en ciertas plantas. Yema. Brote no desarrollado que puede convertirse en flores, tallos u hojas. Las yemas pueden ser terminales (punta de un tallo) o laterales (costados del tallo). Zarcillo. Hoja o tallo modificado para afianzarse a objetos. Zooplancton. Organismos no fotosintéticos presentes en el plancton. Zoospora. Espora flagelada móvil que se forma de modo asexual.
BIBLIOGRAFÍA
Alexander, P. et. al. Biología. New Jersey: Prentice Hall, 1992. Audesirk, T. y G. Audesirk.. Biología. La vida en la tierra. México: Prentice Hall Hispanoamericana, 1996. Biggs, A. et. al. Biología. México: Mc Graw – Hill, 1999. Cervantes, M. Hernández. M. Biología General. México: Cultural, 1999.
Ed. Publicaciones
Curtis, Helena. Biología. Médica Panamericana. México. 1999. Chamorro, M. Biología I. Nueva Imagen. México. 1996. Espinosa, M. G. Aguilar. Aguilar. G. Arteaga A. Espino F. Morales M. L. Rivas. E. L. Vizcarra. M. G. Biología 2 Ed.. Mc Graw -Hill / Interamericana. México. 1999. Freíd, George H. Biología, Mc. Graw – Hill. México. 1994. Funes, Luis Ignacio. Geografía general para bachillerato. México: Limusa, 1994. Gama, Fuertes. M. de los Ángeles. Biología I y II..México: Ed. Prentice Hall, 1998.
Gideon, E. Principios de biología enfoque humano. México: Limusa. Noriega. Editores, 1997. Griffiths, A, et. al. Genética, Interamericana. Mc Graw – Hill. España, 1995. Gutiérrez, Saenz Raúl. Introducción al Método Científico. México: Ed. Esfinge, 1993 Hickman, C. et. al. Zoología. Mc Graw–Hill. España:Interamericana, 1999. J.Avers. Charlotte. Biologìa Celular. Editorial Iberoamericano, 1991.
Belmont California
EE.UU: Grupo
Junqueira. C. Biología celular y molecular. Chile: Mc Graw-Hill. Interamericana, 1997. Klug,, W. y M. R.. Cummings. Genética. España: Prentice Hall, 1998. Kruif, Paul.. Los cazadores de microbios. México: Ed. Diana, 1961. Lazcano,Araujo. A.. El origen de la vida. México: Trillas, 1994. Lomeli, Radillo. G. Biología I. 1998.
México: Ed. Mc Graw Hill / Interamericana,
M. Savage J. Evolución Ed. Continental: México 1987. Marques, Monter H. Principios de Genética Humana. México: Ed. La Prensa Medica Mexicana, 1992. Nasson, A. Biología. México: Ed. Limusa, 1994. Ondarza, N. Raúl Biología Moderna, México: Ed. Trillas, 1996. Otto, J.H. Towle A.. Biología Moderna, Ed. México 1989. Paniagua, R.. Citología e histología vegetal y animal, España: Mc Graw–Hill. Interamericana, 1998.
Puertas, M. J. Fundamentos de Genética. España: Ed… Mc Graw-Hill. Quer, P. Front. Diccionario de Botánica. 1979.
España: Ed. Labor S.A. Barcelona,
Robertis, E. D. de Robertis. E. M. Biología celular y molecular. Argentina: El Ateneo, 1998. Smallwood, W. Edna G. Biología, México: Publicaciones culturales, 1980. Smith, C.A. Wood E.J., Biología celular, Addison – Wesley. Estados Unidos: Iberoamericana, 1997. Vázques, Conde. Rosalino. Biología I y II, 1998.
México: publicaciones culturales,
Ville, Claude A. Biología, México: Mc Graw-Hill, 1997. Wallace, A. Roberts. Biología.El mundo de la vida. México: Ed. Harla, 1992. Williams, Obstetricia. México: Editorial Salvat, 1976 Young, Medina M.A. Biología II. Compañía Editorial Nueva Imagen. Brauer, Dieter. Revista D+C Desarrollo y Cooperación. No. 4. Fundación Alemana para el Desarrollo Internacional. 1984. Garay, Andrés. La alimentación en los tiempos de crisis. Revista. Cuadernos de Nutrición No.1. Vol. 14. México. 1991. La bomba y sus hombres. Revista ICYT No. 143. Vol. 10. CONACYT. Ángel L. J. Agosto. México. 1998. Olea, Franco A. Oparin y el Origen de la Vida. Revista Ciencia y Desarrollo No.78. Año III Enero-Febrero. México. 1998. Pérez, G. Marck E. Nuestro futuro común. Revista de la Fundación Friedrich Ebert. México.
UNAM.. Guía de estudios de Biología, Colegio de Ciencias y Humanidades “Plantel Naucalpan” Área de ciencias experimentales. México. 1997. Universidad Autónoma del Estado de México. Biología. México. 2000.
