Biología y Geología
4
eso
Santillana
Guía y recursos
Índice TAREAS
UNIDAD
Nuestro planeta cambiante 1. El modelado del relieve terrestre
PANORAMA: El relieve y los procesos que lo modelan
¿Cómo se ha formado el paisaje actual?
La meteorización y el suelo
Los procesos fluviotorrenciales
PANORAMA: Investigando lo inaccesible
La lito litosf sfer eraa se se mue mueve ve
¿Por ¿Por qué qué se se mue mueve ven n las placas?
Terremotos y volcanes
PANORAMA: Reconstruir el pasado de la Tierra
El Precámbrico
El Paleozoico
El Mesozoico
Página 8
2. Dinámica interna de la Tierra
Página 32
3. Historia de la Tierra y de la vida Página 50
Las bases de la Biología 4. La célula
Página 70
5. La herencia
PANORAMA: La célula. Unidad estructural y funcional de la vida
Anat Anatom omía ía de la célu célula la
La nutr nutric ició ión n cel celul ular ar.. Metabolismo
La reproducción celular. Mitosis y meiosis
PANORAMA: Conceptos básicos de Genética
¿Qué ¿Qué inve investi stigó gó Mendel? Mendel? ¿Dónde ¿Dónde están están los factores hereditarios?
La transmisión de los caracteres en el ser humano
PANORAMA: ¿Por qué sabemos que los seres vivos evolucionan?
Teorías sobre la evolución. Teoría de Lamarck
El neodarwinismo y la teoría sintética
Página 88
6. Evolución
Página 106
La teoría de DarwinWallace
Cómo funciona la naturaleza 7. Biomas y ecosistemas
PANORAMA: Biomas y ecosistemas
¿Cómo condiciona el ambiente a los seres vivos?
Los ecosistemas y su composición; los biomas
Los cambios en los ecosistemas
PANORAMA: Integración del ecosistema
La Cibernética en la Ecología
Las agrupaciones interespecíficas (I)
Las agrupaciones interespecíficas (II)
PANORAMA: Materia en ciclos, energía en flujos
Materia y energía en las reacciones químicas de los seres vivos
Los intercambios de materia entre biotopo y biocenosis
Los ciclos ecológicos de la materia
Página 124
8. Interacciones en los ecosistemas
Página 140
9. Ciclos y flujos en los ecosistemas
Página 158
2
Guía y recursos TEMAS TRANSVERSALES
Los procesos marinos. El modelado litoral
Los procesos eólicos y bióticos
La formación de las cordilleras
Estructuras tectónicas: pliegues y fallas
Modelado kárstico y modelado glaciar
Sistemas morfoclimáticos
Salvar el delta del Ebro
Los volcanes en España
El Cenozoico
¿Una nueva gran extinción?
Las funciones de relación en la célula
Los virus
¿Qué son las mutaciones?
Aplicaciones de la Genética
¿Cómo se originan las especies?
El problema de la evolución en la sociedad
Desarrollo sostenible y protección del medio ambiente
Las interacciones entre organismos de una especie
¿Qué hacer con los residuos?
El flujo de energía
Sólo pueden usarse los excedentes naturales
3
I Nuestro planeta cambiante Un río se abre paso hacia el mar
Paisajes similares al de esta fotografía aparecen en muchos lugares de nuestro planeta. Se trata de los últimos metros en el recorrido de un río, donde sus aguas se mezclan con las del mar. Pero los ríos no son sólo simples corrientes de agua. También son importantes agentes transformadores del relieve.
CLAVES DE LOS TEMAS DEL BLOQUE TEMA 1. El modelado del relieve terrestre
TEMA 2. Dinámica interna de la Tierra
La construcción del relieve terrestre se debe a la actuación conjunta de procesos internos y externos. Los primeros son los que configuran los grandes bloques del paisaje. Los segundos, los que los modelan, los alteran y modifican. El paisaje, tal y como hoy podemos apreciarlo, no siempre ha sido el mismo.
El interior de nuestro planeta se encuentra a muy alta temperatura. Su capa más externa, la litosfera, se encuentra fragmentada en grandes placas que se mueven, colisionando y separándose. Estos hechos causan numerosas manifestaciones externas.
El modelado del relieve es un largo proceso debido a la actuación de diversos agentes. Los procesos fluviotorrenciales, eólicos, bióticos, glaciares y kársticos han dado lugar a multitud de paisajes distintos.
Nuestro planeta ha cambiado mucho desde su formación, hace unos 5.000 millones de años, hasta la actualidad. Algunos de los cambios más notables son los referentes a la flora y fauna de los distintos períodos geológicos.
6
TEMA 3. Historia de la Tierra y de la vida
¿QUÉ SABES YA? 1. Recuerda y responde: a) ¿Qué es el relieve? ¿Por qué decimos que el relieve cambia por la acción de numerosos agentes? b) ¿Qué es una cordillera? ¿Han existido las grandes cordilleras de nuestro planeta desde su formación? c) ¿Qué es un terremoto? ¿Qué es un volcán?
2. Lee el texto inicial y responde: a) Aparte del agua, ¿qué otros materiales llevan los ríos hasta el mar? ¿Qué sucede con esos materiales? b) ¿Cómo actúan los ríos sobre las rocas en el curso alto? ¿Cómo se llama esta actuación? El gigante dormido
En la imagen, el cráter de un volcán que se encuentra extinguido o en período de reposo. Los volcanes son una de las muchas manifestaciones externas de la energía del interior de nuestro planeta. Los muchos volcanes activos que hay en la Tierra expulsan materiales procedentes del interior: lava, bombas volcánicas, cenizas, gases... Los volcanes no se encuentran en todas partes. Cuando estudiemos la estructura de la litosfera terrestre veremos cómo hay zonas con mucho mayor riesgo volcánico y sísmico. Esto nos lleva a pensar que, en dichas zonas, sucede «algo» que no ocurre en otros lugares más estables.
c) ¿Qué es un valle? ¿Qué forma tienen los valles de los ríos? ¿Son iguales en el curso alto y en el curso bajo de los ríos?
ANALIZA UN EJEMPLO 3. Observa la fotografía del volcán y responde: a) ¿Qué es el cráter de un volcán? b) ¿De dónde procede la lava que sale de los volcanes durante las erupciones?
SABER HACER
c) ¿Por qué decimos que los volcanes son manifestaciones de la dinámica interna de nuestro planeta?
Al finalizar el estudio del bloque habrás adquirido las siguientes capacidades: • Identificar en el entorno evidencias de los cambios que se producen en nuestro planeta. • Describir la acción geológica de algunos de los agentes externos más importantes. • Explicar la distribución de los fenómenos volcánicos y sísmicos en nuestro planeta. • Predecir dónde estarán los actuales continentes en el futuro, y cuál será su forma aproximada. • Reconocer algunos fósiles importantes. • Describir cómo era la Tierra en el pasado.
7
d) ¿En qué estado físico se encuentran las rocas de la corteza terrestre? ¿Y las del manto? e) En muchas regiones de la Tierra coinciden las manifestaciones volcánicas con frecuentes movimientos sísmicos. ¿Crees que están relacionados los fenómenos sísmicos y los volcánicos? ¿Qué tienen de especial esas regiones para que sean tan activas volcánica y sísmicamente?
01 El modelado del relieve terrestre
Contenidos
EXPRESA LO QUE SABES
1. PANORAMA: El relieve y los procesos que lo moldean. 2. ¿Cómo se ha formado el paisaje actual? 3. La meteorización y el suelo. 4. Los procesos fluviotorrenciales. 5. Los procesos marinos. El modelado litoral. 6. Los procesos eólicos y bióticos. 7. Modelado kárstico y modelado glaciar. 8. Sistemas morfoclimáticos.
1. Observa las fotografías y responde a las preguntas. • ¿Qué se puede apreciar en estas fotografías? ¿En qué se diferencian los dos paisajes? • Estos paisajes, ¿por qué tienen esas formas y no otras? ¿Cuáles son los factores que han actuado para que esos dos lugares tengan actualmente este aspecto? • ¿En cuál de los dos lugares puede tener más importancia la acción del viento como agente modelador del paisaje? ¿Por qué? 2. Indica cuáles de las siguientes palabras están relacionadas, de alguna manera, con el paisaje y su modelado. • • • • • • • • •
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • Salvar el delta del Ebro
8
Sedimentación. Transporte. Meteorización. Seres vivos. Olas. Aguas salvajes. Dunas. Cárcavas. Cordón litoral.
• • • • • • • • •
Excavación. Viento. Erosión. Mares. Ríos. Torrentes. Loess. Albufera. Playas.
¿QUÉ DEBES SABER? 3. La acción geológica de los ríos, el mar y el viento
Conceptos previos de Geología
La acción de los ríos, del mar, del viento y la de otros agentes hace que el paisaje cambie.
1. La estructura de la Tierra Recuerda que nuestro planeta está formado por tres capas que, de la superficie de la Tierra al centro, son: la corteza, el manto y el núcleo.
A lo largo de centenares y de miles de años, estos agentes actúan sobre las rocas preexistentes y las fragmentan, arrancando pequeños fragmentos y transportándolos a otros lugares, donde se acumulan. El resultado de esta acción es el cambio gradual del paisaje, y la aparición de unas formas geológicas características.
La corteza y la parte superior del manto, que está en contacto con la anterior, forman la litosfera. Corteza Litosfera: 75 km
La acción geológica de estos agentes comprende tres procesos: la erosión, el transporte y la sedimentación.
F G
F
Manto: 2.900 km G F
Núcleo
G
F
m k 1 7 3 . 6 : e r t s e r r e t
Conceptos previos de Física y Química
o i d a R
1. La dilatación anómala del agua Al contrario que otras sustancias, cuando el agua se congela aumenta de volumen. Este hecho tiene una gran importancia en muchos procesos. Desde el punto de vista de los cambios que se producen en el paisaje, nos interesa porque, como veremos más adelante, puede causar la fragmentación de las rocas.
G
2. Las rocas y los minerales Las rocas son los componentes básicos de la corteza terrestre. Están formadas por un solo mineral o por varios.
2. Los precipitados Decimos que el soluto de una disolución ha precipitado cuando se vuelve sólido y se deposita. Esto sucede, por ejemplo, cuando en una disolución acuosa tiene lugar una reacción química y, como resultado, se forma un compuesto que no se puede disolver en agua: aparece una nueva sustancia que forma lo que se llama un precipitado.
Los minerales se diferencian de las rocas porque, mientras que la composición química de éstas es variable (dentro de ciertos márgenes), la composición de los minerales es siempre la misma, sea cual sea el lugar de la Tierra del cual provienen.
PIENSA Y RESPONDE • La muestra de la fotografía corresponde a la pirita. Sabemos que la pirita está formada por una sustancia denominada sulfuro de hierro. Cuando examinamos muestras de pirita procedentes de lugares distintos, comprobamos que todas están formadas por ese compuesto. Entonces, ¿se trata de un mineral o de una roca?
Formación de un precipitado. Tras una reacción química, en la disolución aparece un compuesto no soluble.
9
TAREA 1.1: PANORAMA
El relieve y los procesos que lo modelan 1. Concepto de relieve Llamamos relieve a las rugosidades y deformaciones presentes en la corteza terrestre. Forman parte del relieve las grandes estructuras geológicas, como las cordilleras, y también formaciones que son pequeñas a escala planetaria, como las playas y los acantilados. Las diferencias en el relieve de las distintas zonas de la Tierra se deben a numerosos factores. Estos factores del modelado del relieve son los siguientes: • Factores litológicos: se refieren a las rocas que forman el terreno en un lugar concreto. Las características de las rocas influyen en las formas del relieve del lugar: así, por ejemplo, las rocas muy blandas, fácilmente erosionables, dan lugar a relieves suaves, mientras que las duras suelen originar relieves más agrestes, en los que predominan las formas angulosas.
Las formas actuales del relieve se deben a la interacción de factores litológicos, estructurales, dinámicos, climáticos y antrópicos.
• Factores estructurales: las estructuras geológicas iniciales de una zona influyen también en el modelado del relieve. Así, por ejemplo, en una costa alta se pueden formar acantilados por la erosión debida a la acción de las olas, mientras que en una costa baja aparecen formas como las playas, los cordones litorales, etc., asociadas a la sedimentación. En el caso de los ríos, la fuerte pendiente de las montañas hace que la corriente sea fuerte, con lo que su poder erosivo es mayor. En cambio, en zonas más llanas, las pendientes suaves hacen que la corriente sea menos intensa, predominando entonces el transporte y la sedimentación.
• Factores antrópicos: relacionados con la acción humana. Esta acción no es demasiado intensa si la comparamos con otros factores, pero puede producir cambios importantes a nivel local. Un ejemplo es la voladura de partes de montañas para la construcción de carreteras, o la creación de embalses. Ambas acciones tienen un efecto a medio plazo sobre el relieve, pues alteran la actuación de los otros agentes externos.
2. Los cambios en el relieve terrestre y la energía
• Factores dinámicos: son los que están relacionados con los procesos que construyen el paisa je. El resultado de la actuación de los diversos agentes externos (ríos, mares, viento, etc.) e internos da lugar a paisajes diferentes.
Ya sabemos que los procesos geológicos que modifican la superficie terrestre se suelen denominar internos o externos. Esta diferenciación no se basa en el hecho de que afecten al interior o al exterior de las capas rocosas del planeta, sino en la localización de las fuentes de energía que producen los cambios.
• Factores climáticos: las diferentes condiciones climáticas influyen también poderosamente en el relieve. De ahí que existan muchas diferencias entre el relieve típico de las zonas desérticas y el de las zonas templadas. Esto se debe a que, en cada tipo de clima, actúan con más intensidad unos u otros agentes externos modeladores del relieve: así, por ejemplo, en el desierto es mucho más importante la acción del viento que la del agua, y esto da lugar a relieves característicos.
Los procesos internos se desencadenan, básicamente, a causa de la energía interna almacenada en el interior del planeta. Los procesos externos tienen su origen en una distribución desigual de la energía solar sobre la superficie terrestre. En ambos casos los procesos están sometidos a la influencia del campo gravitatorio de la Tierra. 10
3. Los procesos geológicos que modifican la superficie terrestre
Procesos externos. La interacción de la parte rocosa del planeta con la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera produce continuas transformaciones de la superficie terrestre, mediante la meteorización, la erosión, el transporte y la sedimentación de los materiales. Por su acción transformadora, estos procesos se suelen considerar destructores de las formas preexistentes en el relieve.
Procesos internos. La dinámica interna de la Tierra aporta de manera intermitente nuevos materiales a la corteza terrestre o deforma los preexistentes. Se manifiesta, principalmente, por la actividad volcánica, la actividad sísmica y la actividad tectónica. Estos procesos se suelen considerar constructores, ya que dan origen a las grandes estructuras geológicas del planeta, como las cordilleras.
LOS PROCESOS INTERNOS Actividad
Volcánica
ACTIVIDADES
Procesos que lleva a cabo Permite la salida directa de materiales magmáticos al exterior de la corteza terrestre. Los magmas son masas de rocas fundidas, muy ricas en gases, que se encuentran a temperaturas entre los 700 y los 1.200 °C. La erupción de un volcán es la culminación de un lento proceso de formación y ascenso de un magma desde la base de la corteza o del manto superior, y es la prueba más evidente de actividad volcánica. De la misma manera, también se denominan volcanes los materiales geológicos que testimonian la existencia de antiguas erupciones.
Sísmica
Se debe al hecho de que en determinadas zonas de la corteza terrestre se producen tensiones o fricciones entre conjuntos rocosos rígidos. Cuando la energía acumulada durante un tiempo determinado se libera de manera instantánea, se produce un terremoto. Las ondas sísmicas transmiten esta energía elástica a través del planeta y pueden deformar los materiales existentes.
Tectónica
Determina que la parte externa de la Tierra está continuamente sometida a un lento movimiento que desplaza los conjuntos rocosos. Grandes fragmentos, llamados placas tectónicas, que forman la litosfera, se mueven separándose, acercándose o rozándose lateralmente. La evolución de estas placas a lo largo de la historia de la Tierra permite explicar, entre otros fenómenos, la formación de los océanos, la movil idad de los continentes o la aparición de algunas cordilleras. En los límites entre las placas tectónicas se localiza la mayor parte de la actividad sísmica y volcánica del planeta.
11
Recordar 1. Haz un cuadro que resuma los principales factores que influyen en el modelado del relieve. Incluye los ejemplos que se citan en el texto.
Explicar 2. Responde a las preguntas. • ¿Por qué, en la Luna, los procesos externos son casi inapreciables? • ¿Por qué denominamos destructores a los procesos externos y constructores a los internos, si ambos tipos de procesos geológicos pueden destruir y construir? • ¿Por qué puede tener influencia en el relieve la creación de un embalse? ¿Qué sucede con el río embalsado? • ¿Cómo influyen en el modelado del paisaje los terremotos y las erupciones volcánicas?
TAREA 1.2
¿Cómo se ha formado el paisaje actual? 3. Los agentes y los flujos de energía
OBSERVACIÓN
1. Un valle de alta montaña
Los procesos externos necesitan unos agentes y unas fuentes de energía para poder actuar.
Observa esta fotografía y responde a las preguntas que se plantean a continuación.
Un agente externo es un cuerpo material capaz de producir cambios sobre los materiales geológicos como consecuencia de una entrada de energía. Los agentes geológicos externos más activos son el agua, en todos sus estados (hielo, líquido y vapor) y el aire; pero tampoco podemos dejar de lado la acción constructiva y destructiva de los seres vivos (y del ser humano). Los agentes por sí mismos, como elementos estáticos, no podrían producir transformaciones importantes. Hace falta «que actúen». Su dinamismo se debe a las modificaciones que experimentan cuando reciben o pierden energía. La principal fuente de energía que alimenta los cambios externos de la Tierra es la radiación solar, que actúa sobre la atmósfera y la hidrosfera. Con una influencia menor, también puede producir cambios la fuerza de la atracción gravitatoria de la Luna y del Sol, por medio de las mareas.
• El paisaje de este valle, ¿siempre ha tenido el mismo aspecto o ha cambiado a lo largo de los siglos? ¿Por qué? • ¿Cuáles pueden haber sido los procesos responsables de la forma que tiene el valle actualmente? • ¿Qué otros ejemplos conoces de formas del relieve que hayan sido modeladas por procesos externos?
Por otra parte, la gravedad es muy importante. El campo gravitatorio de la Tierra hace que los objetos tiendan a desplazarse continuamente desde posiciones elevadas a posiciones más bajas. El aire frío baja por los valles desde las cimas, los ríos fluyen desde el nacimiento hasta la desembocadura, las piedras caen desde las cimas de las montañas hasta los fondos marinos, etc.
2. El modelado del paisaje Las montañas, los valles, los acantilados y las playas que podemos ver en algunos lugares de nuestro planeta no siempre han tenido el aspecto con el que les vemos hoy en día. También serán diferentes dentro de diez, cien, mil o un millón de años. De manera similar al proceso de construcción de un edificio que no terminase nunca, podríamos imaginar que los procesos internos son los principales responsables de los grandes rasgos de la arquitectura del paisaje. Ayudan a situar los cimientos, los pilares, los «bloques en bruto» de los grandes conjuntos rocosos. Los procesos externos son los que modifican estas piezas y modelan el relieve, en una actuación constante desde el origen de la Tierra.
Cascada. ¿A qué es debido el movimiento del agua de los ríos?
12
4. Los procesos, los factores y las formas
Agentes geológicos Aire, agua, hielo, seres vivos externos
Se llaman procesos el conjunto de fenómenos, estados y formas que resultan de la acción geológica de los distintos agentes. Los procesos se suelen agrupar en función del agente principal que los produce. Así, hablamos de procesos eólicos, cuando los origina el movimiento del aire (el viento); fluviotorrenciales, cuando son el resultado de la acción de las aguas dulces sobre los continentes; marinos, cuando son producidos por la acción de las aguas de mares y océanos sobre las costas; glaciares, cuando derivan de la acción de las grandes masas de hielo; bióticos, cuando los causan los seres vivos; y antrópicos, si son el resultado de la actividad humana.
energía ϩ gravedad ϩ I
Procesos geológicos Eólicos, fluviotorrenciales, marinos, glaciares, externos bióticos... Factores condicionadores I
Formas del relieve
De acumulación y de erosión
Esquema de la actuación de los agentes y los procesos hasta originar unas determinadas formas del relieve.
A veces, los procesos se conocen por el lugar geográfico en el que actúan los agentes: procesos litorales, fluviales, etc. También se pueden clasificar según el fenómeno que predomina: procesos de alteración, de erosión, de transporte, etc. La mayoría de los procesos comportan un transporte de materia asociado con la acción de un agente, y pueden producir, indistintamente, formas de erosión o de acumulación. El clima, la composición y la estructura de las rocas, se consideran factores condicionadores, porque determinan la efectividad de la actuación de los agentes y de los procesos, y favorecen o dificultan la formación de un determinado relieve.
AGUA ATMOSFÉRICA L
L
T
5. La dinámica de los procesos
Plantas
Podemos considerar la Tierra como un sistema, en el que todos los elementos naturales y los fenómenos establecen relaciones de dependencia. Los procesos geológicos son un ejemplo más de esta interacción entre factores que implican un flujo constante de materia y energía. Nuestro planeta es un sistema cerrado por lo que respecta a la materia (ésta no entra ni sale) y abierto en lo referente a la energía (entra la energía procedente del Sol). Resulta útil, a veces, utilizar el concepto de ciclo para entender el funcionamiento de algunos procesos. Un ciclo es un modelo teórico que esquematiza las diferentes fases y cambios que experimenta la materia. El ciclo del agua o los ciclos de erosión y de formación de relieves son algunos ejemplos muy conocidos. La velocidad y la intensidad con que se producen los procesos también son factores a tener en cuenta para comprenderlos. • Algunos fenómenos y cambios son rápidos en la escala de tiempo humana (una inundación, la erosión de una playa…); otros son casi imperceptibles (la formación de un valle). • Algunos procesos actúan casi constantemente, otros lo hacen de manera brusca sólo en determinados momentos. 13
P L E L
Suelo
L
P L
Ríos, lagos, glaciares
P L
E
Mares
L
L
I L
L
E
L
I L
Acuíferos (aguas subterráneas) Esquema simplificado del ciclo del agua. T = transpiración; P = precipitación; E = evaporación; I = infiltración.
ACTIVIDADES Recordar 1. Explica qué es un proceso, qué es un agente y qué son los factores condicionadores. 2. Haz una lista de las fuentes de energía naturales que, en mayor o menor grado, permiten la acción de los agentes geológicos externos en la Tierra.
TAREA 1.3
La meteorización y el suelo 3. La meteorización física
OBSERVACIÓN
Se habla de meteorización física de una roca cuando ésta se fragmenta, se disgrega o se pulveriza por la acción de procesos mecánicos. En este caso, la transformación de la roca consiste en un simple desmenuzamiento, sin que tenga lugar ninguna transformación mineral.
1. Un suelo sobre rocas calizas Observa la fotografía y responde. • ¿Cómo es la zona donde están las raíces de las plantas? ¿En qué se diferencia de la zona inferior? ¿Qué procesos hacen que se fragmenten las rocas de la fotografía?
Entre las fuentes de esfuerzos mecánicos más comunes de la meteorización física están las variaciones de presión, temperatura y humedad. Uno de los ejemplos más conocidos es la fragmentación de las rocas a causa del crec imiento de cristales de hielo. Tiene lugar en zonas donde las variaciones de temperatura permiten que el agua líquida, que ha penetrado en los poros o las grietas de la roca, se hiele y se deshiele repetidamente. Como el agua, cuando se congela, aumenta de volumen, actúa como una cuña y rompe la roca.
4. La meteorización química La meteorización química de una roca tiene lugar cuando los agentes atmosféricos, hidrosféricos o biológicos actúan sobre las rocas y transforman los minerales que las forman. La alteración química es el resultado de reacciones químicas que hacen aparecer otras formas minerales estables bajo las nuevas condiciones ambientales.
2. La meteorización Pese a su aspecto inerte, las rocas no son inalterables. Es fácil imaginar que pueden cambiar si pensamos que, normalmente, se originan en unas condiciones físicas y químicas muy diferentes de las que existen en la superficie de la Tierra o en sus proximidades.
El agua es el vehículo más importante de la meteorización química, tanto por su gran poder disolvente como por la elevada reactividad de las sustancias que arrastra. Los gases del aire y algunos compuestos orgánicos segregados por los seres vivos, también pueden alterar las rocas.
La meteorización es un ejemplo de alteración de las rocas. Se produce cuando los agentes externos actúan fragmentando o descomponiendo las rocas casi sin desplazar los residuos que resultan de esa alteración. La meteorización facilita la acción erosiva de otros procesos. La presencia mayoritaria, en la superficie continental del planeta, de una capa de suelo de grosor variable, es una prueba evidente de los procesos de alteración de las rocas.
Un ejemplo de meteorización física. Meteorización causada por el proceso de congelación y fusión del agua.
1 El agua se infiltra en las grietas de las rocas.
Entre las reacciones de meteorización química más frecuentes están la hidratación, la disolución, la hidrólisis, la carbonatación y la oxidación.
2 De noche, el agua se hiela y aumenta de volumen.
14
3 Se producen fracturas en las rocas.
5. El suelo El suelo es un agregado natural más o menos grueso que recubre la superficie terrestre y que permite el sostenimiento de una presencia vegetal y animal. Suele ser un material suelto y poroso compuesto por partículas de origen mineral, materia orgánica y por agua y gases que ocupan los espacios libres.
Horizonte A
Horizonte B
Los suelos no son simples acumulaciones de sedimentos. Se forman muy lentamente, bajo la influencia de cinco factores:
Horizonte C
• La roca madre, material geológico original sobre el cual se forman los suelos. A veces se originan a partir de la meteorización de rocas compactas; en otros casos derivan de sedimentos poco compactados (gravas, arenas o arcillas). La roca madre aporta al suelo sus componentes minerales.
Roca madre
Esquema de un suelo bien desarrollado, dividido en horizontes.
• El clima influye en el proceso de formación del suelo. El agua aportada por las precipitaciones y la temperatura son los elementos climáticos más importantes. Ambos factores facilitan la alteración de las rocas, permiten la vida de los animales y de las plantas y la descomposición de la materia orgánica. En zonas de climas muy fríos, como los polos, o muy áridos, como los desiertos, difícilmente se forman suelos bien desarrollados. • Los seres vivos desempeñan un papel fundamental. Los animales del suelo (lombrices, insectos, pequeños roedores, microorganismos, etc.) y las raíces de las plantas ayudan a mezclar los materiales y colaboran a airearlos. El humus es la materia orgánica parcialmente descompuesta que contienen los suelos, y también proviene de los restos de animales y de plantas. La capa vegetal protege el suelo de la erosión.
ACTIVIDADES
• La posición en el paisaje en que se forman los suelos también influye en su evolución. Es más fácil que se acumulen materiales en el fondo de un valle que en una ladera.
2. Explica por qué se fragmentan las rocas a causa del hielo que se forma en sus grietas.
• El paso del tiempo también hace cambiar los suelos. El proceso de formación de un suelo puede ser muy largo (hasta cientos de años). Como si fuera un ser vivo, se puede hablar de nacimiento, juventud, madurez y vejez de un suelo. El agua que se infiltra en los suelos tiene el papel de medio de transporte. A veces arrastra hacia abajo sustancias de los niveles superiores; otras veces, la evaporación facilita su subida. La diferente composición original de los materiales y la acumulación de las sustancias en determinadas zonas permiten qu e se formen diversos tipos de suelos y que éstos, muy frecuentemente, se presenten divididos en capas, llamadas horizontes. La actividad humana puede influir en las características de los suelos y modificar su estructura y composición. Los trabajos agrícolas intentan evitar la erosión de los suelos y mejorar su fertilidad. No obstante, a veces, la acción humana también puede afectar negativamente en las características de los suelos. 15
Recordar 1. Indica cuáles son las diferencias entre la meteorización física y la química.
Comprender 3. Responde a las preguntas. • ¿La meteorización física puede afectar a las rocas a causa del crecimiento de cristales de hielo en un lugar permanentemente helado, como los polos? • ¿Por qué el arado de la tierra en el campo, la aportación razonable de abono y la rotación de cultivos favorecen la fertilidad del suelo? • ¿Puede ser contraproducente el riego excesivo de una planta en una maceta o de un cultivo en el campo? ¿Por qué?
TAREA 1.4
Los procesos fluviotorrenciales 1. Las aguas salvajes Las aguas superficiales procedentes de las precipitaciones se denominan aguas salvajes cuando corren sin curso fijo, como una lámina difusa. Cuando van por regueros pequeños o por canales, se llaman aguas de arroyada. Tienen un curso muy variable. La acción erosiva de estas aguas es importante, si afecta a suelos poco consolidados o a materiales rocosos blandos, sobre todo en laderas inclinadas que no están protegidas por una capa de vegetación. Esto es habitual en zonas áridas y en lugares deforestados. La erosión por aguas salvajes y de arroyada es un grave problema ambiental, aunque da lugar a paisajes pintorescos: cárcavas y chimeneas de hadas. • Las cárcavas (badlands) son zonas abruptas donde conjuntos de surcos en «V» de diversa profundidad que canalizan las aguas de arroyada, afectan a materiales erosionables.
Ejemplo de erosión fluvial. El río corre encajado entre las rocas y las erosiona.
3. La acción de las aguas fluviales Los ríos son cursos naturales de agua que circulan por un cauce estable, más o menos continuamente. Son las principales vías de desagüe hacia el mar de las superficies continentales. Las variaciones de su caudal dependen de la lluvia, de la fusión del hielo y la nieve o de la aportación de aguas subterráneas. Aunque es habitual relacionar los cursos alto, medio y bajo de los ríos con los procesos de erosión, transporte y sedimentación, respectivamente, estos procesos se pueden producir en cualquier punto del recorrido. Que se produzca un proceso u otro depende, fundamentalmente, fundamental mente, de la velocidad del agua.
• Las chimeneas chimeneas de hadas hadas (dames coiffées ) son formas cónicas, en las que es frecuente que un material resistente situado en la parte superior haya protegido de la erosión a los materiales más blandos que tiene por debajo.
La erosión fluvial Los cursos fluviales erosionan el cauce o sus márgenes si la velocidad del agua aumenta hasta alcanzar un valor que le permite arrastrar las partículas. Esta capacidad erosiva del agua también depende del efecto de fricción que le aportan los sedimentos que transporta, y de la turbulencia del flujo. Según la inclinación del cauce y las características características geológicas de los terrenos, los ríos dan lugar a formas de erosión diferentes: • Las gargantas y los desfiladeros son encajamientos más o menos profundos del cauce del río.
Cárcavas en Kashgar, China (a la izquierda), y chimeneas de hadas en Goreme, Turquía (a la derecha).
2. Acción geológica de los torrentes Los torrentes son corrientes de agua de curso fijo y corto, situados en zonas de pendientes pronunciadas y con actividad generalmente estacional. Pueden deberse al deshielo, a las precipitaciones, o a ambos. La acción del torrente varía en cada parte de su curso. En la cuenca de recepción predomina la erosión, en el canal de desagüe, la erosión y el transporte, y en el cono de deyección, la sedimentación. 16
• Las cascadas son caídas de agua que aparecen cuando la corriente encuentra o modela un salto vertical o muy inclinado. Si la pendiente es menor, pero se mantiene un desnivel que hace que el agua circule a gran velocidad, se habla de rápidos. • Los meandros son curvaturas del cauce comunes en el curso medio. Son formas mixtas de erosión y sedimentación. En el margen cóncavo de un meandro se produce erosión, mientras que en el convexo hay sedimentación. La sinuosidad de los meandros evoluciona con el paso del tiempo.
El transporte fluvial Las partículas que transporta el agua de los ríos se mueven de maneras diferentes: disueltas, flotando en la superficie, suspendidas, o bien saltando, rodando o arrastrándose por el fondo del cauce. El tipo de transporte depende del tamaño y del peso de los materiales, y también de la velocidad del agua.
1
2 3 4
El transporte de una partícula comienza en el momento en que el agua la disuelve o la erosiona, y acaba cuando se produce la sedimentación.
La sedimentación fluvial La sedimentación de las partículas de diferente tamaño que transportan los ríos se produce cuando disminuye la velocidad del agua. Esto es debido a diversos factores: el descenso desc enso del caudal, la disminución de la pendiente o el aumento del volumen de sedimentos transportados. Aunque el destino final de los sedimentos sea la desembocadura, a lo largo del curso fluvial son muchos los lugares donde se puede producir su depósito. Las acumulaciones de sedimentos fluviales reciben el nombre de aluviones y las formas más habituales en las que se presentan son las llanuras aluviales, las terrazas fluviales y los deltas. • Las llanuras aluviales son extensos depósitos de materiales que rellenan el fondo de los valles. Se forman a partir de sucesivos episodios de inundación. La superficie plana, la fertilidad y la disponibilidad de agua para el riego les hace muy adecuados para el uso agrícola, dando lugar a las vegas. • Las terrazas fluviales son capas de aluvión situadas a más altura que el lecho actual del río. r ío. Se formaron en épocas pasadas, en las que los procesos de erosión y sedimentación tenían mayor intensidad. • Los deltas son acumulaciones de sedimentos que aparecen en las desembocaduras de algunos ríos si los depósitos se acumulan en zonas de aguas tranquilas y poco profundas.
6
5
Corriente del río Transporte de partículas por un río. 1. Disueltas en el agua. 2. Suspendidas. 3. Rodando. 4. Saltando. 5. Arrastrándose por el fondo. 6. Flotando en la superficie.
ACTIVIDADES Recordar 1. Responde Responde a las las pregunt preguntas. as. • ¿Qué ¿Qué es una una cárca cárcava? va? • ¿Qué es una chimenea chimenea de de hada? hada? • ¿Qué es una una llanura llanura aluvial? aluvial? 2. Explica Explica en qué partes partes de un río se produce erosión, transporte y sedimentación, y de qué factores depende que predomine uno de estos procesos sobre los otros.
Explicar 3. Piensa Piensa y responde responde a las las preguntas preguntas..
Imagen del río Ebro y su delta, tomada desde un satélite artificial.
17
• ¿Por ¿Por qué es recom recomend endabl ablee arar los suelos con surcos perpendiculares a las pendientes? • ¿Por qué, en el curso bajo de los ríos, predomina la sedimentación de los materiales que transportan?
TAREA 1.5
Los procesos procesos marinos. marinos. El modelad modelado o litoral litoral 3. La erosión marina
OBSERVACIÓN
La erosión marina se produce, principalmente, a causa del oleaje. El vaivén del agua contra el litoral rocoso origina presiones y descompresiones que afectan a la parte emergida y la sumergida, y rompen las rocas por los lugares más débiles. La erosión del oleaje sobre el litoral rocoso se llama abrasión marina y es reforzada por el «ametrallamiento» que ejercen las partículas arrastradas por el agua. Las formas de erosión propias de las costas rocosas son los acantilados y las plataformas de abrasión. • Los acantilados son escarpamientos abruptos excavados sobre rocas duras por el socavamiento progresivo de la base y por el derrumbamiento de las zonas altas. El diferente comportamiento frente a la erosión de algunas zonas de un acantilado puede dar lugar a formas caprichosas: grietas o cuevas marinas, arcos marinos, islotes rocosos... • Las plataformas de abrasión son superficies rocosas planas o ligeramente inclinadas hacia el mar, producidas por el retroceso gradual hacia tierra del frente de un acantilado. Cuando una bajada permanente del nivel del mar o una oscilación debida a las mareas deja la plataforma de erosión en posición emergida, se habla de rasa costera.
1. Un acantilado Observa el acantilado de la foto y responde a las preguntas.
• ¿Por qué tienen paredes tan verticales verticales y escarpadas los acantilados? acantilados? ¿Se podría formar un acantilado en una costa baja?
2. La acción de las aguas marinas Los mares y los océanos no son masas de agua en reposo. Su dinámica responde a las diferencias de insolación y a la atracción de la Luna y del Sol. La acción geológica del mar es muy importante, ya que las aguas marinas ocupan más del 71% de la superficie del planeta, y sus efectos se hacen notar en toda la extensión de la costa. La erosión, el transporte y la sedimentación marinos son debidos a los movimientos del agua, que pueden ser de tres tipos: olas, mareas y corrientes. • Las olas son movimientos del agua superficiales y ondulatorios, causados, causados, en general, por el viento. • Las mareas son ascensos y descensos regulares del agua que se suceden en periodos de unas seis horas. El ascenso o flujo tiene un máximo en la pleamar; y el descenso o reflujo, un mínimo en la bajamar. Se deben a la atracción gravitatoria de la Luna y, en menor medida, a la del Sol. • Las corrientes son desplazamientos de agua en la masa general del mar. Sus causas son variadas: la acción de vientos constantes, las diferencias de temperatura o salinidad en las distintas zonas del océano, etc.
Arco marino Islote rocoso
Plataforma de abrasión sumergida Cueva marina Socavamiento basal Rasa costera
Formas características de una costa escarpada.
18
Costa alta
4. El transporte y la sedimentación del mar El agua del mar transporta las partículas disueltas, suspendidas, flotando, rodando o arrastrándose, impulsadas por el oleaje, las mareas y las corrientes. En la franja litoral, las acumulaciones de sedimentos evolucionan con cierta rapidez y su disposición da lugar a playas, cordones litorales, tómbolos y albuferas. • Las playas se forman en el interior de las bahías, entre dos salientes rocosos o en los sectores del litoral donde las olas pierden fuerza. Los sedimentos que las forman son depositados en la costa y pueden tener diversos tamaños según la velocidad del flujo de agua que los ha transportado. Estos sedimentos comprenden desde la arena fina hasta los guijarros. Están compuestos por una mezcla de partículas de minerales, rocas y diversos restos de seres viv vivos os (fragmentos de conchas, caparazones calcáreos de algas microscópicas, etc.). • Las barras o cordones litorales son depósitos semejantes a las playas, pero que no están totalmente unidos a la costa. Tienen forma alargada y se pueden encontrar emergidos o sumergidos. Se llaman restingas o flechas cuando se unen a la costa por uno de sus extremos; islas barrera, cuando no están unidos al litoral, y tómbolos, cuando enlazan la costa con un islote próximo. Una albufera es una laguna litoral cerrada por una barra de arena. Aunque las acumulaciones más visibles de sedimentos procedentes de los ríos o de la erosión litoral se encuentran cerca de la costa, su destino final son las zonas estables del fondo marino, donde forman depósitos sedimentarios de gran extensión y mucho espesor. Grandes depósitos de gravas, arenas y arcillas se acumulan en las zonas deltaicas y en otros lugares deprimidos (cuencas marinas).
Isla barrera Albufera
Acantilado
Playa
Restinga o flecha
Costa baja Tómbol Tómbolo o Cordón Cordón litoral litoral sumerg sumergido ido Formaciones características de la costa.
ACTIVIDADES Recordar 1. Explica Explica qué son son los acanti acantilados lados y las plataformas de abrasión. 2. Describe Describe las las formaci formaciones ones más más características de las costas bajas.
Comprender 3. Responde Responde a las preguntas. preguntas. • ¿Cuál es el origen origen de las playas? playas? • ¿Cuál es el origen origen de las las olas? olas?
Explicar 4. Pie Piensa nsa y respon responde. de.
En algunas playas se observa la sedimentación (el depósito de arena) y también grandes rocas, testigos de cómo era la costa antes de ser erosionada por el mar.
19
• ¿Puede ¿Puede haber haber playas playas en una isla isla que no tenga ningún río? ¿De dónde proviene la arena en este caso? • ¿Por ¿Por qué la constr construcc ucción ión de un espigón o un puerto puede hacer variar la disposición de las acumulaciones de sedimentos en una costa?
TAREA 1.6
Los procesos eólicos y bióticos
1. La acción geológica del viento La acción geológica del viento es muy activa en las zonas áridas, tanto en las cálidas como en las frías. También se hace notar en zonas costeras arenosas que no están protegidas por vegetación. Los procesos eólicos se manifiestan mediante fenómenos de erosión, transporte y sedimentación.
Tempestad de arena. En los desiertos áridos son habituales las nubes de partículas finas arrastradas por el viento, que reciben el nombre de tempestades de arena.
La erosión eólica El aire en movimiento tiene dos tipos de acción erosiva: la deflación y la corrasión. • La deflación es el arrastre selectivo por el viento de las partículas de dimensiones reducidas, quedando las más grandes sobre el terreno. Los campos empedrados resultantes se denominan regs. • La corrasión o abrasión eólica es el desgaste causado en las rocas por el impacto repetido de las partículas que transporta el aire. La erosión eólica sobre las rocas puede producir, de forma aislada, cavidades o alvéolos, así como superficies pulidas por la acción abrasiva del viento.
La sedimentación eólica Las formaciones más típicas de la sedimentación eólica son las dunas y el loess. Dunas. Las dunas vivas o activas son acumulaciones de arena que se desplazan sobre el suelo a causa del viento. Se pueden presentar aisladas o formando campos de dunas o ergs. La duna típica tiene una pendiente suave por el lado que recibe el viento, en la dirección en la que sopla, y una pendiente más fuerte en el lado opuesto. Según su forma, se distinguen varios tipos de dunas: barjanes, en forma de media luna, con los cuernos apuntando en la dirección del viento; parabólicas, también en forma de media luna, pero opuestas al sentido del viento; transversales, cuando forman alineaciones perpendiculares al movimiento del aire, y longitudinales, si son paralelas a la dirección del viento. Depósitos de loess. Las partículas finas que se mantienen en suspensión y recorren grandes distancias, finalmente se depositan al perder fuerza el viento o al llegar a zonas húmedas. Se originan así depósitos de arcilla y limo, que dan lugar a suelos fértiles.
Campo empedrado en el desierto del Sinaí (Egipto). ¿Cuál es el origen de esta formación geológica?
1
2
El transporte eólico Las partículas que arrastra el viento pueden ser transportadas, según el peso que tengan y la fuerza del viento, por reptación (cuando las partículas son arrastradas sin perder contacto con la superficie del terreno), por saltación (cuando son elevadas ligeramente y vuelven a estar en contacto con el suelo en intervalos breves) y por suspensión (cuando las partículas, pequeñas y ligeras, se mantienen sin contacto con el suelo durante mucho tiempo). ti empo).
Dirección y sentido en que sopla el viento
3
4 Tipos de dunas. 1. Barján. 2. Parabólica. 3. Transversales. 4. Longitudinales.
20
2. Procesos bióticos La acción geológica de los seres vivos puede ser constructiva y destructiva. La acción destructiva de los seres vivos puede ser, al mismo tiempo, de dos tipos: mecánica y química. • La acción mecánica, principalmente disgregante, la realizan sobre todo las raíces de las plantas y los animales que viven en ambientes subterráneos. Las raíces de las plantas se introducen como cuñas en el suelo y rompen el terreno. Los animales como los ratones, los conejos, los topos y las lombrices horadan la tierra. • La acción química es causada por microorganismos, como algunas bacterias, y por los hongos. Estos seres utilizan la materia orgánica para su metabolismo y la descomponen, liberando en este proceso productos que pasan a formar parte del suelo. La acción constructiva de los seres vivos también es muy importante. Por ejemplo, lo que origina las llamadas rocas sedimentarias orgánicas son seres vivos. Unas veces son los componentes orgánicos los que, cuando se transforman, dan lugar a yacimientos de petróleo y carbón. Otras veces son los componentes inorgánicos de seres vivos los que dan lugar a formaciones geológicas, como los arrecifes. La construcción de los arrecifes de coral se debe a las colonias de pólipos coralinos que aparecen en aguas claras, agitadas, poco profundas y con temperatura de unos 20 ºC. Cada pólipo de una colonia tiene un exoesqueleto de material calcáreo. A medida que la colonia crece, los pólipos abandonan los exoesqueletos y forman otros sobre los anteriores. Así, se depositan capas sucesivas de esqueletos calcáreos y se forma el arrecife. Por último, las actividades constructivas y destructivas de la especie humana también pueden modificar el paisaje.
Conejo. Numerosos animales llevan a cabo una continua excavación del terreno, que causa la progresiva disgregación del suelo.
ACTIVIDADES Recordar 1. Explica los tipos de actividad erosiva debidos al viento. 2. Describe las formaciones más típicas debidas a la sedimentación eólica.
Comprender 3. Haz un resumen de la actividad geológica de los seres vivos.
Explicar 4. Busca información y responde a las preguntas.
La Gran Barrera de Coral australiana es el arrecife coralino más grande del mundo. Tiene 2.000 km de longitud.
21
• Los términos reg y erg tienen un origen sahariano. ¿Qué significan? • El coral es un organismo que vive en aguas poco profundas. ¿Por qué, a veces, forma atolones en zonas donde el océano circundante es muy profundo?
TAREA 1.7
Modelado kárstico y modelado glaciar 1. El modelado kárstico
• A medida que el agua profundiza, comienza a excavar conductos por los que puede recorrer el interior del macizo rocoso. Se forman así las cavernas , que son conductos horizontales, y las simas, conductos verticales. Las cavernas y las simas se forman cuando el agua, que se filtra por las grietas, va ampliando éstas hasta hacer grandes conductos. Las simas frecuentemente aparecen por el hundimiento de una dolina.
El modelado kárstico es un caso especial de formación de relieve debido a la acción del agua, es decir, por procesos fluviotorrenciales. Su nombre se debe a la región del Karst, en Croacia, donde este tipo de modelado ha originado paisajes espectaculares. El modelado kárstico aparece en zonas ricas en calizas, especialmente en las zonas llanas donde este tipo de rocas forma grandes masas horizontales. En este caso, el agua, que, generalmente, procede de la lluvia, actúa disolviendo las calizas. La disolución de las rocas origina formas típicas: las más conocidas son las simas y las cavernas.
La formación de un karst Llamamos karst a toda región en la que se ha producido el modelado kárstico y aparece el relieve característico de este tipo de modelado. En su formación podemos distinguir varias etapas. • En primer lugar, durante las primeras etapas de desarrollo del karst , el agua circula por la superficie de una masa rocosa de calizas. La lámina de agua recorre la superficie de esta masa rocosa, y se infiltra en el terreno por algunas zonas donde las rocas tienen grietas. En esas zonas de infiltración el agua se acumula y, con el tiempo, disuelve las calizas y llega a formar una depresión de forma circular. Esta depresión se llama dolina.
1
Dolinas
2
• Cuando el agua sigue profundizando, hay cavernas que quedan por encima de la corriente principal de agua. En estas cavernas se filtra, gota a gota, agua cargada de carbonato cálcico, sustancia que forma la roca caliza. Esta sustancia se va depositando y forma las llamadas estalactitas (en el «techo» de la caverna) y estalagmitas (en la base). A veces, una estalactita y la estalagmita que tiene por debajo se unen y forman una columna. • El agua continúa erosionando las calizas hasta que, al profundizar, encuentra una capa de roca impermeable. Finaliza así su excavación y se forma una corriente estable de agua, que sale del macizo kárstico y aflora a la superficie. El punto de salida del agua se denomina surgencia. El modelado kárstico es bastante habitual en zonas de clima templado donde abundan las calizas. En la península Ibérica, muchas de las zonas con cuevas se han formado por este tipo de modelado.
Dolinas
3
Surgencia
Calizas
Roca impermeable
Caverna
Sima
Estalactita
22
Estalagmita
2. El modelado glaciar
El circo glaciar es una depresión rodeada de montañas, donde se acumula la nieve y, por compresión, se transforma en hielo glaciar.
Los glaciares son grandes masas de hielo que se encuentran en constante movimiento, descendiendo por valles desde zonas elevadas hasta niveles donde se produce el deshielo. En la actualidad, están restringidos a las zonas más frías del planeta, pero sus efectos sobre el paisaje se pueden observar en lugares La lengua más templados que, en el pasado, estuvieron surcados por gla- es la masa de hielo ciares.
que se desliza por el valle.
Tipos de glaciares Los glaciares más típicos son los de tipo alpino, que corresponden a la descripción habitual de «río de hielo». Su nombre deriva de la cordillera de los Alpes. En este tipo de glaciares, que tienen una larga lengua, el hielo se desplaza aproximadamente un metro al día. Los glaciares de tipo pirenaico son similares, pero no llegan a tener lengua, ya que las montañas en las que aparecen son menos altas que los Alpes. En zonas polares aparecen los glaciares de casquete, formados por inmensas masas heladas, con numerosas lenguas que terminan en el mar. El hielo procedente de estos glaciares, al romperse, origina los icebergs. El desplazamiento del hielo es muy lento (10-30 cm diarios).
El valle glaciar es el cauce por el que el glaciar se desliza.
Acción erosiva de los glaciares La erosión ejercida por los glaciares se debe a la fricción, producida por el desplazamiento del hielo y de los materiales rocosos que éste transporta, sobre el fondo y las paredes del valle glaciar (el que recorre la lengua). Los cantos rocosos más duros que transporta el glaciar rayan las paredes del valle y dan lugar a rocas o cantos estriados, que son formas típicas del modelado glaciar. Una característica propia de los valles originados por glaciares es que su perfil transversal tiene forma de «U», a diferencia de los valles fluviales, que tienen forma de «V».
Transporte y sedimentación en los glaciares El transporte y la sedimentación producidos por los glaciares se puede apreciar en los depósitos llamados morrenas. Éstas son acumulaciones de cantos rocosos que pueden estar dispuestas en las zonas laterales del glaciar, en el fondo del mismo o en el frente de avance. Marcas estriadas en las rocas, debidas a la erosión causada por un glaciar (arriba) y valle glaciar, con la forma característica de «U» (abajo).
23
Partes de un glaciar alpino.
Las morrenas son acumulaciones de rocas arrastradas por el glaciar.
TAREA 1.8
Sistemas morfoclimáticos 1. ¿Qué es un sistema morfoclimático?
2. Sistemas morfoclimáticos de zonas templadas
Ya hemos visto que el modelado del relieve se debe, principalmente, a la acción de toda una serie de agentes impulsados por la energía externa, la procedente del Sol, y por el desigual reparto de esta energía por el planeta.
Sistema morfoclimático templado húmedo En el dominio templado húmedo podemos encontrar un relieve muy variado, que depende de las condiciones locales de vegetación, clima y topografía. Es un medio muy humanizado, por lo cual también es frecuente que la acción humana tenga un gran impacto en el relieve. En este dominio, el agua es un agente de la máxima importancia en el modelado del relieve. Los ríos modelan el terreno, excavando valles y evacuando materiales que se acumulan en las llanuras y en los deltas. Es frecuente encontrar también zonas con modelado kárstico. La acción del viento es casi inapreciable, y la del hielo se concreta sólo a las zonas de montaña con glaciares. También tiene gran importancia la meteorización, tanto la mecánica (en zonas frías) como la química, debido a la disolución de las rocas por el agua.
Debido precisamente a las diferencias climáticas entre las regiones, en algunos lugares predomina la actuación de un agente (por ejemplo, el agua o el viento) y en otros tienen mayor influencia agentes distintos. El resultado es la aparición de formas del relieve distintas, propias de cada una de las zonas climáticas. El concepto de sistema morfoclimático expresa esa relación entre clima y relieve. Llamamos sistema o dominio morfoclimático a una región más o menos extensa de la Tierra, en la que existe un tipo de clima determinado y unas formas de relieve características, asociadas a los agentes modeladores más activos en ese clima.
Los principales sistemas morfoclimáticos Existen ocho sistemas morfoclimáticos, que se clasifican en cuatro grupos, según su localización.
Sistema morfoclimático continental seco Este sistema es muy similar al anterior, si bien las diferencias meteorológicas entre el verano y el invierno se hacen notar en el relieve. Así, es frecuente encontrar que el modelado fluvial se ve afectado por la existencia de una época seca, durante la cual los ríos llevan mucha menos agua. También se aprecia que la meteorización puede ser más intensa, especialmente durante el invierno.
• En las zonas más frías del planeta encontramos el sistema glaciar y el periglaciar. El glaciar corresponde a las zonas cubiertas permanentemente de hielo, y el periglaciar, al territorio que rodea al dominio anterior, y que no siempre está helado. • En las zonas templadas encontramos el sistema templado húmedo y el sistema continental seco. El primero corresponde a las zonas próximas a las costas, con un clima suave y abundantes precipitaciones. El segundo, a las zonas del interior, con clima más riguroso, y mayores diferencias de temperatura y precipitación entre invierno y verano.
3. Sistemas de zonas áridas En el sistema morfoclimático árido, el principal agente modelador del paisaje es el viento. Éste es la causa de la erosión y del transporte de materiales, dando lugar a formaciones como los campos empedrados y los campos de dunas.
• En las zonas desérticas podemos encontrar el sistema árido y el sistema semiárido. • En las zonas tropicales distinguimos el dominio de la selva y el de la sabana. La selva aparece en las zonas con mayores precipitaciones, mientras que la sabana se encuentra en lugares con una estación húmeda y una seca bastante prolongada.
En zonas menos áridas encontramos el sistema morfoclimático semiárido. En este dominio, el viento sigue teniendo cierta importancia, pero son las aguas de arroyada, las que configuran el relieve característico. Estas aguas dan lugar a paisajes típicos, como las cárcavas y las chimeneas de hadas. Frecuentemente aparecen valles (llamados uadis) por los que sólo circula agua tras las tormentas.
Además, en las montañas podemos encontrar un clima particular, con un relieve característico, independientemente del lugar en que se encuentren. 24
4. Formas típicas del relieve en las zonas templadas
Sólo en las más altas montañas aparecen glaciares.
En zonas de calizas puede aparecer el modelado kárstico.
Las pedrizas son acumulaciones de rocas debidas a la meteorización mecánica.
En algunas zonas montañosas hay valles con forma de «U» originados Valle fluvial. Los ríos son por modelado glaciar, los principales agentes debido a glaciares modeladores del paisaje que ya no existen. en las zonas templadas.
Llanura. El aporte de materiales arrastrados por el río crea, en su curso medio, extensas llanuras muy fértiles.
La acción humana es muy importante, ya que estas zonas son las más pobladas.
5. Formas típicas del relieve en las zonas áridas Uadi. Por estos valles sólo corre agua tras las escasas precipitaciones, que suelen ser torrenciales. El agua de arroyada da lugar a la formación de cárcavas.
Desierto rocoso. El viento golpea en las rocas produciendo pequeñas cavidades y estrías. Aparecen formaciones debidas a la erosión eólica.
En algunas zonas afloran aguas subterráneas, permitiendo la vida vegetal y la instalación de comunidades humanas. Son los oasis.
Campo empedrado (reg). Se debe a la retirada por parte del viento de los materiales más ligeros.
25
Desierto de arena (erg). Causado por la sedimentación eólica.
La acción humana en este medio es menos importante. Las poblaciones se instalan sólo en la costa o bien en los oasis.
RESUMEN DE LA UNIDAD El relieve de nuestro planeta se encuentra sometido a continuo cambio. Se originó debido a la actuación de diversos agentes, algunos internos y otros externos. En las diferentes zonas del planeta, actúan con más intensidad agentes distintos, lo que da lugar a que podamos distinguir varios dominios o sistemas morfoclimáticos: los de zonas frías, templadas, áridas y tropicales.
• Los ríos, los torrentes, las aguas salvajes, los mares y los océanos, el viento, el hielo y los seres vivos son los principales agentes que causan los cambios en el paisaje. Su acción produce formaciones geológicas características, como los valles, los deltas, las llanuras aluviales, las playas, los acantilados, las cárcavas, los campos de dunas y los arrecifes de coral.
• Las montañas, los valles, los acantilados o las playas que podemos ver en algunos lugares del planeta no siempre han tenido el mismo aspecto actual. También serán diferentes dentro de cien, mil o un millón de años. Los procesos internos sitúan los «cimientos» del relieve, los grandes conjuntos rocosos. Los procesos externos los modifican y modelan el relieve. La fuente de energía más importante que alimenta los cambios externos de la Tierra es la radiación solar. La gravedad también es muy importante en estos cambios. • La meteorización se produce cuando los agentes externos fragmentan o descomponen las rocas casi sin desplazamiento de los residuos que resultan de esta alteración. Hablamos de meteorización física de una roca cuando ésta se fragmenta, se disgrega o pulveriza por la acción de procesos mecánicos. La meteorización química tiene lugar cuando los agentes atmosféricos, hidrosféricos o biológicos actúan sobre las rocas y transforman los minerales que las forman. Es el resultado de reacciones químicas.
Ahora que sabes cómo actúan los procesos y los agentes modeladores del relieve, ¿podrías explicar cómo se pueden originar formaciones tan espectaculares como el Gran Cañón del Colorado (EE.UU.).
Completa el mapa del tema LOS PROCESOS QUE MODELAN EL PAISAJE
fluviotorrenciales
se deben a
producen formas como
glaciares
se deben a
producen formas como
marinos
se deben a
26
producen formas como
eólicos
se deben a
producen formas como
bióticos
se deben a
producen formas como
Actividades Test de conocimientos 1
¿Cuáles son las principales fuentes de energía que dinamizan los procesos externos?
2
Busca un esquema, tan completo como sea posible, del ciclo del agua y cópialo.
3
Explica en qué se diferencian los siguientes conceptos. a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)
4
8
Observa la representación de un torrente que figura a continuación. Después dibuja en tu cuaderno de manera esquemática un reloj de arena, y, a su lado, copia el esquema del torrente. Indica las partes principales en cada dibujo. ¿Qué similitudes observas?
9
Piensa y responde.
Aguas salvajes y de arroyada. Suelo y humus. Playa y cordón litoral. Deflación y abrasión eólicas. Valle fluvial y valle glaciar. Glaciar alpino y glaciar de casquete. Sima y caverna. Barján y duna parabólica. Estalactita y estalagmita. Sistema morfoclimático y clima.
Copia y completa el siguiente cuadro sobre los principales procesos externos. Tipos de procesos
Principales formas de erosión
Principales formas de sedimentación
Fluviotorrenciales
a) ¿Por qué los procesos externos pueden significar un riesgo para las personas?
Marinos Eólicos
b) Las arenas recién depositadas a la orilla de un río, ¿se pueden considerar como un suelo? ¿Por qué?
Glaciares Bióticos
5
6
c) El delta de un río, ¿es una forma de sedimentación fluvial o marina? ¿Por qué?
Sintetiza con un esquema los principales agentes externos y el nombre de los procesos que resultan de su acción geológica.
10
a) En algunos lugares del planeta podemos encontrar tillitas, que son depósitos de piedras, muchas de ellas con fuertes estrías en su superficie. Si encontramos uno de estos depósitos en el fondo de un valle actual, por el que corre un río, ¿qué podemos decir del pasado de este valle? b) Observa el dibujo del glaciar que aparece en la tarea 7. ¿En qué zona del glaciar alpino es más intensa la erosión? ¿En qué zona será más importante la sedimentación? ¿Por qué? ¿Qué sucederá en el circo, se producirá erosión, transporte o sedimentación, o ninguno de estos procesos?
Responde a las preguntas. a) ¿Cuáles son las tres fases de la acción del viento como agente modelador del relieve? b) ¿Cómo se produce cada una de estas tres fases?
7
AMPLIACIÓN. Lee y responde.
Piensa y resuelve el problema. Los corales tienen un esqueleto externo mineral, que es el responsable de su acción constructiva. Pero, ¿de dónde provienen los minerales que forman este esqueleto?
27
Actividades Test de capacidades 1
2
Interpretar el diagrama de Hjulstrom. El diagrama de Hjulstrom relaciona la velocidad de un flujo de agua (fluvial o marino) con la capacidad que tiene para erosionar, transportar o sedimentar las partículas de diferentes diámetros. Arcillas
Limos
) s 500 / m c (
Arenas
L
e t 100 n e 50 i r r o c 10 a l
Un arroyo de sección triangular tiene una anchura de 3 m y una profundidad máxima en el centro del cauce de 50 cm. El agua circula a una velocidad media de unos 3,33 cm/s. ¿Cuál es el caudal del arroyo, expresado en litros por segundo? Hay que utilizar unidades equivalentes. La fórmula para calcular el caudal es la siguiente:
Gravas
EROSIÓN
A
Q
TRANSPORTE SEDIMENTACIÓN
0,001
0,01
ϭ A и
v
donde Q es el caudal, A es el área de la superficie ocupada por el agua en una sección determinada y v es la velocidad media del agua. En un momento determinado, el caudal es un valor constante. Pero, ¿qué pasaría si el río pasara bajo un puente en el que la sección útil para el paso del agua quedase reducida a la mitad? Haz el cálculo de la velocidad del agua en este momento y explica el cambio que se produce.
L
LB
e 5 d d a 1 d i c 0,5 o l e V
Calcular el caudal de un río.
0,1 1 10 100 500 Diámetro de las partículas (mm)
Diagrama de Hjulstrom. A: torrentes; B: curso medio de los ríos y corrientes marinas.
A partir del esquema del diagrama de Hjulstrom, responde:
3
Interpretar imágenes. Observa la imagen del paisaje del desierto de Wadi Rum (Jordania) que aparece a continuación, y responde a las preguntas.
a) La velocidad de un río que transporta arenas de 1 mm de diámetro es de 10 cm/s. ¿A qué velocidad ha de disminuir la corriente de agua para que las arenas comiencen a sedimentar? b) Una crecida de un río produce un aumento progresivo de la velocidad de la corriente. Un depósito de sedimentos de diversos diámetros formado a la orilla del río en una inundación anterior comienza a ser erosionado. ¿Qué partículas serán retiradas en primer lugar por el río, las arcillas, los limos, las arenas o las gravas? c) ¿A qué velocidad ha de bajar el agua de un río para que se sedimenten las arcillas que lleva en suspensión? ¿En qué lugares y en qué momentos se alcanza ese valor? d) Una playa está formada por arenas que tienen granos de 1 mm de diámetro. Cuando llegan olas suaves, la velocidad del agua empuja la arena con una velocidad suficiente para transportarla unos metros. ¿Por qué sedimenta la arena otra vez?
28
a) ¿Qué agente o agentes han intervenido en el modelado de esta formación? b) ¿Son formas de acumulación o de erosión? c) ¿Cómo han influido los procesos internos, el clima o el tipo de roca en el modelado?
Test de responsabilidad El ser humano y el relieve Desde el punto de vista de las interacciones, los sistemas y el medio ambiente, razona y explica cómo los procesos externos pueden ser afectados por las actuaciones humanas. Valora en cada caso los pros y los contras de cada uno de los ejemplos siguientes: • La construcción de una presa. • La extracción de arenas y gravas de cursos fluviales para utilizarlas en construcción. • La regeneración artificial de las playas. • La explotación abusiva de aguas subterráneas en las zonas áridas. • El abuso de fertilizantes agrícolas. • La deforestación de las selvas tropicales. ¿Cómo puede afectar al relieve la retención del agua en embalses?
Experiencia Arena
Modelos experimentales de dinámica fluvial En cursos anteriores hemos realizado la experiencia de simular con una cubeta, arena y un chorro de agua, los efectos de un río sobre el paisaje. En este curso proponemos realizar una experiencia similar, pero con un montaje un poco más elaborado.
Cubeta
Bomba de agua
Se trata de construir una maqueta sobre una estructura metálica que nos permita regular la inclinación de una cubeta de plástico de una anchura de unos 25 o 30 cm y una longitud de unos 2 m. La alimentación de agua se consigue con un simple grifo que alimenta la parte alta del canal. Podemos construir un sistema cerrado utilizando un sistema de recolección del agua que escurre, conectado a una bomba de agua (de las de acuario), que vuelve a impulsar el agua hacia la parte alta de la cubeta. En este caso hay que instalar algún sistema de filtro para que no se atasque la bomba. Trata de observar los siguientes aspectos con la maqueta: variación de la velocidad del agua en función de la pendiente, relación entre la velocidad y los procesos de erosión, transporte y sedimentación, estudio de la formación de meandros y conos de deyección, encajamiento del sistema fluvial, etc.
Simulación de meandros
Simulación de encajamiento del sistema fluvial
Esquema del montaje y de dos de los posibles resultados del experimento.
29
Salvar el delta del Ebro Un espacio singular El delta del Ebro es un gran depósito de sedimentos, cuya parte emergida ocupa una superficie de aproximadamente 320 km2. Es suficientemente grande para destacar en el perfil de todos los mapas de la península Ibérica y para verse con claridad en las imágenes captadas por los satélites artificiales. De la existencia del delta y de su equilibrio depende el mantenimiento de unos ambientes acuáticos de gran interés ecológico. La actividad agrícola, que ocupa más del 75% de la superficie del delta, también es muy importante. En el delta se cultiva el arroz, hortalizas y frutales. Los recursos naturales y ambientales también son aprovechables de otras muchas formas: piscifactorías, explotaciones de sal, turismo, etc.
La señal de alerta Algunos estudios científicos recientes han dado la señal de alerta: el delta del Ebro podría desaparecer. El delta sufre en la actualidad una regresión alarmante. Es decir, es erosionado progresivamente por la acción de las ondas y de las corriente s marinas, ya que los sedimentos que antiguamente transportaba el río, ya no llegan a la desembocadura en la misma proporción que antes. Esto se debe a que las presas que se han construido a lo largo del río, que permiten regular su caudal, retienen los sedimentos. Pero, ¿el delta siempre ha estado ahí? ¿Podríamos prevenir su destrucción y evitarla? El Ebro tiene una cuenca de unos 83.000 km 2. Representa una sexta parte de la superficie de España. También es el río más caudaloso de la península Ibérica. Se cree que el Ebro comenzó a vertir sus aguas al Mediterráneo hace unos seis millones de años. Aunque la parte sumergida del delta puede tener unos 10.000 o 15.000 años, los datos históricos parecen demostrar que la mayor parte de la llanura deltaica emergida es de formación muy reciente, desde el punto de vista geológico. Se puede haber desarrollado a lo largo de los últimos 1.500 años, aunque su crecimiento más importante se produjo entre los siglos XV y XIX. Actividad humana en el delta. Arriba cultivos de arroz. Abajo, el delta visto desde Sant Carles de la Ràpita.
30
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
La evolución del delta
Figuras de protección
El esquema de abajo muestra la evolución del delta del Ebro desde el siglo IV hasta la actualidad. En los dibujos se puede ver que los depósitos sedimentarios (en color naranja) han aumentado, de manera que han ido añadiendo una lengua de tierra al litoral rocoso hasta llegar a formar el delta tal como lo conocemos hoy. El mantenimiento de este frágil espacio natural depende, sobre todo, de que el río siga aportando sedimentos al delta. Si éstos faltan, la acción erosiva del mar, del viento y del mismo río pueden hacer que el delta desaparezca.
La importancia del delta como espacio natural ha sido ampliamente reconocida. En 1984, el Consejo de Europa lo declaró zona de especial interés para la conservación de la vegetación halófila (plantas de ambientes salinos). Se ha incluido en la lista Ramsar de las zonas húmedas de importancia internacional, y catalogado como zona de especial protección de las aves. Dieciocho hábitats del delta se han incluido en la directiva relativa a la c onservación de hábitats naturales y de la flora y fauna silvestres de la Unión Europea. De estos hábitats, dos figuran en la lista de hábitats de protección prioritaria y ocho están amenazados o muy amenazados.
s. IV
s. XVII-XVIII
s. XIV
s. XVIII -XIX
s. XV
Los ambientes halófilos (de suelo salino), que eran muy abundantes originalmente, hoy son mucho más escasos. En la actualidad sólo quedan unas 2.000 hectáreas de marismas, 500 de las cuales están desprotegidas y amenazadas de transformación por las actividades humanas.
2002
INVESTIGACIÓN Evolución y futuro del delta
• Algunos estudios afirman que la tala abusiva de bosques pudo contribuir al aumento de la erosión del suelo de las montañas y al crecimiento del delta del Ebro en los siglos XV y XVI . ¿Crees adecuado adoptar otra vez esta medida para frenar la regresión del delta? ¿Por qué?
Escribe un informe sobre la evolución y el posible futuro del delta del Ebro. Busca información y responde a las preguntas siguientes. • ¿Cuáles son los factores naturales que han podido influir en la formación y en el aspecto actual del delta? ¿Qué factores lo amenazan? • ¿Qué papel han tenido la acción del mar, del viento, del ser humano y, sobre todo, del mismo río en la formación del delta? • Las presas del Ebro permiten regular su caudal, aprovechar el agua para usos domésticos, agrícolas e industriales, y evitar las inundaciones. Sin embargo, también impiden que los sedimentos lleguen a la desembocadura del río. ¿Crees que es posible resolver este problema? ¿Por qué?
31
2 Dinámica interna de la Tierra
Contenidos
EXPRESA LO QUE SABES
1. PANORAMA:
1. Observa las fotografías y responde.
2. 3. 4. 5. 6.
Investigando lo inaccesible. La litosfera se mueve. ¿Por qué se mueven las placas? Terremotos y volcanes. La formación de las cordilleras. Estructuras tectónicas: pliegues y fallas.
• ¿Qué se puede apreciar en las fotos? • ¿Qué fenómeno se está produciendo en la fotografía de arriba? ¿Qué materiales salen del volcán? • ¿De dónde proceden los materiales que surgen de un volcán como el de la fotografía? • ¿Cómo se forman las inmensas masas rocosas de las cordilleras? ¿Qué procesos deben estar relacionados con su formación?
2. Responde. • ¿Por qué en algunas zonas del mundo hay volcanes y en otras no? • Es habitual que en algunas regiones de la Tierra se produzcan con cierta frecuencia terremotos y erupciones volcánicas. Los fenómenos sísmicos, ¿están relacionados con la actividad volcánica?
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • Los volcanes en España.
32
¿QUÉ DEBES SABER? 3. Los procesos internos y los procesos externos
Conceptos previos de Geología
Recuerda que en nuestro planeta actúan diversos procesos que son los responsables del modelado del paisaje. Unos son externos, como los que hemos estudiado en la unidad anterior, y son debidos, básicamente, a la energía solar y a la gravedad. Pero también hay procesos internos, causados por la energía interna del planeta.
1. La litosfera y la corteza Recuerda que en cursos anteriores hemos insistido en la distinción entre corteza y litosfera. La corteza es la capa externa sólida del planeta. La litosfera, en cambio, es el conjunto formado por la corteza y la parte superior del manto que está en contacto con ella. La litosfera tiene un grosor de entre 70 y 150 km. Es más fina en las zonas oceánicas y más gruesa en las continentales, donde se encuentran las grandes cordilleras.
Se suele decir que los procesos internos son los grandes constructores del paisaje, los que forman los grandes bloques del relieve. En cambio, los procesos externos modelan estos bloques preexistentes, con una acción tanto destructiva como constructiva, y configuran el paisaje tal y como lo vemos actualmente.
2. Las rocas ígneas y el magma El magma es material fundido proveniente del interior terrestre. Es el material a partir del cual se forman las rocas ígneas.
Conceptos previos de Física y Química
Las rocas ígneas plutónicas se forman a grandes profundidades. Masas de magma solidifican y forman enormes bloques de roca. Un ejemplo de roca plutónica es el granito.
1. Las fuerzas y la energía Muchas manifestaciones externas de la dinámica interna de la Tierra se explican con los conceptos de fuerza y de energía. Tal y como estudiaremos, el movimiento de grandes masas de la litosfera terrestre produce unas fuerzas de gran magnitud sobre los conjuntos rocosos. Estas fuerzas son, por ejemplo, las causantes de los terremotos.
En los volcanes activos se puede producir la salida de material magmático del interior de la Tierra. Cuando el magma solidifica, se forman rocas ígneas volcánicas (extrusivas). Un ejemplo de roca volcánica es el basalto.
El origen de los movimientos de las partes de la litosfera se halla en la energía interna de la Tierra. El interior del planeta se encuentra a muy alta temperatura. Esta energía térmica es la causante de muchos de los fenómenos que veremos en esta unidad.
PIENSA Y RESPONDE • Las muestras de estas fotografías corresponden a dos rocas ígneas: el granito (izquierda) y el basalto (derecha). ¿Qué diferencias encuentras entre una y otra? ¿Cuál está formada, visiblemente, por más de un mineral? El tamaño de los cristales que forman estas rocas, ¿es el mismo en una roca y en la otra?
Efectos de un terremoto. ¿A qué se debe que se produzcan fenómenos tan impresionantes y destructivos como los terremotos?
33
TAREA 2.1: PANORAMA
Investigando lo inaccesible 1. Estudiar el interior de la Tierra
2. Las ondas sísmicas
Las minas más profundas que se excavan en el subsuelo sólo llegan a los 10 km de profundidad. No obstante, la imposibilidad de acceder de manera directa o por medio de sondeos al interior de la Tierra, no ha representado un problema insalvable para poder estudiar su interior. La mayoría de las investigaciones se basan en procedimientos indirectos que se pueden llevar a cabo desde la superficie.
La energía que se libera durante los terremotos o en explosiones controladas se transmite en forma de ondas elásticas, que producen diversos tipos de vibraciones en las rocas. Los dos tipos principales de vibración en el interior de la Tierra son las ondas primarias (P) y las ondas secundarias (S). Cuando las ondas P y S llegan a la superficie o a una zona de cambio brusco de materiales, producen ondas superficiales del tipo Love (L) o Rayleigh (R). Observa en estos esquemas la dirección y el sentido de propagación y vibración de las ondas.
Los más utilizados son los métodos geofísicos, basados en principios de la física y en cálculos complejos a partir de los datos que proporcionan instrumentos muy sensibles. De una manera similar a lo que sucede cuando se realiza una radiografía del cuerpo humano, estos métodos permiten detectar los cambios de características de las rocas del subsuelo sin que haga falta verlos directamente.
Dirección y sentido de las ondas
Dirección y sentido de la propagación
Ondas P
Los métodos geofísicos más utilizados son: Ondas S
• Los métodos eléctricos, basados en la evaluación de los cambios en el comportamiento de la electricidad cuando ésta se transmite a través de las rocas. Aunque existe un campo eléctrico natural, muchas veces se aplican descargas eléctricas pequeñas provocadas artificialmente.
Ondas L
• Los métodos geotérmicos, que miden las anomalías de temperatura en las rocas de la superficie terrestre originadas por el flujo de calor proveniente del interior del planeta, cuando este flujo se propaga por los diferentes conjuntos rocosos.
Ondas R
Las ondas sísmicas son muy eficaces para obtener información de las capas más profundas de la Tierra.
• Los métodos magnéticos, que registran las leves variaciones locales de la intensidad del campo magnético terrestre, ya que afecta a cada tipo de material geológico de una forma distinta.
0°
• Los métodos gravimétricos, que comparan el valor del campo gravitatorio registrado en cada punto de la superficie, para detectar los cambios de densidad de los conjuntos rocosos.
Foco sísmico Llegan ondas S y P
Llegan ondas S y P Núcleo externo Núcleo interno
• Los métodos sísmicos, basados en la propagación en el interior de la Tierra de las ondas sísmicas producidas por los terremotos. También se pueden producir estas ondas con explosiones controladas.
103° No llegan ondas P ni S
142°
No llegan ondas P ni S
Llegan ondas P
Las superficies que separan los distintos conjuntos rocosos que forman el interior terrestre se llaman discontinuidades. Éstas se denominan con el nombre de los científicos que las descubrieron.
Interpretación de la estructura interna de la Tierra basada en la propagación de las ondas sísmicas. Las ondas S no se transmiten a través de materiales líquidos. Por eso, su propagación se interrumpe cuando llegan al núcleo externo.
34
3. La estructura interior del planeta Los estudios sísmicos permiten afirmar que nuestro planeta está formado por unas capas concéntricas de composición diferente: la corteza, el manto y el núcleo.
Corteza continental Corteza oceànica (25-70 km) Discontinuidad (6-12 km) de Mohorovicic 75 km
Astenosfera
Manto superior
1.000 km
ϳ
LAS CAPAS DE LA TIERRA
Discontinuidad Manto de Gutenberg inferior
Capas
Partes
La corteza. Es la capa más superficial
La corteza oceánica se encuentra en el fondo de las zonas más profundas de los océanos. Cubre el 53 % de la superficie del planeta. Su espesor oscila entre los 6 y los 12 km, y su estructura y composición son muy uniformes. La corteza continental cubre el 47% de la Tierra y la encontramos, al mismo tiempo, en zonas emergidas del planeta y en las zonas sumergidas de algunos continentes. Su grosor oscila entre los 25 y los 70 km. Es más profunda bajo las grandes cordilleras. Tiene una estructura y una composición muy complejas.
y más fina de la Tierra. Aunqu e tiene un volumen y una masa insignificantes si los comparamos con los del resto del planeta, desempeña un papel fundamental en la dinámica de la Tierra y en el sostenimiento de la biosfera. En ella se distinguen dos con juntos de espesor y composición diferentes: la corteza oceánica y la continental.
El manto. La capa que se denomina
manto está situada bajo la corteza y se extiende hasta el interior de la Tierra. Tiene un grosor aproximado de 2.865 km. Este conjunto rocoso representa el 84 % del volumen del planeta y el 69 % de la masa total. En el manto se pueden distinguir dos partes: el manto superior y el manto inferior.
El núcleo. Es la parte más interna del
planeta. Se extiende desde los 2.900 km hasta el centro de la Tierra, situado a 6.371 km de profundidad media. El núcleo representa el 16 % del volumen terrestre y el 31% de su masa. Su composición química se deduce de la elevada densidad, y parece que en ella predominan el hierro y el níquel. Las ondas sísmicas nos informan de que está dividido en dos partes: núcleo externo e interno.
El manto superior tiene un espesor aproximado de 1.000 km. Se supone que la mayoría de las rocas que lo componen se encuentran en estado sólido, excepto en un tramo situado entre los 75 y los 400 km de profundidad. Esta franja tiene un comportamiento más plástico y se llama astenosfera, del griego asthenos, que significa «suave» o «débil». El manto inferior parece tener una composición más homogenea. Por su densidad, se cree que su composición es equivalente a la de algunos meteoritos ricos en silicio, hierro y magnesio. El núcleo externo se sitúa entre los 2.900 y los 5.120 km de profundidad y se interpreta que se encuentra en estado líquido. El núcleo interno es sólido y su densidad aumenta hasta llegar a los 13 g/cm3.
35
2.900 km Discontinuidad Núcleo de Lehman externo 5.120 km 6.371 km
Núcleo interno
Esquema de la estructura interna de la Tierra.
ACTIVIDADES Recordar 1. Haz un resumen de los procedimientos indirectos más importantes que sirven para conocer la composición y la estructura del interior terrestre.
Explicar 2. Responde. • ¿Por qué no es posible hacer sondeos hasta el centro de la Tierra? • Si los océanos cubren el 70 % de la superficie terrestre, ¿por qué la corteza oceánica sólo representa el 53%? • ¿Cómo se pueden producir artificialmente ondas sísmicas para estudiar el interior terrestre?
TAREA 2.2
La litosfera se mueve 1. La deriva de los continentes
2. La tectónica de placas
Al comienzo del siglo XX, el científico alemán Wegener presentó la teoría de la deriva continental, un antecedente histórico de la actual teoría de la tectónica de placas. En esta teoría, Wegener afirma que los continentes actuales estuvieron unidos hace unos 200 millones de años y que constituían una unidad, el supercontinente Pangea. A consecuencia de grandes rupturas, la Pangea se dividió sucesivamente en fragmentos (los continentes actuales) que se fueron separando. Al cabo del tiempo, algunos de los continentes a la deriva colisionaron y originaron las grandes cordilleras. Para elaborar su teoría, Wegener se basó en una serie de datos geográficos, paleontológicos y tectónicos.
El progreso del conocimiento geológico nos permite asegurar hoy que los continentes emergidos no son los que se desplazan sobre la superficie de nuestro planeta. La teoría de la tectónica de placas establece que la parte sólida más externa de la Tierra está formada por un número reducido de placas rocosas que se mueven continuamente.
• Datos geográficos. Wegener observó que los
contornos actuales de los continentes, sobre todo los de África y los de América del Sur, encajan como las piezas de un rompecabezas.
Las placas no estan formadas únicamente por la corteza terrestre, sino que también incluyen una parte del manto superior. Este conjunto se llama litosfera y constituye una unidad que tiene entre 70 y 150 km de grosor y que se desplaza lentamente como un bloque rígido sobre la astenosfera. Actualmente se reconocen ocho grandes placas y otras más pequeñas o microplacas. Las grandes placas son la africana, la antártica, la eurasiática, la indoaustraliana, la pacífica y la placa de Nazca. Según la estructura que tienen, se distinguen dos tipos de placas litosféricas: las continentales o mixtas y las oceánicas.
• Datos paleontológicos. Los fósiles indican que
hace unos 350 millones de años la fauna y la flora de África, de América del Sur, de la India y de Australia eran las mismas: eso quiere decir que, en aquella época, estos continentes estaban unidos.
• Las placas continentales o mixtas presentan corteza continental y oceánica. Comprenden los continentes y una parte de los fondos oceánicos.
• Datos geológicos y tectónicos. En los dos lados
• Las placas oceánicas presentan corteza oceánica y se encuentran sólo sobre fondos oceánicos.
del océano Atlántico coinciden las grandes unidades geológicas y los ejes de plegamiento de las cadenas montañosas. Eso indica que los continentes estaban unidos: África estaba unida a América del Sur y Europa, a América del Norte.
Litosfera
Astenosfera Manto
Núcleo a c a l P
Corteza continental
Corteza oceánica
Parte del manto superior Astenosfera
Grabados de Wegener sobre el desplazamiento de los continentes.
Corte de la Tierra que muestra las capas que la forman y ampliación de una placa litosférica mixta.
36
4,5
PLACA NORTEAMERICANA
PLACA EUROASIÁTICA
2,3
3,7 3,4
PLACA DE LAS ISLAS KURILES
5,5
3,0
PLACA DEL CARIBE
5,6
PLACA DE LAS ISLAS FILIPINAS
PLACA DE LA ISLA DE COCOS
PLACA ARÁBIGA PLACA AFRICANA
2,5
2,0
11,7
PLACA PACÍFICA
3,0
6,0
2,0
10,5 7,2
PLACA 7,1
18,3
INDOAUSTRALIANA
PLACA DE NAZCA
PLACA SUDAMERICANA
2,5 1,1 6,2 1,7
7,4 10,3
7,3 7,2
3,7
1,3 7,7
3,3
PLACA ANTÁRTICA 5,7
Línea de colisión de placas
Línea de origen (dorsal) y dirección del desplazamiento
1,8
Velocidad de desplazamiento de las placas (en cm/año)
3. Los límites de las placas Los límites entre las placas son muy importantes porque en ellos tienen lugar la mayor parte de los procesos internos de la Tierra (volcanes, terremotos, formación de cordilleras, etc.). El movimiento entre las placas tiene velocidades de entre 1 y 12 cm por año. El sentido del desplazamiento origina diversos fenómenos y permite distinguir tres tipos de límites: convergentes, divergentes y transformantes.
Límite convergente: obducción
En los límites divergentes se produce separación entre placas, facilitando la ruptura de los continentes y la formación de océanos. También se llaman límites constructivos porque el ascenso de material rocoso fundido construye corteza oceánica nueva. En los límites convergentes se produce acercamiento entre las placas. También se llaman límites destructivos porque provocan colisiones que transforman la litosfera. El movimiento de aproximación entre dos placas puede ser de dos tipos: de subducción y de obducción. La subducción se produce cuando una placa litosférica se introduce por debajo de otra. La fricción entre las placas es el origen de algunos terremotos, y el aumento progresivo de la temperatura permite la fusión de las rocas y la aparición de actividad volcánica. La obducción consiste en la aproximación de dos placas continentales tras un proceso de subducción, que origina la formación de una cordillera. En los límites transformantes tiene lugar un desplazamiento lateral entre las placas, que produce una fuerte fricción y actividad sísmica. 37
Límite convergente: subducción 6 6
6 6
6 6
Límite transformante
Corteza continental
Corteza oceánica
TAREA 2.3
¿Por qué se mueven las placas? 1. La expansión de los fondos oceánicos En los fondos oceánicos hay unas estructuras fundamentales para explicar el movimiento de las placas: las dorsales oceánicas. Dorsal oceánica Las dorsales son cordilleras enormes de miles de kilómetros dispuestas a lo largo de las zonas centrales de los océanos. La parte más alta de una dorsal está formada por una doble cresta en cuyo eje central Expansión Expansión hay una fosa profunda, que es una del fondo marino del fondo marino abertura por donde emerge material del manto. El material que surge por la Generación fosa es basáltico y forma a los dos laAstenosfera de corteza oceánica dos extensas coladas, más finas a medida que se alejan de la dorsal. Este material basáltico, cuando Dorsal oceánica y expansión de los fondos se enfría, se transforma en corteza oceánica. Las dorsales son oceánicos. puntos de creación de corteza a partir de material del manto.
La salida de material a las dorsales provoca la expansión del fondo oceánico, lo que provoca la separación de los continentes.
Fosa oceánica
2. La destrucción de corteza oceánica En los márgenes de los continentes y de algunos archipiélagos hay grandes fosas oceánicas: largas depresiones que pueden tener diez kilómetros de profundidad y miles de longitud. Aquí se destruye la corteza oceánica por subducción de una placa por debajo de otra.
Plano de Benioff (plano de deslizamiento de las placas) Subducción
3. El motor de las placas El movimiento de las placas litosféricas se debe a la energía interna de nuestro planeta. Los materiales del interior de la Tierra están a temperaturas muy altas. Además de mover las placas, esta energía geotérmica causa muchos fenómenos que se observan en la superficie, como por ejemplo el vulcanismo.
Destrucción de la corteza oceánica
Fosa oceánica y subducción.
Se han propuesto dos modelos de motor de las placas: • Según el primer modelo, las placas se mueven a causa de corrientes de convección del fluido de la astenosfera. Estas corrientes se producen en cualquier fluido que está en contacto con un foco de calor, como cuando se calienta agua en una olla. El calor hace que los materiales suban, que se trasladen horizontalmente cerca de la superficie y que bajen al enfriarse. Así se forma una corriente cíclica que empuja las placas. • El segundo modelo plantea que las placas se mueven por las fuerzas que se ejercen en los límites entre ellas. La salida de materiales en una dorsal crea un impulso que provoca el deslizamiento de las placas a ambos lados de la dorsal. Ninguno de estos modelos es satisfactorio. Se admite que el movimiento de las placas se debe a una combinación de los dos. 38
Corriente horizontal
Dorsal
Corrientes ascendentes
Zona de subducción
Placa ➤
Manto
Corrientes descendentes
Corrientes de convección del manto y movimiento de las placas.
4. Las pruebas del movimiento de las placas Hay una serie de hechos que confirman la teoría de la tectónica de placas: la distribución de los volcanes y de los terremotos, la edad de la corteza oceánica y el paleomagnetismo.
Distribución de la actividad volcánica y sísmica Tanto los volcanes como los terremotos son más frecuentes en los océanos, en los arcos insulares de Asia oriental y meridional, y en los márgenes de los continentes. Estos hechos indican que los terremotos y el vulcanismo se producen en las dorsales y en las zonas de contacto entre dos placas.
La edad de la corteza oceánica Cuando se estudia, por métodos radiactivos, la edad del basalto desde las dorsales hasta las fosas submarinas, se observa que esta roca es más antigua a medida que nos alejamos de las dorsales. Por otra parte, el grosor de la capa de sedimentos que hay sobre el basalto es muy pequeño cerca de las dorsales y mucho más grande cerca de las fosas submarinas. Eso indica que en la zona cercana a las fosas ha habido mayor tiempo de sedimentación que en las dorsales. Ambas observaciones indican que la corteza basáltica se forma en las dorsales y que se destruye en las fosas oceánicas. La edad máxima del basalto, de unos 200 millones de años, indica que éste es el tiempo que transcurre entre la creación y la destrucción de corteza oceánica.
Erupción del volcán Stromboli (Italia). La distribución de los volcanes en el planeta nos da una idea de dónde se producen contactos entre placas.
ACTIVIDADES Recordar
El paleomagnetismo Cuando se forma un mineral de hierro a partir de lava que se solidifica, las partículas se mantienen orientadas según los polos magnéticos de la Tierra. En los minerales de hierro que se encuentran en las coladas basálticas de los costados de las dorsales o en el interior de los continentes se mantiene esta orientación magnética y se denomina paleomagnetismo. A lo largo de la historia de la Tierra, los polos magnéticos se han invertido varias veces. Esto quiere decir que el polo norte magnético ha ocupado, a veces, la posición del polo sur magnético actual. Además, los polos también se han desplazado ligeramente en el transcurso del tiempo: actualmente tienen una posición diferente de la que tenían, por ejemplo, hace 500 millones de años. Estos hechos hacen que la orientación magnética de los minerales de hierro sea muy diferente según su antigüedad. Por eso, el estudio del paleomagnetismo permite reconstruir la situación de los continentes en el pasado. 39
1. Indica cómo se produce la expansión del fondo oceánico en las dorsales. 2. Localiza en el dibujo de la fosa oceánica el plano de Benioff y explica qué es.
Comprender 3. Responde a las preguntas. • ¿Qué es la convección? ¿Qué experimento podríamos hacer en una cocina para observarla? • ¿En qué partes de la Tierra se producen con más frecuencia fenómenos sísmicos y volcánicos?
TAREA 2.4
Terremotos y volcanes 1. La actividad sísmica y volcánica: causas
LA ESCALA DE RICHTER
En la mayor parte de los casos, la actividad sísmica y volcánica se puede explicar por el movimiento de las placas litosféricas.
La intensidad de los terremotos se mide en grados de la denominada escala de Richter. A continuación se citan algunos ejemplos.
La actividad sísmica se debe a las tensiones importantes que se producen en las zonas de contacto entre placas a nivel de la corteza, a causa de la subducción, la fricción (desplazamientos laterales) o la presión originada por el choque de placas. Cuando las tensiones se descargan, se producen terremotos. El vulcanismo también es importante en estas zonas por las fracturas que se pueden producir en la litosfera, que permiten la salida de materiales magmáticos de las partes más profundas.
• 3,5 grados. Terremoto débil que sólo se percibe en los pisos altos de los edificios. • 4,5 grados. Tiemblan las ventanas, los muebles y los vehículos estacionados. • 5,5 grados. Caen algunos árboles y se producen ciertos destrozos. • 6,5 grados. Se producen daños en algunas estructuras y el desmoronamiento de muros. • 7,3 grados. Se destruyen un gran número de edificios y se hunden los puentes. • Más de 8,1 grados. Terremotos que producen la destrucción total y levantamientos de la corteza terrestre.
2. Los terremotos Cuando en el interior de la Tierra la energía elástica acumulada por los conjuntos rocosos se libera de manera instantánea, la perturbación se propaga y da lugar a movimientos del terreno. Estos movimientos se denominan terremotos o seísmos. En la localización de los terremotos son importantes dos puntos: el hipocentro y el epicentro. El hipocentro es el punto del interior de la Tierra donde se origina el terremoto. Desde el hipocentro se propagan dos tipos de ondas sísmicas: las longitudinales y las transversales.
La escala de Richter es abierta. Esto quiere decir que, aunque hasta hoy no se ha registrado ningún terremoto de magnitud superior a 9, es posible se pueda producir alguno que supere los 10 grados.
• Las ondas longitudinales producen una vibración de las partículas paralela a la dirección de propagación de la onda. Son las ondas más rápidas y, por eso, las primeras que detectan los sismógrafos. Se denominan ondas principales o P. • Las ondas transversales producen una vibración de las partículas perpendicular a la dirección de propagación de las ondas. No se transmiten en medios fluidos y son más lentas que las P. Por eso se denominan ondas secundarias o S. El epicentro es el punto de la superficie terrestre más próximo al hipocentro. Es donde se producen las ondas sísmicas superficiales u ondas L, que se transmiten por las capas superficiales de la Tierra y son las que provocan las catástrofes. Según la profundidad a la cual se origina un terremoto, se pueden distinguir tres tipos: superficiales (hipocentro entre 10 y 20 km de profundidad), intermedios (entre 20 y 70 km) y profundos (hasta 700 km por debajo de la superficie terrestre). Superficie
Interior de la Tierra Ondas P Hipocentro
Epicentro Ondas S Ondas L
40
Elementos de un terremoto. En el hipocentro se originan ondas P y S; y, en el epicentro, ondas L, que son las que producen las catástrofes.
3. Los volcanes Un volcán es la salida al exterior de material magmático del interior de la Tierra a través de aberturas en la corteza terrestre. Según la forma de la abertura, son puntuales o fisurales.
Volcán fisural
• Los volcanes puntuales son los volcanes típicos, con chimenea, cráter y cono, y una abertura más o menos circular. • Los volcanes fisurales tienen como abertura una grieta o fisura de gran longitud. Un ejemplo de volcán fisural es el que provocó las grandes coladas de lava en el Décan (India). Los materiales expulsados por un volcán en una erupción se clasifican según el estado físico en que salen al exterior. Los productos sólidos son porciones de magma (materiales fundidos del interior de la Tierra) que han solidificado mientras ascendían por la chimenea volcánica o que se enfrían rápidamente en contacto con el aire. Estos fragmentos se denominan cenizas cuando son finos y tienen aspecto pulverulento, lapilli si tienen las dimensiones de la grava y bombas o bloques volcánicos si son más grandes. Las bombas volcánicas tienen forma redondead a, y los bloques, formas angulosas.
Volcán puntual vulcaniano
Volcán puntual peleano
Los productos líquidos se llaman lava, y están formados por el magma sin gases. Cuando solidifican forman rocas volcánicas. Los productos gaseosos son variados, como vapor de agua, hidrógeno, nitrógeno, monóxido y dióxido de carbono, etc.
Volcán puntual hawaiano
ACTIVIDADES
Tipo de erupciones volcánicas Las erupciones son muy diferentes según el tipo de volcanes. Así, en un volcán pueden predominar las efusiones gaseosas; en otros, las explosiones con salida brusca de productos sólidos, y en otros, la emisión lenta de lava. Por eso, los volcanes se clasifican en tres tipos: vulcanianos, peleanos y hawaianos. • Los volcanes vulcanianos, como el Vesubio (Italia), tienen la lava muy viscosa y en la erupción producen explosiones fuertes y nubes de cenizas. • Los volcanes peleanos, como el de Montagne Pelée (isla de la Martinica), tienen una lava muy viscosa que forma un tapón sobre el cono y el cráter. • Los volcanes hawaianos, como el Kilauea (Hawai), producen una lava muy fluida que forma extensas coladas.
Recordar 1. Responde a las preguntas. • ¿En qué parte de la Tierra se producen más erupciones volcánicas? ¿Por qué? • ¿Qué materiales expulsan los volcanes cuando entran en erupción? • Busca información y responde. ¿Se puede producir un terremoto en el océano? ¿Cómo se llama este tipo de fenómeno? ¿Puede tener consecuencias en la costa? 2. Piensa y responde.
El vulcanismo atenuado Durante las fases de reposo, muchos volcanes conservan algunas manifestaciones de vulcanismo atenuado, como las fumarolas, los géiseres y las aguas termales. Las fumarolas son emisiones de gases a través de grietas. Los géiseres son emisiones intermitentes de vapor de agua. Las fuentes termales son masas de agua caliente que suele llevar sales disueltas. 41
• ¿Qué ondas sísmicas producen catástrofes? ¿Dónde se originan? • Un terremoto cuyo epicentro se localiza a 500 km bajo la superficie, ¿es superficial, intermedio o profundo?
TAREA 2.5
La formación de las cordilleras 1. Las grandes cordilleras
2. El ciclo de Wilson: apertura y cierre de los océanos
Los Alpes y los Pirineos (en Europa), el Himalaya (en Asia) y los Andes (en América) son ejemplos de cordilleras. Entre sus características geológicas más importantes destaca la presencia de rocas plegadas o muy fracturadas. También son comunes las rocas volcánicas, las plutónicas y las sedimentarias, que, a veces, contienen fósiles marinos a miles de metros sobre el nivel actual del mar.
En el marco de los descubrimientos de la tectónica de placas, hacia el año 1966 el geólogo canadiense Wilson propuso un modelo que esquematizaba la apertura y el cierre de las cuencas oceánicas según un proceso cíclico compuesto de fases. Se denomina ciclo de Wilson al conjunto de estados de la litosfera en los cuales un supercontinente se fragmenta y se dispersa para volverse a unir sus fragmentos al cabo de centenares de millones de años.
La estructura geológica compleja de las cordilleras y la existencia de sedimentos depositados originariamente en las cuencas oceánicas permiten imaginar que la génesis de las cordilleras se debe a deformaciones intensas de la corteza terrestre, en los límit es donde colisionan las placas litosféricas.
Se han podido observar ejemplos de este proceso en muchos lugares del planeta. La formación de una cordillera representa uno de los estadios finales del ciclo y cumple el papel de zona de sutura entre dos placas antiguamente separadas. Litosfera oceánica 1. Formación de una cuenca oceánica
➤
Margen pasivo 2. Aparición de una dorsal
➤
Dorsal
➤
Margen pasivo 3. Expansión oceánica
Litosfera continental
Cuenca
Cuenca joven
➤
Expansión
➤
➤
Nuevas zonas de subducción
La velocidad de formación de una cordillera es imperceptible en la escala de tiempo humana. La elevación de la cordillera se produce en el transcurso de millones de años, por el movimiento de choque de dos placas que provocan la elevación de la corteza terrestre. La palabra orogenia se utiliza para denominar el proceso de formación de una cordillera. A veces, el mecanismo dominante en la formación de una cordillera es el ascenso progresivo de magmas en la zona donde una placa se introduce por debajo de otra. Éste es el caso de los Andes, donde la placa de Nazca se mete por debajo de la placa suramericana. En este tipo de cordilleras se produce una actividad volcánica muy intensa.
4. Aparición de zonas de subducción
➤
5. Formación de cordilleras
➤
6. Comienza el cierre de la cuenca oceánica
➤
➤
➤
➤
7. Cierre de la cuenca y aparición de una cordillera
En otros casos, la cordillera se origina por el choque entre placas, con la etapa final de cierre de una cuenca oceánica. Éste es el caso del Himalaya, donde la subplaca índica colisionó con la placa eurasiática.
Esquema del ciclo de Wilson.
42
Sutura
Fosa
3. Movimientos que forman montañas Generalmente se distinguen dos tipos de movimientos que intervienen en la génesis de las montañas: los movimientos orogénicos y los movimientos epirogénicos. • En los movimientos orogénicos , el desplazamiento preferente de las masas rocosas se produce de forma horizontal a causa de la fricción o choque entre placas. En este caso, es importante el concepto moderno de geosinclinal, entendido como una zona oceánica deprimida cerca de los márgenes continentales donde se acumula una gran cantidad de sedimentos. La colisión entre las placas puede elevar estos depósitos sedimentarios hasta integrarlos en la futura cordillera. • En los movimientos epirogénicos, el desplazamiento preferente se produce en el plano vertical. Estos movimientos se dan, por ejemplo, por la erosión de una montaña. La pérdida de materiales produce una disminución del peso, con lo que se origina un movimiento de las rocas hacia arriba. Este hecho se explica según la teoría que indica que los bloques rocosos flotan en la astenosfera, y que se hunden más cuanto más pesan. Si disminuye el peso de un bloque, éste asciende hasta que se recupera el equilibrio. Ejemplos de estos movimientos epirogénicos se encuentran en las zonas polares, donde la fusión de los casquetes de hielo produce una descarga del peso de los continentes y favorece su levantamiento. Si bien los movimientos orogénicos son más lentos, son los responsables de la aparición de las grandes cordilleras. Los movimientos epirogénicos, en cambio, son rápidos, pero de transcendencia escasa en la formación de relieves. Estos movimientos son especialmente constatables en las zonas litorales, donde pequeñas oscilaciones en el nivel relativo del mar pueden tener consecuencias muy evidentes en la línea de la costa.
Corteza continental Subducción
Corteza oceánica
1. Cierre de una cuenca oceánica I
Sedimentos
2. Océano estrecho I
3. Colisión. Formación de una cordillera I
4. Sutura
Movimientos orogénicos.
ACTIVIDADES Recordar
Explicar
1. Explica los mecanismos dominantes en los procesos de formación de las cordilleras.
4. Piensa y responde a las preguntes. • ¿En qué lugares del mundo se producen actualmente procesos formadores de cordilleras?
2. Describe las características geológicas más importantes de las cordilleras.
• ¿Qué es un movimiento orogénico? ¿Qué es un geosinclinal?
Comprender
• ¿Qué es un movimiento epirogénico? ¿Cuándo se producen estos movimientos? ¿Dónde son especialmente constatables y por qué?
3. Responde la pregunta. • ¿Cuál es el origen de las dorsales oceánicas?
43
Margen estable
TAREA 2.6
Estructuras tectónicas: pliegues y fallas 1. Las deformaciones de la corteza A causa de la dinámica del interior de la Tierra, los materiales de la corteza se deforman. Estas alteraciones en la disposición normal de las rocas se deben a las fuerzas de compresión y distensión a que están sometidas. Los pliegues y las fallas son deformaciones de la corteza terrestre.
2. Los pliegues Los pliegues son curvaturas a manera de ondas en las cuales se alternan concavidades y convexidades. Desde el punto de vista geométrico, las concavidades se denominan sinclinales, y las convexidades, anticlinales. Los flancos son los planos laterales del pliegue.
La charnela es la parte de máxima curvatura del pliegue.
El plano axial es el plano que une las charnelas de todos los estratos concéntricos del pliegue.
Diversas capas de rocas.
Sinclinal
Los pliegues rectos tienen el plano axial vertical y los flancos con el mismo buzamiento.
Pliegues en materiales de los Picos de Europa, en León.
Anticlinal
El buzamiento es el ángulo que forma un flanco con un plano horizontal.
Sinclinal
Los pliegues inclinados tienen el plano axial inclinado y cada flanco con un buzamiento diferente.
Los pliegues tumbados tienen el plano axial horizontal o casi horizontal.
Asociaciones de pliegues En la naturaleza, los pliegues están asociados. Las asociaciones más sencillas son el isoclinorio, el anticlinorio y el sinclinorio.
Un isoclinorio es una asociación de pliegues con los planos axiales paralelos.
Un sinclinorio es una asociación de pliegues cuyos planos axiales convergen hacia arriba.
Un anticlinorio está formado por pliegues cuyos planos axiales confluyen en profundidad.
44
3. Las fallas Una falla es una fractura de materiales, acompañada siempre de desplazamiento entre dos bloques. Las fracturas sin desplazamiento no se denominan fallas, sino diaclasas. En las fallas se distinguen las partes siguientes: Los labios de falla son los dos bloques que se desplazan. El cuerpo rocoso que se desplaza hacia arriba es el bloque superior; el otro es el bloque inferior. El salto de falla es el valor del desplazamiento entre los dos bloques.
El plano de falla es la superficie a lo largo de la cual se produce la fractura y el desplazamiento de los bloques.
Falla vertical o recta. El plano de falla es vertical.
Falla normal o directa. El plano está inclinado en la dirección del labio hundido.
Falla inversa. El plano de falla Falla horizontal. Sólo está inclinado hacia el bloque hay desplazamiento elevado. horizontal de los bloques.
Asociaciones de fallas
Pilar tectónico
El caso más frecuente es que las fallas aparezcan asociadas, formando pilares tectónicos y fosas tectónicas. Este modelo de asociación de fallas se origina a gran escala por grandes esfuerzos de distensión.
4. Los mantos de corrimiento Estas formaciones se producen por combinación de pliegues y fallas. En un pliegue muy tumbado puede producirse una fractura (una falla) gracias a la cual los materiales que quedan por arriba deslizan sobre los que están por debajo. La estructura tectónica que se produce así se denomina manto de corrimiento. En ella es fácil observar discordancias en los estratos y las rocas, así como signos de la intensa fricción entre materiales. 45
Fosa
RESUMEN DE LA UNIDAD • Los estudios sísmicos permiten afirmar que nuestro planeta está formado por unas capas concéntricas de composición diferente: la corteza, el manto y el núcleo. • La teoría de la tectónica de placas establece que la parte sólida más externa de la Tierra está formada por un número reducido de placas rocosas que se mueven continuamente unas respecto de otras. Las placas están formadas por la corteza terrestre y una parte del manto superior. Este con junto recibe el nombre de litosfera, y se desplaza lentamente sobre la astenosfera.
• La energía del interior terrestre y el movimiento de las placas litosféricas explican la actividad sísmica y volcánica en el exterior de la Tierra, los procesos de formación de cordilleras y las deformaciones de los materiales de la corteza (los pliegues y las fallas).
• La mayor parte de los procesos internos de la Tierra (los volcanes, los terremotos, la formación de cordilleras, etc.) se producen en los límites ( convergentes, divergentes y transformantes) entre placas. • Las dorsales oceánicas son básicas para explicar el movimiento de las placas: son cordilleras de miles de kilómetros dispuestas a lo largo de las zonas centrales de los océanos. La salida de material en las dorsales provoca la expansión del fondo oceánico. • En los márgenes de los continentes y también de algunos archipiélagos hay grandes fosas oceánicas, largas depresiones que llegan a tener dos kilómetros de profundidad y miles de longitud, donde se destruye la corteza oceánica por subducción de una placa por debajo de otra.
La falla de San Andres, en California (EE.UU.), es la zona de encuentro de dos grandes placas: la norteamericana y la pacífica. En esta falla se produce el deslizamiento de las dos placas, hacia el sur la norteamericana y hacia el norte la pacífica. ¿Qué fenómenos produce en l a zona este contacto entre placas? ¿De qué tipo de límite se trata?
Completa el mapa del tema DINÁMICA INTERNA DE LA TIERRA la litosfera terrestre está dividida en
en la superficie se manifiesta por
las placas se mueven por medio de
el movimiento de las placas explica fenómenos como
mecanismos
que son
y contactan en límites
como
y
como
46
que producen
Actividades Test de d e capacidades capacidades
Test de conocimientos 1
1
Responde a las preguntas. a) ¿Cuáles ¿Cuáles son las principa principales les manifest manifestacioaciones de la actividad interna de la Tierra? b) ¿Dónde ¿Dónde se se produ producen cen? ? c) ¿Qué efectos efectos tienen tienen en en la superf superficie? icie? d) ¿Qué cambios cambios produc producen en a largo plazo plazo en el planeta?
2
Observa el mapa de las placas litosféricas y responde a las preguntas. a) ¿En qué lugare lugaress del planeta planeta pueden pueden apaaparecer grandes cordilleras por colisión entre placas al cabo de millones de años? b) ¿Se puede puede producir producir en el futuro futuro la fractufractura de algún continente? ¿De cuál? ¿Por qué zona se rompería?
Indica las diferencias que hay entre estos conceptos.
c) Describe Describe la evolución evolución posibl posible e de los los continentes en el futuro, de acuerdo con el movimiento actual de las placas.
a) Cortez Corteza a y litosf litosfera era.. b) Manto Manto y asteno astenosfe sfera. ra. c) Placa continenta continentall y placa oceánica. oceánica.
3
4
2
Dorsal Dorsal oceáni oceánica. ca. Zonas de intensa intensa activi actividad dad volcánica volcánica.. Movimi Movimient ento o epirogé epirogénic nico. o. Movimiento Movimiento orogénico. orogénico. Sinc Sincli lina nal. l. Sinc Sincli lino nori rio. o.
Copia este cuadro de las grandes placas litosféricas y complétalo. Placas
Situación geográfica
Tipo de placa (continental o oceánica)
5
Explica los efectos que se producen en los límites entre placas, convergentes, divergentes y transformantes.
6
Explica y haz esquemas.
a) ¿Qué procesos procesos típico típicoss de la tectónica tectónica de placas se representan en este esquema? ¿En qué lugares se producen estos procesos? Pon algunos ejemplos, observando el mapa de las placas litosféricas. b) Explica Explica por qué en la la zona represent representada ada por el esquema hay una alta actividad sísmica y volcánica. Señala, en cada zona, los puntos donde los terremotos podrían ser más frecuentes e intensos.
a) ¿Cómo se se produce produce el movimi movimiento ento de las placas, según el modelo de las corrientes de convección del manto? b) ¿Cómo ¿Cómo se mueven mueven las placas placas,, según el el modelo del impulso en las dorsales?
7
Interpretar esquemas. Observa el esquema y responde.
Define, explica y dibuja los procesos o las estructuras siguientes. a) b) c) d) e) f)
Interpretar mapas.
3
Haz un esquema como los que figuran en el texto para explicar la formación de las cordilleras según el ciclo de Wilson. Explica las seis fases del ciclo.
47
Las ondas sísmicas de los terremotos se pueden detectar con los sismógrafos y permiten calcular la distancia a la cual se ha producido el epicentro. Busca un mapa de Europa e intenta localizar, dibujando los círculos correspondientes, el epicentro de un terremoto situado a 890 km de Barcelona, 570 km de Zurich (Suiza) y 73 0 km de Budapest (Hungría).
Los volcanes en España También tenemos volcanes Las imágenes de una erupción volcánica son un espectáculo fascinante. Cuando las vemos en un documental, es posible que nos maraville la visión de la piedra convertida en fuego y también que nos sorprenda la impotencia de la humanidad ante tanta energía desbordada. Ahora bien, el vulcanismo, ¿es un fenómeno que sólo se produce en zonas muy alejadas de nosotros?
Imagen de la erupción del volcán Teneguía (La Palma, año 1971)
La actividad volcánica en la península Ibérica y en las islas Canarias ha sido un fenómeno habitual en los últimos tiempos geológicos (considerando que el tiempo geológico hay que contarlo por miles o millones de años).
Ninguna de estas zonas muestra actualmente señales de actividad volcánica. Un caso diferente es el de las islas Canarias, un archipiélago de origen claramente volcánico, en el que se encuentra el mayor volcán de España (el Teide), y en el que se produjo la última erupción volcánica de España, la del volcán Teneguía, que entró en erupción en el año 1971.
En el territorio peninsular encontramos zonas volcánicas en Girona, en el Campo de Calatrava (Ciudad Real), en algunos lugares del País Vasco y en el entorno del Cabo de Gata (Almería).
Una zona volcánica en Cataluña En la comarca de la Garrotxa (Girona) se encuentra la zona volcánica más conocida de Cataluña y de la península Ibérica. Allí se pueden reconocer más de una treintena de conos volcánicos y más de veinte grandes coladas de lava. Los científicos creen que el magma que surgió durante las erupciones provenía de profundidades superiores a los 30 km. La actividad de los volcanes de la Garrotxa ha sido la más reciente que se ha producido en Cataluña. Las erupciones tuvieron lugar desde hace 300.000 años hasta hace unos 10.000 años. La «juventud» de los materiales volcánicos de la zona permite estudiarlos muy fácilmente. A pocos metros de la pista del aeropuerto aerop uerto de Girona-Costa Brava se encuentra la Closa de Sant Dalmai, el cráter volcánico más grande de la península Ibérica. Se trata de una colina de pendientes suaves en cuyo centro destaca un enorme cráter de unos 1.200 metros de diámetro. d iámetro. Se cree que este cráter debió producirse por una explosión muy violenta, originada por el contacto del magma en ascenso con una bolsa de agua subterránea.
Formaciones volcánicas en Girona. Arriba, el pueblo de Castellfollit de la Roca, situado sobre un gran farallón volcánico. Abajo, la Closa de Sant Dalmai.
48
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
Canarias, tierra de volcanes
Afloramientos volcánicos
El territorio volcánico por excelencia en España es Canarias. Las islas están formadas por volcanes. De hecho, son sólo la parte superior, emergida, de enormes montañas montañas volcánicas submarinas. Estas montañas alcanzan, en varias islas, altitudes de 1.500 a 2.500 m. El Teide, situado en la isla de Tenerife, es el punto más alto del territorio español, con 3.718 metros sobre el nivel del mar.
Los geólogos llaman afloramientos a los lugares de la superficie donde se pueden observar los materiales geológicos que forman el subsuelo. La mayoría de los afloramientos volcánicos corresponden a tres tipos de manifestaciones: edificios volcánicos, coladas de lava y chimeneas. Los edificios volcánicos son las construcciones que se originan en las proximidades del punto de emisión a partir de la acumulación sucesiva de materiales volcánicos sólidos y líquidos. La mayoría tienen forma de cono. Muchos de ellos se distinguen en la actualidad por la acumulación de bloques rocosos, las bombas volcánicas.
Las islas no se formaron al mismo tiempo. Las más antiguas son Lanzarote y Fuerteventura, que tienen unos 20 millones de años de antigüedad. Ambas islas estuvieron unidas hasta hace 18.000 años. Gran Canaria tiene 14 millones de años, y Tenerife, La Palma y La Gomera, unos 10 millones. La más «joven» en términos geológicos es El Hierro, formada hace sólo 750.000 años.
Las coladas de lava corresponden a la emisión de productos líquidos de un volcán. Las lavas pueden brotar desde el cráter o desde la base de un edificio volcánico, deslizándose por las pendientes y avanzando por los fondos de los valles. En algunos volcanes de la Península, las coladas llegan a más de 10 km del punto punto de emisión. emisión.
Hay varias teorías que explican el origen de las islas. Una de ellas considera que existe un punto caliente bajo la placa africana, una zona del manto que alcanza una gran temperatura y que provoca el ascenso del magma y la formación de las islas volcánicas. Las primeras que se habrían formado serían Lanzarote y Fuerteventura. Puesto que la placa africana se desliza de este a oeste, se habrían ido formando el resto de las islas en diferentes puntos de la placa, mientras que las primeras que se formaron se alejarían del punto caliente y se irían enfriando.
Las chimeneas volcánicas se forman por la solidificación de la lava en el interior de grietas por las que brotaba el magma. Es frecuente que en los volcanes muy antiguos la erosión haya borrado todo rastro rastr o de los edificios y las posibles coladas, y que únicamente las chimeneas queden preservadas como pequeños afloramientos volcánicos.
Esta teoría tendría mucho sentido si no fuera porque hay evidencias de actividad volcánica reciente en las islas más antiguas, que deberían estar ya le jos del punto caliente. caliente . Por eso, algunos geólogos piensan que las islas se formaron sobre fracturas existentes en la corteza, por las que podría ascender magma.
ACTIVIDADES Análisis • Haz una lista de las zonas zonas de España España en en las que que hay evidencias de erupciones volcánicas en el pasado, que han configurado el paisaje de dichas regiones. • ¿Por qué qué se habla habla en el texto texto de «juventud «juventud» » de los volcanes de Girona, por contraposición con algunos de los existentes en Canarias? • Define Define los términ términos os afloramiento volcánico, edificio volcánico, colada de lava y chimenea volcánica .
Informe • Busca datos datos en distinta distintass fuentes fuentes y haz un inforinforme de los nombres y las principales características de los volcanes más conocidos de Canarias.
49
03 Historia de la Tierra y de la vida
EXPRESA LO QUE SABES 1. ¿Cómo se formó formó este este paisaje paisaje y las estructura estructurass que ves en él?
Contenidos 1. PANORAMA: Reconstruir el pasado de la Tierra. 2. El Precámbrico. 3. El Paleozoico. 4. El Mesozoico. 5. El Cenozoico. MEDI MEDIO O AMBI AMBIEN ENTE TE EN EL AULA AULA • ¿Una ¿Una nueva nueva gran extin extinció ción? n?
• El análisis análisis de la composición composición de de las rocas rocas de la foto nos indica que son calizas, pero además podemos ver en ellas unas impresiones a simple vista que se han ampliado para observar los detalles. ¿Qué son estas impresiones? ¿Cómo se originaron? • Observa Observa los estratos estratos de los los que se han obtenid obtenido. o. ¿Cuál de los tres es más antiguo? ¿Cuál es más reciente? ¿Por qué? • ¿Qué nos indican indican estas estas impresione impresiones? s? ¿Podemos ¿Podemos utilizarlas para estudiar la historia de la Tierra y de la vida? Explica tu respuesta. • ¿Ha sido el clima clima terrestr terrestre e siempre siempre como el actual? actual? Cita algunos ejemplos. • Haz una relación relación de los cambios cambios biológic biológicos os que se han producido en la Tierra desde su origen. ¿Cuáles son las causas de estos cambios? • ¿Pueden ¿Pueden producir producir los seres vivos cambios cambios en las condiciones condiciones físicas físicas y químicas del planeta? Explica tu respuesta.
50
¿QUÉ ¿QUÉ DEBE DEBESS SABE SABER? R?
Conceptos previos de Geología
Conceptos previos de Biología
1. Sedimentac Sedimentación ión y rocas sedime sedimentari ntarias. as.
1. Fósi Fósile les. s.
Recuerda los procesos que ocurren en una cuenca sedimentaria: • Precipitació Precipitación n de materiales materiales disueltos. disueltos. • Sedimentació Sedimentación n de materia materia precipitada precipitada y de la que estaba disuelta. • Disposición Disposición en en capas de los sedimen sedimentos tos y formación de las rocas sedimentarias. • A una capa de de sedimento sedimento que se ha compac compactado tado y cementado formando una capa de roca se le llama estrato. • A un grupo de estratos estratos dispues dispuestos tos en contacto contacto unos con otros se le llama serie estratigráfica. • El estudio estudio de las las series series estratigráfic estratigráficas as nos descubre el pasado y nos cuenta hechos ocurridos durante la historia de la Tierra. • Para ordenar ordenar temporal temporalmente mente estos estos hechos hechos se utiliza una escala de tiempo geológico cuya unidad es un millón de años (1 M.a.).
Observa que en algunos de los estratos de la foto anterior hay impresiones cuyas figuras nos recuerdan a algunos seres vivos actuales.
En la cuenca en la que se formaron estos estratos vivían plantas y animales. Si tenían partes duras que no se descompusieron cuando el animal o la planta murió, ¿qué fue de ellas? ¿tienen alguna relación con las impresiones de los estratos? Compara la respuesta que has dado a esta cuestión con el proceso que aparece en l a siguiente figura, en la que se observa cómo se mineralizan los restos de los seres vivos durante la formación de un fósil.
PIENSA PIENSA Y RESPO RESPONDE NDE • Observa Observa la foto foto de la página anteri anterior. or. ¿Cuántos estratos puedes identificar? Numéralos en el orden en que se han depositado.
2. El tiemp tiempo o geológi geológico. co. Esforcémonos un poco para intentar percibir la duración en la escala de tiempo geológico y encontrarnos con la dificultad que presenta esta percepción. • ¿Cuándo ¿Cuándo celebraste celebraste el último cumpleaños? cumpleaños? Recuérdalo y percibe el tiempo que ha transcurrido. • ¿En qué qué año nacist naciste? e? Intenta Intenta percibir percibir este período de tiempo. • ¿En qué año año nacieron nacieron tus abuelos? abuelos? Pregúnt Pregúntalo alo e intenta percibir ese período de tiempo hasta la actualidad. • Busca ahora las fechas fechas de diferentes diferentes acontecimientos históricos y sitúalas con los nombres de los mismos en una escala temporal. Utiliza un papel milimetrado en el que representes cien años de historia en un centímetro. • ¿Cuántos ¿Cuántos metros metros necesitarán necesitarán para para situar situar el origen de la célula eucariótica (1.500 millones de años?), de la fotosíntesis (2.500 millones de años), el origen de la vida (3.800 M.a.) o de la Tierra (4.500 M.a.).
Los fósiles son restos estructurales de seres vivos, huellas y otros restos orgánicos (como los excrementos), que se mineralizaron durante la formación de la roca sedimentaria en la que están incluidos. La forma y estructura de un fósil nos puede indicar las características del ambiente al que estaba adaptado. mar 3 Afloramiento del resto fósil.
1 Muerte del animal.
51
2 Deposición de sedimentos, formación de roca sedimentaria.
TAREA 3.1: PANORAMA
Reconstruir el pasado de la Tierra 1. Edad de la Tierra y sus materiales
Principio del actualismo. Actualmente podemos
observar cómo se originan las rizaduras por el oleaje suave en una playa. Cuando los geólogos observan estas formaciones en rocas de épocas pasadas, suponen que actuó la misma causa. En 1778, James Hutton afirmó que las causas de los procesos naturales han actuado de manera uniforme durante el tiempo geológico.
La Tierra se originó hace unos 4.600 millones de años. Desde entonces quedaron «registrados» en las rocas muchos de los acontecimientos que se sucedieron durante su historia. Uno de los objetivos de la Geología es la interpretación de estos «registros», de tal forma que se pueda «leer» en ellos la historia de la Tierra. Y una de las principales preguntas que se plantea esta ciencia en relación a la historia del planeta es: ¿cuál es la edad de los materiales que lo forman? • Ante una serie estratigráfica podemos responder indicando cuál de los estratos se formó antes y cuál es el más reciente clasificándolos todos según un orden de formación. Así podemos establecer la edad relativa de un estrato concreto al compararlo con los demás. • En cambio, si respondemos a esta pregunta con una fecha aproximada, en millones de años, entonces hemos calculado la edad absoluta.
3. Calcular la edad absoluta La edad absoluta es la edad aproximada de una roca expresada en años. Para calcular esta edad, los geólogos utilizan métodos paleontológicos, como la presencia de fósiles, y métodos físicos basados en la descomposición radiactiva de algunos minerales. Si conocemos el período de tiempo en el que vivió un fósil encontrado en una roca, podemos presuponer que ésta se originó en el mismo período. Decimos entonces que el fósil es un fósil guía en cuanto nos indica la edad aproximada de la roca en la que lo encontramos.
2. Conocer la edad relativa
Un fósil es un buen indicador de la edad cuando cumple las siguientes características:
La estratigrafía estudia la naturaleza y la disposición de las rocas sedimentarias que constituyen los estratos. Esta ciencia utiliza varios principios para deducir la edad relativa de los estratos:
• Que haya vivido durante un período de tiempo corto. Si una especie fosilizada ha vivido desde hace 150 millones de años hasta la actualidad difícilmente podríamos atribuir una fecha aproximada de formación a la roca en la que lo encontremos. • Que haya tenido una gran dispersión geográfica, lo que permitirá encontrar los mismos fósiles en rocas de diversas localidades. • Que haya sido muy abundante y de fácil fosilización. • Que haya estado bien adaptado a diferentes medios, con lo cual lo encontraremos en diferentes tipos de rocas.
Principio de la superposición normal de un estrato (Steno, 1669). Afirma que cuando la serie no
ha sufrido deformación ni accidente geológico, los estratos están superpuestos en el mismo orden en el que se depositaron sus materiales. Comparando estratos de zonas próximas se puede ver que algunos faltan. Cuando estamos analizando una serie para ver lo que nos «cuenta», estas interrupciones suponen lapsus de tiempo de los que no tenemos registro, y de los que no podemos descubrir acontecimientos, al menos en esta serie. A esta interrupción se le llama discontinuidad estratigráfica.
En cuanto a los métodos físicos, se puede medir la descomposición de algunos elementos químicos llamados isótopos radiactivos.
Principio de la sucesión biológica (Smith, 1779).
Si un estrato se forma en un período de tiempo determinado y entre sus materiales se encuentran fósiles, se deduce lógicamente que los seres vivos que fosilizaron vivieron en ese mismo período. Por esto, si al analizar uno o varios estratos diferentes encontramos en todos el mismo fósil, podemos concluir que se formaron en el mismo período de tiempo, aquel en el que vivió el ser vivo que fosilizó.
4. La historia de la Tierra Utilizando todos estos métodos de datación se ha definido una escala cronológica que divide la historia de la Tierra desde su origen en una serie de eras y períodos (página siguiente). 52
Eras O C I O Z O N E C
Períodos
Cuaternario
1,6
Terciario
63,4
Cretácico O C I O Z O S E M
Jurásico Triásico Pérmico Carbonífero
O C I O Z O E L A P
Duración (m. a.)
Devónico Silúrico Ordovícico
Edad (m. a.) G
Actualidad
G
1,6
G
65
Las angiospermas dominan la flora G
145
G
208
63 37 G
245
G
290
45
Extinción (fin del pérmico)
G
355
G
408
G
439
Extinción (fin del devónico)
Grandes bosques de helechos
53 31 Extinción (fin del ordovícico)
71
Primeros vertebrados (peces)
510
60 Época de los trilobites
570
1.930 La atmósfera ya es rica en oxígeno
O C I R B M Á C E R P
G
Eón Arcaico
Aparecen los dinosaurios
65
G
Eón Proterozoico
Desarrollo de la especie humana
Extinción (fin del cretácico)
80
G
Cámbrico
Extinciones masivas y otros acontecimientos
2.500
1.300 Origen de la vida. Atmósfera rica en H2 G
3.800 53
TAREA 3.2
El Precámbrico 1. La era del origen de la Tierra
Este proceso originó la corteza terrestre primitiva y ocurrió hace unos 4.500 millones de años, aproximadamente, pero la gran intensidad de los procesos tectónicos y erosivos primitivos destruyeron las primeras rocas. Entre las conocidas, las más antiguas están muy metamorfizadas, por lo que se dispone de muy poca información de este período de la historia de la Tierra.
El Precámbrico abarca desde hace aproximadamente 3.800 M.a. hasta hace unos 570 M.a., y se divide en dos periodos: Arcaico, desde hace 3.800 M.a. hasta hace 2.500 M.a., y Proterozoico, desde el anterior hasta el final del Precámbrico. El sistema Solar se formó hace aproximadamente unos 5.000 millones de años por la contracción de una nube de gas y polvo cósmico en la Vía Láctea, y en este proceso se originó la Tierra.
Sin embargo, existen indicios de que hubo tres continentes en el hemisferio Norte y dos en el Sur que se desplazaron acercándose hasta colisionar y formar un único continente llamado Pangea I.
En su origen, la Tierra fue tan caliente que sus materiales estaban fundidos. Las causas de este calor fueron los procesos radiactivos de sus materiales y la colisión de meteoritos, cuyos materiales se incorporaban a los planetas produciendo el crecimiento de los mismos y un ligero aumento de su temperatura por la energía del choque.
3. La atmósfera en el Precámbrico El Arcaico, primer período del Precámbrico, fue una época de una gran actividad volcánica que arrojó a la atmósfera muchos gases procedentes del magma. En el período Arcaico se originó una atmósfera formada por los gases procedentes de los magmas incandescentes. Esta atmósfera estaba constituida por una combinación de dióxido de carbono (CO2), nitrógeno, amoniaco (NH3), metano (CH4) y vapor de agua.
En estas condiciones, la fluidez de los materiales de la Tierra permitió que se separaran según sus densidades por la acción de la gravedad. Los más pesados se dirigieron al centro del planeta y los más ligeros hacia el exterior, constituyendo la corteza terrestre actual.
Con esta composición, y la ausencia total de oxígeno, la atmósfera era reductora. Además, al no tener oxígeno no se pudo formar ozono, por lo que la radiación ultravioleta llegaba en su totalidad hasta la superficie terrestre.
2. La corteza terrestre en el Precámbrico Pasadas las primeras etapas de la formación de la Tierra, el descenso de la temperatura produjo la solidificación de materiales en el exterior de la Tierra y las primeras rocas.
En cuanto al clima, éste fue frío y húmedo durante todo el Precámbrico. Pantalasa (océano)
PANGEA I
La Tierra, hace 650 millones de años.
54
4. La vida en el Precámbrico Los restos más antiguos de seres vivos se han encontrado en rocas del período Arcaico. La transformación metamórfica de las rocas en esta era destruyó muchos de los restos orgánicos de los seres vivos, que ya eran escasos y de una estructura simple y poco fosilizable, por lo que se han encontrado muy pocos fósiles. Los fósiles más antiguos están constituidos por restos de bacterias y se han encontrado en rocas de hace 3.500 M.a. Los primeros indicios de actividad fotosintética se encuentran en rocas que se originaron hace 2.800 M.a. Se trata de capas de calizas precipitadas por algas verde-azules, los primeros organismos fotosintetizadores conocidos. Estas algas son procariotas y en su actividad retiran anhídrido carbónico del agua, provocando la precipitación del carbonato cálcico que constituye las capas conocidas como estromatolitos fósiles. A la vez expulsan oxígeno al medio. La actividad fotosintética fue enriqueciendo de oxígeno a una atmósfera reductora, que se transformó progresivamente en una atmósfera oxidante, rica en oxígeno, como la actual. Las primeras células eucarióticas se originaron hace unos 1.500 M.a., y en rocas de finales del Proterozoico se han encontrado restos de algas multicelulares y huellas fósiles de animales de cuerpos blandos que no fosilizaron, porque no tenían partes duras en su cuerpo.
Fósiles de la fauna de Ediacara. Estos restos fósiles, atribuibles a invertebrados, son algunas de las escasas evidencias que datan de finales del Precámbrico y comienzos del Paleozoico.
ACTIVIDADES Recordar
mecánicos, que resultan de la erosión mecánica y del transporte fluvial y glaciar, pero no son tan abundantes los precipitados químicos originados por evaporación. ¿En qué condiciones climáticas se originaron estos materiales? ¿Qué tipo de clima predominó en el Precámbrico?
1. Describe el medio ambiente del Precámbrico, es decir, las condiciones de clima, atmósfera, etc., en las que apareció la vida. 2. Explica por qué existen muy pocos fósiles de seres del Precámbrico.
• Las primeras poblaciones de microorganismos vivían en una atmósfera sin oxígeno y estaban adaptados a ella. El oxígeno es oxidante y, por otra parte, su acumulación en la atmósfera originó la capa de ozono. ¿Qué consecuencias tuvo para los seres vivos el aumento de oxígeno en la atmósfera?
Comprender 3. Da una respuesta a los siguientes problemas. • En los materiales del Precámbrico son muy abundantes los restos sedimentarios
55
TAREA 3.3
El Paleozoico 1. La era paleozoica
A finales del Paleozoico colisionan los continentes del hemisferio Norte entre sí y con el continente Austral, originando Pangea II. Debido a esta colisión se produjo la orogenia Hercínica, que afectó a muchos terrenos de Europa y, entre ellos, a los de la meseta central de la península ibérica.
El Paleozoico comenzó hace unos 570 M.a. y duró hasta hace 245 M.a. Este nombre significa «antiguo animal» y se le puso a esta era porque en sus rocas son muy abundantes los fósiles de animales. Las rocas del Paleozoico constituyen la base o zócalo en la que se asientan las rocas de las eras posteriores. Son rocas que han sido muy metamorfizadas por las dos orogenias que se produjeron en esta era. En sus primeros períodos se originaron areniscas, cuarcitas y pizarras, dominando el color oscuro en todas ellas. Posteriormente, en los períodos medios y finales, se originaron varios tipos de calizas y estratos intercalados de carbón vegetal. El continente Pangea I comienza a fragmentarse en el primer período del Paleozoico y los bloques continentales se separan progresivamente, originando los continentes Noratlántico, Europeo y Angara (Asia), en el hemisferio Norte, y el continente Austral, en el hemisferio Sur. Posteriormente, y todavía durante esta era, los diferentes bloques continentales se acercan de nuevo hasta colisionar. La primera colisión se produce entre Norteamérica y Europa, afectando a ambos continentes y originando las cordilleras correspondientes a la orogenia Caledoniana. Entre las zonas afectadas se encuentran Europa Central, Escocia, Inglaterra y Norteamérica.
2. El clima del Paleozoico El clima fue muy variable durante el Paleozoico. La abundancia de arrecifes coralinos en los mares del primer período indican un clima cálido, pero posteriormente se encuentran restos transportados por glaciares que indican la acción de un período glacial. De esta manera alternaron períodos cálidos y templados con períodos glaciares. Al final de la era, los restos glaciares encontrados en Sudamérica, India y Australia son indicio de glaciaciones en el continente Austral, y la desaparición de la flora en los continentes del norte lo son del clima cálido y desértico en este hemisferio.
3. Flora del Paleozoico La era paleozoica se caracteriza por la producción súbita de una gran diversidad de especies de seres pluricelulares, tanto en la flora como en la fauna. Las algas multicelulares, ya presentes al final del Precámbrico, se diversifican considerablemente durante el Paleozoico. Se encuentran fósiles de psilofitales, que son una de las primeras plantas que desarrollan tejidos conductores y se reproducen por esporas. Viven semisumergidas, con un ciclo de vida y una estructura intermedios entre algas, musgos y plantas vasculares sin semillas.
Océano Pantalasa
Laurentia
Gondwana
PANGEA II
También se encuentran fósiles de plantas vasculares relacionadas con los helechos actuales. Entre ellos está el grupo de los licopodios, muchas de cuyas especies tuvieron porte arbóreo. Los licopodios y los equisetos, también arborescentes, fueron muy abundantes al final de esta era y sus restos contribuyeron a formar los depósitos de carbón vegetal encontrados en sus estratos. En el último período de la era paleozoica surgieron los helechos actuales y las plantas con semillas desnudas o gimnospermas, entre las que se encuentran las coníferas, antepasadas de los actuales pinos y abetos.
La Tierra en el Ordovícico (arriba) y a finales del Paleozoico (abajo).
56
Fósiles del Paleozoico. Izquierda y abajo, trilobites. En el centro, un helecho del Carbonífero.
4. Fauna del Paleozoico En el Paleozoico surgieron muchos grupos de animales, la mayoría de los cuales se extinguieron durante esta era. Algunos fueron muy abundantes y se utilizan como fósiles guías de los diferentes períodos del Paleozoico. Entre los invertebrados se pueden encontrar los siguientes grupos: • Moluscos. Fueron muy abundantes dos grupos de moluscos cefalópodos: los nautiloideos, con concha tabicada y de los que queda actualmente el género Nautilus, y los goniatites, con una concha cónica enrollada en espiral. • Braquiópodos. Invertebrados con concha formada por dos valvas, una dorsal y otra ventral, con un orificio por el que sale un pedúnculo musculoso para fijarse al fondo del mar. • Graptolites. Fueron organismos coloniales que flotaban a la deriva en los mares. No hay representantes actuales. • Artrópodos. Entre los animales de este grupo fueron muy abundantes los trilobites, y constituyen unos fósiles guías muy buenos para esta era. Tuvieron el cuerpo dividido en tres lóbulos: un escudo cefálico con dos antenas, un tórax muy segmentado, y un lóbulo posterior formado por la unión de varios segmentos terminales. También se han encontrado en rocas de este período los primeros fósiles de escorpiones, arañas, miriápodos e insectos. Algunos de ellos fueron los primeros animales que colonizaron las tierras emergidas. Entre los vertebrados se encuentran los fósiles de los primeros peces, muchos de ellos con el cuerpo cubierto de placas óseas, por lo que se les llama peces acorazados. Algunos no tenían mandíbulas. La mayoría de estas formas primitivas se extinguieron y de ellas sólo quedan las lampreas como grupo representante de los peces sin mandíbula. También surgieron en esta era los primeros peces óseos, mayoritarios en la actualidad. A finales del Paleozoico se originaron los primeros anfibios, algunos de gran tamaño, y los primeros reptiles, que, con su epidermis cubierta de escamas y una cubierta impermeable, consiguieron independizarse del agua y colonizar la tierra. 57
ACTIVIDADES Explicar 1. ¿Por qué no colonizaron los anfibios las zonas emergidas áridas? ¿Qué otro grupo de vertebrados las colonizaron? ¿Cómo solucionaron los problemas adaptativos planteados por la escasa humedad? 2. El análisis de materiales de la actual Escandinavia demuestra que el ecuador pasaba por allí hace unos 400 M.a. Además, en rocas de la misma antigüedad recogidas en Alemania se han encontrado restos de palmeras. ¿Cómo era el clima en el norte de Europa en aquella época? 3. ¿A qué causa o causas atribuyes el cambio a la situación actual? a) Movimiento de placas tectónicas. b) Movimiento del eje de la Tierra. c) Cambios de la atmósfera. d) Todos los anteriores. e) Otros. ¿Cuáles? En cualquier caso, explica tu respuesta.
TAREA 3.4
El Mesozoico 1. La era mesozoica
2. Flora y fauna del Mesozoico
El Mesozoico comenzó hace 245 M.a. y finalizó hace 65 M.a. El nombre de esta era significa «animales intermedios».
El clima cálido favoreció el desarrollo de grandes masas vegetales. Los equisetos y helechos que se originaron en la era anterior se expandieron en ésta formando grandes bosques. Posteriormente lo hicieron las coníferas, desplazando a los bosques de helechos en esta misma era. A finales del Mesozoico se originaron las angiospermas, plantas con sus semillas protegidas en un fruto, lo que les va a permitir una gran dispersión.
Sus rocas han sufrido la influencia de la orogenia alpina, más suave que la del Paleozoico, por lo que no están tan deformadas y conservan mejor el carácter sedimentario. Son de colores más claros y variados que los de la era anterior. Abundan las rocas detríticas, areniscas, calizas y margas.
Aunque en esta era tuvo una gran importancia la expansión de las plantas vasculares y vertebrados por las tierras emergidas, los fósiles más característicos y más utilizados como guías son invertebrados marinos. Sobre todo los ammonites y belemnites, que fueron moluscos con una concha externa tabicada.
Continentes y mares Al comienzo de la era, Pangea II se fragmenta en dos continentes, uno al norte, Laurasia, y otro al sur, Gondwana, separados por el mar de Tetis. Posteriormente, se separa la India de Gondwana y comienza a desplazarse hacia el norte. Se fragmenta totalmente Laurasia, separándose Eurasia y Norteamérica, y entre ambos continentes se forma el Atlántico Norte, mientras que en el sur se termina de fragmentar Gondwana y comienzan a separarse el resto de los continentes, Sudamérica, Australia, África, India y Arabia. Las colisiones entre los continentes producen la orogenia Alpina, en la que se originan numerosas cordilleras, como los Alpes, los Pirineos, los Apeninos, el Himalaya, las Montañas Rocosas y las Béticas.
Fósiles del Mesozoico. Arriba, un ammonite. A la izquierda, hojas fósiles de una de las primeras angiospermas.
Entre los vertebrados, proliferaron los peces con esqueleto óseo.
La Tierra a finales del Mesozoico.
Los grupos de anfibios desaparecieron, dejando su lugar a los anfibios modernos (anuros y urodelos).
Clima del Mesozoico
Pero, entre los vertebrados, lo más característico en este período fue la expansión de los reptiles, entre cuyos fósiles se encuentran algunas formas de tortugas muy parecidas a las actuales y dos grupos de reptiles marinos, plesiosaurios e ictiosaurios. En el medio aéreo se extendieron los pterosaurios, que fueron reptiles voladores predadores.
El clima fue cálido durante la mayor parte de la era, con un aumento progresivo de la humedad, lo que permitió que se desarrollara una flora subtropical. Al final del período se produjo un enfriamiento del clima debido a la elevación de los terrenos producida por la orogenia Alpina. 58
3. La era de los dinosaurios Entre los reptiles del Mesozoico adaptados al medio terrestre son muy conocidos los dinosaurios . Lo característico de este grupo, como lo de cualquier otro grupo adaptado a muchos medios diferentes durante una época determinada, es su diversidad de formas y comportamiento. Los hubo de pequeño tamaño y más grandes, herbívoros, como el pico de pato y el diplodoco, y carnívoros, como el tiranosauro. Si se tiene en cuenta la estructura de la cintura pélvica de los dinosaurios, lo que nos indica su posición en la marcha, se pueden clasificar en dos grandes grupos: • Saurisquios. Dinosaurios con cintura pélvica constituida por tres huesos. Se pueden distinguir a la vez dos grupos, los terópodos, dinosaurios bípedos carnívoros, como el Tyrano saurus, y los saurópodos, que fueron cuadrúpedos y herbívoros, como el Apatosaurus. • Ornitisquios. Con cintura pélvica tetrarradiada similar a la de las aves. Fueron todos herbívoros, algunos bípedos, como el Iguanodon, y otros cuadrúpedos, como el Triceratops.
Fósil de un dinosaurio, Scipionyx (izquierda), y reconstrucción del animal (derecha).
Huellas fósiles (icnitas) de dinosaurio.
ACTIVIDADES
4. Aves y mamíferos También se han encontrado en rocas de mediados del Mesozoico los primeros fósiles de aves, con esqueletos que recuerdan mucho a los de los dinosaurios. En algunos de estos fósiles se observan rasgos de ambos grupos, como en Archaeopterix , fósil con unas mandíbulas alargadas, con dientes y con el cuerpo cubierto de plumas. Otros grupos de reptiles más primitivos, los terápsidos, que se expandieron a principios del Mesozoico, tienen rasgos esqueléticos que recuerdan a los de los mamíferos, y en los fósiles de algunos de ellos se han encontrado restos que demuestran que tenían pelos en la epidermis. Los primeros fósiles de auténticos mamíferos se encuentran a finales del Mesozoico. El final de este período está definido, entre otras cosas, por una gran extinción en la que desaparecieron muchos de los grupos de seres vivos que lo caracterizaron. Entre ellos, los dinosaurios. 59
Explicar 1. En materiales del secundario de Logroño y Burgos se han encontrado huellas de dinosaurios de diferentes edades. Las huellas corresponden a individuos de la misma especie y se imprimieron en el fango al mismo tiempo. ¿Cuáles son tus conclusiones? 2. ¿Qué te sugiere la presencia en algunos dinosaurios de rasgos intermedios entre las aves, los mamíferos y los reptiles?
TAREA 3.5
El Cenozoico 1. La era cenozoica
Clima del Cenozoico
Esta era comenzó hace 65 M.a. y dura hasta la actualidad. Se divide en dos períodos, el Terciario, que va desde el inicio del Cenozoico hasta hace 1,8 M.a. y el Cuaternario, desde entonces hasta el presente. El comienzo del Cuaternario está definido por cambios climáticos y desde un punto de vista antropocéntrico, por el origen de los homínidos y la extinción de muchas especies de mamíferos, asociada a cambios climáticos y a la actividad humana.
Durante el Terciario, se produjo un calentamiento de la Tierra, y se acentuaron las diferencias estacionales. El clima se mantuvo cálido todo el período.
Entre los materiales del Terciario y del Cuaternario son muy frecuentes las formaciones continentales, como las series sedimentarias depositadas en lagos, las formaciones deltaicas (conglomerados, areniscas, margas, salinas y lignitos) y las de regiones neríticas (marinas cercanas a la costa, poco profundas y muy iluminadas). Los materiales del Cuaternario están constituidos por restos detríticos de diferentes tamaños, aluviones y restos transportados por glaciares.
2. Fauna y flora del Cenozoico
Al final del Terciario comenzó un enfriamiento progresivo que culminó en una glaciación. Durante el Cuaternario se alternaron cuatro épocas glaciares con otras cuatro épocas interglaciares más cálidas. Actualmente vivimos en una época interglaciar.
Las angiospermas se expandieron y en muchas zonas predominaron sobre las gimnospermas. Los bosques de árboles de hoja caduca adquirieron más desarrollo. Se originaron y expandieron las plantas herbáceas, formando praderas de las que se alimentaban grandes manadas de herbívoros. Desaparecieron los ammonites y los belemnites, y predominaron los moluscos nautiloideos. Entre los artrópodos, se desarrollaron muchos insectos, que se alimentaban del polen de las flores.
El Cenozoico
Entre los vertebrados siguieron originándose especies y expandiéndose los diferentes grupos de peces óseos actuales. De los anfibios, se extinguieron muchas de las especies grandes y quedó una fauna residual formada por los actuales anuros y urodelos. Los reptiles, tras la extinción de finales del Mesozoico, quedaron representados por los grupos actuales (quelonios, cocodrilos, ofidios y lagartos).
El mundo en el Cenozoico.
Las aves y los mamíferos se expandieron mucho en esta era, ocupando todos los hábitats. Entre los mamíferos se desarrollaron formas de gran tamaño.
Los continentes siguen separándose durante esta era hasta adoptar las posiciones que tienen en la actualidad, si bien éstas aún están cambiando. África se sigue rompiendo por el Rift, el océano Atlántico se continúa desplazando a razón de unos dos centímetros por año, aproximadamente. Al principio del Cenozoico sigue la orogenia Alpina, pero su actividad disminuyó durante el Terciario. Durante la era cenozoica se completa la colisión entre Europa y África, y, por esta causa, se hunde el eje que unía a las cordilleras Béticas con el Atlas de Marruecos, abriéndose la fosa entre la Península y Marruecos, y originándose el estrecho de Gibraltar. En América se formó el istmo de Panamá. La India, que se separó de Australia en el Mesozoico y comenzó a desplazarse hacia el norte, colisionó con Eurasia hace 37 M.a., aproximadamente.
Restos fósiles de un mamut, animal característico de la época fría del Cuaternario.
60
3. La evolución de la especie humana Los primeros restos del hombre actual datan de finales del Terciario, tienen una antigüedad aproximada de unos 4 M.a. y son fósiles de varias especies del género Australopithecus encontrados en África. En este mismo continente se originó después el Homo habilis , una de las especies más antiguas del género Homo, que coexistió con Australopithecus. Posteriormente se expandieron varias especies del género Homo por Asia y Europa. Excavación en Atapuerca (Burgos).
Género y especie Homo sapiens.
(Hombre de Cro-Magnon y actuales).
Homo neanderthalensis.
(Hombre de Neandertal).
Homo erectus.
Homo habilis.
Australopithecus.
Origen y extinción expresado en años. Biogeografía Desde hace 35.000 años. Todo el planeta.
100.000 hasta 30.000 años. Europa.
1,5 M.a.300.000 años. Asia y Centroeuropa.
2,2-1,4 M.a. África.
4-1,4 M.a. África.
Anatomía y comportamiento Comenzaron a cultivar plantas y a criar ganado. Practican enterramientos. La habilidad en el uso del fuego y la complejidad de las herramientas va aumentando progresivamente hasta alcanzar el desarrollo técnico y artístico actual. Muy parecido a los hombres actuales. Utilizaban herramientas muy elaboradas. Habitaban en cuevas, usaban el fuego y practicaban enterramientos. Primeras manifestaciones artísticas (pinturas rupestres). Estaban mejor adaptados a la postura bípeda. Sus rasgos tienen características intermedias entre H. habilis y H. neanderthalensis . Utilizan herramientas más complejas y usan el fuego. Eran mayores que los Australopithecus , con los que coexistieron. Utilizaban piedras talladas como herramientas. De pequeño tamaño, aspecto de simio y marcha erguida. Manejo de herramientas rudimentarias.
61
ACTIVIDADES Explicar 1. ¿Qué cordillera se originó durante la colisión de la India con Eurasia? ¿En qué orogenia se engloba esta cordillera? 2. En la flora se observa un aumento de especies de árboles de hoja caduca. ¿Qué conclusiones podemos sacar sobre la variación anual climática? 3. El crecimiento de las plantas gramíneas (hierbas), que comenzaron a expandirse durante el Terciario, se produce a partir de los tejidos situados entre la raíz y el tallo, y no de las yemas apicales como en otras plantas. En estas praderas terciarias también se desplazaban grandes manadas de herbívoros pastando sobre aquellas hierbas. ¿Existe alguna relación entre la forma de crecimiento de estas plantas y la forma de comer de los herbívoros? Explica tu respuesta.
RESUMEN DE LA UNIDAD Duración Era M.a.
1,6
63,4
C E N O Z O I C O
80
63
37
53
31 71
CUATERNARIO
TERCIARIO
CRETÁCICO M E S O Z O I C O
45
65
Período
60
Clima
Sigue la separación de los Calentamiento paulatino continentes. durante el Terciario. El clima se enfría al final de esta era y comienza una alternancia de períodos glaciares e interglaciares que dura hasta la actualidad. OROGENIA ALPINA
• Origen del hombre. • Expansión de praderas de herbáceas y manadas de grandes herbívoros. • Expansión de los mamíferos. • Desarrollo de bosques de árboles hoja caduca. • Expansión de las angiospermas e insectos polinizadores.
Se fragmenta Pangea II y Cálido durante la mayor parse separan los continentes. te de la era y enfriamiento al final.
• Primeras aves y mamíferos.
JURÁSICO
• Proliferan los peces con esqueleto óseo.
OROGENIA ALPINA
• Desaparecen los grandes anfibios y quedan los actuales anuros y urodelos. • Ammonites y belemnites como invertebrados característicos.
TRIÁSICO
• Expansión de bosques de helechos y equisetos, y desplazamiento posterior por los bosques de coníferas.
CARBONÍFERO
Colisión de continentes al Alternancia de períodos cá- • Primeros anfibios y reptiles. final. lidos y templados con épocas glaciares en toda la era, que termina con glaciaciones en el continente AusPANGEA II tral y clima cálido y desérti- • Origen de los helechos y de las gimnospermas. co en el norte.
DEVÓNICO
OROGENIA HERCÍNICA
SILÚRICO
Se fragmenta Pangea I en el primer período y se separan los continentes.
ORDOVÍCICO
• Primeros peces.
• Expansión de invertebrados: nautiloideos, braquiópodos, graptolites, trilobites.
OROGENIA CALEDONIANA Frío y húmedo.
1.930
1.300
• Extinción de grandes reptiles. • Expansión de los reptiles.
CÁMBRICO P R E C Á M B R I C O
Seres vivos
• Primeras plantas con flores.
PÉRMICO P A L E O Z O I C O
Continentes y Orogenias
PROTEROZOICO
OROGENIA HURONIANA
• Algas multicelulares y animales de cuerpo blando.
• Primeras células eucarióticas.
• Origen de la fotosíntesis. Desplazamiento de continentes hasta colisionar. ARCAICO
• Primeras bacterias.
PANGEA I
• Origen de la vida.
62
Actividades Test de conocimientos 1
• Suponiendo que la duración de los grupos durante esta era fue la misma, ¿a cuál de ellos elegirías como el mejor fósil guía para el Paleozoico? Explica tu respuesta.
Indica en qué era localizarías cada uno de los siguientes fósiles.
4
Realiza un cuadro con los grupos de plantas descritas en el tema. Compáralas y busca un criterio para relacionarlas. Haz lo mismo con los animales.
5
Indica a qué era pertenecen los siguientes períodos y cuál fue su duración. • • • • • •
6
2
Resume los cambios en la Tierra durante su larga historia. Céntrate en los siguientes puntos: • Evolución de los continentes. • Cambios en el clima. • Diferentes floras y faunas y las grandes extinciones.
3
En el análisis de unas rocas del Paleozoico se han identificado 3.000 especies de animales distribuidas en los siguientes grupos según las proporciones indicadas: Grupos
% del total de especies
Braquiópodos
30
Trilobites
45
Paleoscifizoos
15
Otros
10
63
Proterozoico. Cretácico. Cuaternario. Jurásico. Pérmico. Ordovícico.
Indica a qué era corresponde cada uno de los siguientes mapas de los continentes.
Actividades Test de capacidades Resolver problemas 1
Explica los siguientes hechos. • En las depresiones continentales y en algunos márgenes continentales del Carbonífero se desarrollaron bosques de grandes helechos arborescentes, como se puede deducir de los restos fósiles que se han encontrado en los materiales de este período del Paleozoico. ¿Qué nos indican estos fósiles sobre el clima del Carbonífero?
• Los fósiles de los primeros invertebrados terrestres que colonizaron tierras emergidas tenían sobre su epidermis una cutícula de quitina, que es un material impermeable. ¿Cómo interpretas este rasgo? • Stockmansella es una de las primeras plantas gimnospermas subacuáticas. Su delgada epidermis tenía aberturas para la respiración, y el eje del tallo tenía un haz conductor central para el transporte de fluidos. ¿Cómo interpretas estos rasgos? • Entre Polonia y Alemania se han encontrado materiales del Pérmico formados por nichos arenosos que se depositaron en una depresión. En las zonas centrales de esta depresión sedimentaron arcillas rojas y en sus orillas se han encontrado caparazones de pequeños crustáceos y huellas de cuadrúpedos impresas sobre fango blando. ¿Cómo era el medio ambiente de la zona en la época en la que se formaron dichos depósitos?
• Estas plantas eran derribadas por las tormentas, que eran muy frecuentes en ese período, y muchos de sus restos quedaron en el subsuelo en ausencia de oxígeno. ¿Qué material de origen orgánico, y característico de este período, se formó en aquellas condiciones a partir de los restos de vegetales enterrados? Describe el proceso de formación del mismo. • En estratos de finales del Paleozoico son muy frecuentes las piedras calcáreas, formadas por precipitación química, y los depósitos de sales. ¿Cómo se han originado? ¿En qué condiciones climáticas?
• El análisis del polen encontrado en materiales sedimentarios del Cuaternario de Europa Central y del Norte nos indica que en la vegetación se ha producido una alternancia periódica entre formaciones vegetales con especies adaptadas a temperaturas bajas (tundra y praderas) y formaciones constituidas por plantas termófilas, adaptadas a clima cálido (bosques de pinos robles y abedules). ¿Qué características climáticas del Cuaternario produjeron estos cambios de vegetación?
• Los arqueociátidos eran animales que, en algunos casos, vivían en colonias, como los corales actuales. Tenían un esqueleto originado por la precipitación química del carbonato cálcico que estaba disuelto en el agua del mar. ¿De qué tipo de clima son buenos indicadores estos fósiles?
Granos de polen, observados al microscopio electrónico de barrido.
Arqueociátido
64
Test de responsabilidad Los fósiles, un patrimonio a conservar
Encontrar fósiles en el campo no es sencillo. Una excursión con el objetivo de recoger fósiles normalmente no tendrá éxito, salvo que sepamos con certeza el lugar donde existe un yacimiento. Hay lugares donde los fósiles son muy abundantes. Pero, a pesar de esto, hay que reflexionar sobre el impacto de nuestra actuación al recoger estos preciados restos de épocas pasadas. Tomar muestras en el campo siempre produce un impacto. Esto es evidente en el caso de los seres vivos, pero también en los seres inertes como las rocas o los fósiles, más aún si para recogerlos hay que realizar una excavación. Al hablar de fósiles, existe también una cuestión científica de gran importancia. Un fósil proporciona una valiosa información, en ocasiones única, sobre la vida en el pasado. Su valor científico puede ser muy alto, porque nos muestra una especie desconocida o que no se relacionaba con una época o una zona concreta. Pero fuera del lugar donde se encontró, el fósil pierde todo su valor científico si no se ha realizado una cuidadosa toma de datos. • ¿Qué piensas sobre este tema? ¿Por qué hay que tomar una serie de datos antes de recoger un fósil? ¿Tiene valor científico un fósil si no se sabe de dónde procede y en qué rocas se encontraba? • ¿Conoces algún yacimiento de fósiles? ¿Está protegido o se permite que cualquier persona realice en él tareas de búsqueda y recogida de muestras?
Experiencia Simulación de una cuenca sedimentaria Utiliza una bandeja de plástico transparente grande (como las que venden en los supermercados para guardar mantas bajo la cama) para simular una cuenca de sedimentación. Haz varios agujeros en su fondo para evacuar el agua. Consigue varias muestras de grava, arena de grano medio y arena fina con agua. Utiliza también arcilla de modelar.
Coloca una tabla de madera sobre la última capa de mezcla, y varias piedras o cualquier objeto pesado. Deja el conjunto así durante dos o tres días. Al cabo del tiempo, corta una sección del material contenido en la cubeta y observa los estratos que han aparecido. El proceso que has seguido es bastante similar al que sucede en la naturaleza.
En un recipiente de plástico pequeño mezcla arcilla, grava y agua, hasta que consigas un material más o menos homogéneo, de consistencia pastosa. Vierte este material en la bandeja de plástico, prestando atención a recoger el agua que escapa por los agujeros del fondo. Realiza la misma mezcla sustituyendo la grava por la arena de grano medio y la arena fina.
65
¿Una nueva gran extinción? ¿Por qué se producen las grandes extinciones? En general, desde que la vida se originó se han extinguido el 90 % de las especies. Sin embargo, el número de especies conocidas en la actualidad es de 1,5 millones aproximadamente y se supone que el número real de especies existente puede estar entre 4 y 80 millones. Todas se originaron en algún momento de esta historia, incluso las que se extinguieron.
sucedido. Simplemente podrían haberse debido a la acumulación de factores que, por separado, serían insignificantes, pero que actuando juntos pondrían a la flora y fauna existente en una situación que podría provocar su extinción.
A lo largo de la historia de la Tierra se han producido dos grandes extinciones, la de finales del Pérmico y la de finales del Cretácico. En esta última, como sabes, desaparecieron los dinosaurios. Pero hubo muchas más extinciones masivas. Tradicionalmente se considera que estas grandes extinciones se debieron a importantes catástrofes. En el caso de los dinosaurios, fue un gran meteorito que chocó con el planeta y provocó un cambio catastrófico de las condiciones ambientales.
En la actualidad son muy frecuentes las noticias sensacionalistas sobre el riesgo de la extinción de nuestra especie por posibles catástrofes naturales, y no sería un hecho atípico en la historia de la vida dada la frecuencia de las extinciones a lo largo de ella. Pero, que sepamos, lo que sí puede ser una novedad es la participación consciente de una especie, con conocimiento previo de esta historia, en la regulación de su medio y de su comportamiento en él para disminuir tales riesgos en lo posible.
Sin embargo, existen ciertas teorías que mantienen que las extinciones son inevitables y que se hubieran producido aunque estos hechos catastróficos no hubieran
Factores «cotidianos» que podrían producir una extinción en el futuro
Analicemos uno de ellos, el efecto invernadero debido a la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera. El contenido de CO 2 se ha medido desde el año 1850, comienzo de la revolución industrial:
Para muchos científicos que rechazan las teorías catastróficas para explicar las extinciones, existen numerosos factores que aparentemente no tienen tanta importancia como, por ejemplo, la caída de un gran meteorito, pero pueden producir un efecto «en cascada». Así, arrastrando a otros factores, pueden generar de forma gradual una situación catastrófica para la especie.
Año
Contenido en CO2 en ppm (partes por millón)
1850
270
1957
345
1999
368
Actualmente, el aumento de la concentración es de 4,8 ppm al año. Se cree que el rápido aumento de la concentración de CO 2 se debe al desarrollo industrial, a la combustión de la madera de los bosques que se queman en los incendios y, de manera indirecta, a la disminución de la absorción de este gas por una vegetación que cada día es más escasa.
Muchos de estos factores son «cotidianos». Nos relacionamos con ellos día a día y de alguna forma, podemos intervenir en ellos. Algunos de estos factores son: • Efecto invernadero y cambio climático. • Disminución de la Ozonosfera. • La lluvia ácida. • Pérdida de la biodiversidad. • Agotamiento de recursos.
Este factor puede producir un importante cambio en los ecosistemas. Pero, si sumamos éste a los otros problemas medioambientales, el efecto es aún mayor. 66
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
Soluciones desde la actuación humana: el desarrollo sostenible
• La tendencia de la sociedad y economía a satisfacer las necesidades básicas de la mayoría. • Que la ayuda que prestan los países más desarrollados a los menos desarrollados facilite la autosuficiencia y autonomía de éstos, y no su dependencia de aquellos de los que reciben ayuda.
La especie humana es responsable de muchos de los cambios que hemos comentado y que, en un futuro, podrían causar una gran extinción. Se plantea, entonces, un cambio de conducta que permita frenar la situación de deterioro del planeta.
• Educar desde la infancia para favorecer todo lo anterior.
En 1987, la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo definió el desarrollo sostenible como «el desarrollo que satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades». Entre sus propuestas se pueden citar: • El control de la población para conseguir una población mundial estable o en equilibrio con el medio y con sus recursos.
La educación ambiental es una de las claves para el futuro desarrollo sostenible en nuestro planeta.
• El uso de un tipo de agricultura, ganadería y recursos energéticos tales que no los agote ni deteriore el medio. • El reciclaje y reutilización de los materiales.
DEBATE
INVESTIGACIÓN
La humanidad, «contra las cuerdas»
La superpoblación
Recuerda algunos ejemplos de guerras, situaciones de hambruna, epidemias, oleadas de emigración, etc., que han sucedido a lo largo de la historia de la humanidad.
Busca la información necesaria y responde a las siguientes cuestiones. • La población humana, con el consumo medio anual actual, necesita aproximadamente 0,4 hectáreas de tierra cultivable por persona. Calcula la cantidad total de hectáreas que necesita la población mundial. ¿Será la misma que necesitará dentro de 50 años si las características de la población siguen siendo las mismas? ¿Dispondremos de la misma cantidad y calidad de tierras cultivables si mantenemos el mismo tipo de explotación que venimos llevando? ¿Por qué? • ¿Es posible que perdure el desarrollo de la humanidad si ésta mantiene un equilibrio con su medio ambiente? • Los chinos conocen un refrán muy antiguo que propone «no regalar pescado sino enseñar a pescar». ¿Qué relación tiene este refrán con el desarrollo sostenible?
• Discute con tus compañeros y compañeras. ¿Qué efectos han tenido situaciones como éstas? ¿Ponen en peligro el futuro de la especie humana? ¿Qué soluciones se pueden dar al origen de esas crisis?
67
II Las bases de la Biología Dos generaciones
Una hembra de orangután grita, tratando de ahuyentar a un intruso. Aunque los orangutanes son animales tímidos y tranquilos, se vuelven menos amistosos cuando tienen crías, como en este caso. La cría tiene muchos rasgos en común con su madre, y el parecido se irá acentuando conforme vaya creciendo. Esto es un hecho común en todos los seres vivos. Existen mecanismos celulares que garantizan el mantenimiento de las características de una especie de generación en generación, aunque también permiten una cierta variabilidad. Esta capacidad de variación es la que posibilita mejorar la adaptación al medio.
CLAVES DE LOS TEMAS DEL BLOQUE TEMA 4. La célula
TEMA 6. La evolución
No se pueden entender las claves de la Biología si previamente no conocemos bien la célula, su estructura y su funcionamiento. La célula es la unidad básica de la vida, la estructura viva más simple y diminuta.
La evolución, es decir, los cambios que han sufrido las especies de seres vivos desde que se originaron, y que han dado lugar a la aparición de una inmensidad de formas, es uno de los puntos centrales de la Biología. Se han propuesto numerosas teorías para explicar estos cambios. La más importante es la de Darwin y Wallace, que considera que las variaciones aparecen al azar y que la naturaleza ejerce un proceso de selección natural, que favorece a los individuos mejor adaptados al medio. Millones de años de selección natural habrían originado las especies actuales.
TEMA 5. La herencia En el siglo XX se desarrolló la Genética, ciencia que explica cómo se heredan las características de la especie de padres a hijos. Esta herencia se basa en la información almacenada en los núcleos de nuestras células, organizada en los llamados genes.
68
¿QUÉ SABES YA? 1. Recuerda y responde: a) ¿Qué es una célula? ¿Cuáles son sus partes principales? b) ¿Son todas las células iguales? ¿Hay seres vivos con una sola célula? En un ser pluricelular, ¿todas las células son idénticas? c) ¿Qué hay en el interior del núcleo de una célula de nuestra piel? ¿Y de una célula de nuestro cerebro?
2. Lee el texto inicial y responde:
Nada que ver con el original
Los claveles silvestres son menos vistosos que sus parientes cultivados. Sólo tienen cinco pétalos, y sus flores son de un color mucho menos intenso. Las diferencias entre las variedades silvestres y las cultivadas no se deben al azar. Han aparecido como consecuencia de un proceso de selección, realizado por las personas. A lo largo de cientos de años, los floricultores han seleccionado aquellos ejemplares con mejor aspecto. Así, las variedades actuales han ganado pétalos, tienen colores muy diversos y resisten más tiempo cuando se cortan. La naturaleza lleva a cabo un proceso de selección similar, en el que aparecen variaciones al azar, y se mantienen si son ventajosas.
SABER HACER Al finalizar el estudio del bloque habrás adquirido las siguientes capacidades: • Reconocer las partes más importantes de una célula y describir sus principales funciones. • Explicar qué papel tienen en la vida de la célula los diferentes principios inmediatos. • Reconocer que la información genética está almacenada en el ADN del núcleo celular. • Predecir el aspecto de los descendientes en un cruce. • Identificar algunas posibles evidencias de la evolución de las especies de seres vivos. • Explicar las principales teorías de la evolución.
69
a) ¿Cómo es posible que, en general, los hijos sean tan parecidos a los padres? b) Los hijos de un hombre y una mujer ¿son todos iguales entre sí e idénticos a los progenitores? ¿Qué tienen en común? ¿Qué características son las que cambian? c) Un hombre y una mujer morenos ¿pueden tener un hijo rubio?
ANALIZA UN EJEMPLO 3. Observa la fotografía del clavel y responde: a) ¿En qué se diferencia el clavel cultivado del silvestre? b) ¿En qué ha consistido la selección que han realizado los horticultores, a lo largo de los años? ¿Qué cambios ha producido esta selección en las razas de claveles? ¿Cómo es posible que, simplemente seleccionando los claveles que se van a cultivar, se consiga aumentar el número de sus pétalos y mejorar su color? c) ¿Cómo podría llevar a cabo la naturaleza un proceso de selección como el de los claveles? Si en una especie aparece una variación que mejora su adaptación al medio, ¿por qué se mantiene esa variación y se transmite a la descendencia, mientras que las variaciones no ventajosas se pierden?
Guía y recursos
04 La célula 1
2
Contenidos
EXPRESA LO QUE SABES
1. PANORAMA: La célula. Unidad estructural y funcional de la vida. 2. Anatomía de la célula. 3. La nutrición celular. Metabolismo. 4. La reproducción celular. Mitosis y meiosis. 5. Las funciones de relación en la célula.
1. Observa detenidamente las fotografías y responde:
SALUD EN EL AULA • Los virus.
• ¿Qué te sugieren las fotos? • ¿Podría estar formado un niño por sólo un tipo de células? • ¿Recuerdas qué otros tipos de células podrían formar parte de este individuo? 2. Observa a continuación las fotos microscópicas y responde: • ¿Son todas las células iguales? • ¿Qué piensas que tienen en común todas ellas? • Intenta clasificar las mismas y explica el criterio que has usado.
70
¿QUÉ DEBES SABER?
Conceptos previos de Biología
3. Tamaño y unidades Unidades de uso en microscopía
1. La célula. La célula es la estructura más pequeña dotada de vida. Por ello: • Las células son capaces de realizar las funciones propias de todos los seres vivos: nutrición, reproducción y relación. • Todos los seres vivos están formados por células. Los seres vivos y, por tanto, las células están formados por elementos (los bioelementos) y compuestos químicos constituidos por ellos. Estos compuestos pueden ser: • Compuestos inorgánicos: agua y sales minerales. • Compuestos orgánicos: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos.
Ejemplos
1 nm (nanómetro) ϭ 6 mm ϭ 19 9 m ϭ 10
Virus (100 nm)
1 m (micra) ϭ 3 ϭ 10 mm ϭ 10
Bacterias (longitud del orden de 1 m) Hematíes: diámetro de 10 m Paramecio: longitud de 100 m
Ϫ
Ϫ
Ϫ
1 mm ϭ 10
3
Ϫ
m
6
Ϫ
m
Tejidos
2. Los tipos de células. Existen diferentes tipos de células. Básicamente debes recordar los siguientes: • Células procariotas y eucariotas. • Células animales y vegetales. Además, dependiendo de la función que desempeñe, cada célula tiene una estructura y forma determinadas.
RECUERDA Y RESPONDE • Como ya sabes, existe una gran diversidad de células. Nuestro propio cuerpo está formado por varios centenares de tipos diferentes, representado cada uno de ellos por varios billones de ejemplares: células sanguíneas, neuronas, células musculares, etc.; sin embargo, todas ellas tienen una serie de características comunes. Realiza un resumen de todas estas similitudes.
RECUERDA Y RESPONDE • El tamaño de las células es muy variable. En la mayoría de los casos no se pueden observar a simple vista. ¿Qué instrumentos se utilizan para poder ver las células? ¿Qué unidades de longitud se utilizan en el estudio de las células? ¿A cuántos metros equivalen dichas unidades?
71
TAREA 4.1: PANORAMA
La célula. Unidad estructural y funcional de la vida 1. La teoría celular
3. Tipos de células
Históricamente, el descubrimiento de la célula se remonta al año 1677, cuando Hooke, examinando con un microscopio rudimentario una fina lámina de corcho, observó que estaba perforada y llena de poros como un panal que denominó «células» (celdillas). En 1838, Schleiden y Schwann postulan que todos los seres vivos están formados por células e inician el desarrollo de la teoría celular, cuyos aspectos básicos podemos resumir de la siguiente manera:
Atendiendo a su diversidad podemos distinguir dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas. • Las células procariotas son muy sencillas y pequeñas. No presentan un núcleo bien diferenciado, separado del resto de la célula por una envoltura nuclear y carecen de la mayoría de los orgánulos citoplasmáticos. Tan sólo forman organismos unicelulares como, por ejemplo, las bacterias. • Las células eucariotas son mucho más complejas y mayores que las anteriores. Presentan un núcleo bien diferenciado con una membrana nuclear que encierra al material genético. Pueden formar organismos unicelulares y pluricelulares.
• Todos los seres vivos están formados por células: los más sencillos, por una sola célula y se denominan unicelulares; y los más complejos, por infinidad de ellas y se denominan pluricelulares. • Las células son las unidades más pequeñas de los seres vivos dotadas de vida propia y han de realizar, por tanto, las funciones propias de todos los seres vivos: nutrición, reproducción y relación. • Toda célula procede de otra célula .
Dentro de las células eucariotas y atendiendo a la naturaleza de los seres vivos, podemos distinguir dos tipos: animales y vegetales. Aunque presentan una estructura y organización muy similares, se observan algunas diferencias.
2. Las funciones de la célula En el esquema siguiente puedes observar el resumen de las funciones celulares y el intercambio de materia y energía de una célula con el medio.
Materia orgánica (heterótrofos), luz (autótrofos)
1. Función de nutrición
Dióxido de carbono Agua Oxígeno
G
Productos de desecho
Respuestas ante estímulos
Células animales, observadas al microscopio electrónico.
2. Función de relación Célula vegetal 3. Función de reproducción
72
Célula animal
Presentan una pared celular de celulosa que recubre la membrana plasmática.
Sólo presentan la membrana plasmática.
Tienen plastos en su citoplasma.
Carecen de plastos.
Tienen un sistema de vacuolas muy desarrollado.
Sólo presentan pequeñas vesículas.
Carecen de centriolos.
Tienen centriolos.
Esquema de una célula vegetal
Núcleo
Pared celular Membrana plasmática
Vacuola Cloroplasto
Célula vegetal, observada al microscopio electrónico.
Mitocondria
ACTIVIDADES Aparato de Golgi
Retículo endoplasmático rugoso Esquema de una célula animal
Membrana plasmática
Núcleo
Retículo endoplasmático liso
Retículo endoplasmático liso Aparato de Golgi
Comprender 1. Durante muchos siglos se ha admitido la teoría de la generación espontánea de la vida. A la vista de la teoría celular, ¿se puede admitir la generación espontánea? ¿Por qué? 2. Realiza un mapa conceptual con los siguientes términos: célula procariota, célula eucariota, célula animal, célula vegetal, nutrición, relación, reproducción, unidad de vida, organismos unicelulares, organismos pluricelulares.
EXPLICAR 3. Piensa y responde:
Mitocondria
Retículo endoplasmático rugoso
Centriolo
73
Para expresar las dimensiones de una célula se utiliza como unidad la micra, que equivale a 10Ϫ6 metros. Una célula de la piel puede medir unas 15 micras de longitud. ¿Cuántas células de este tipo cabrían en un milímetro?
TAREA 4.2
Anatomía de la célula 1. La membrana plasmática
Aparato de Golgi. Formado por una serie de vesículas que se apilan entre sí, denominadas dictiosomas, rodeadas de otra serie de vesículas de menor tamaño (las vesículas de secreción), formadas a partir de los propios dictiosomas. Su función es almacenar sustancias procedentes del retículo endoplasmático que generalmente van a ser secretadas al exterior de la célula. Un tipo especial de vesícula procedente del dictiosoma son los lisosomas, que contienen enzimas especializadas en la digestión intracelular.
Es una fina lámina formada por una doble capa de fosfolípidos y proteínas que separa el interior y exterior celular. Se encarga de regular todo el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular, proteger a la célula e identificarla frente a otras células. Las células vegetales tienen además una pared celular dura de celulosa, que cubre la membrana. Pared celular
Centriolo. Es un orgánulo exclusivo de las células animales. Es una estructura cilíndrica próxima al núcleo, que interviene en la división celular.
Proteína
Fosfolípidos
Cilios y flagelos. Son prolongaciones de la membrana plasmática. Los cilios son numerosos y cortos, y los flagelos, muy largos y se presentan en menor número. En la base de estas prolongaciones se encuentran estructuras similares a los centriolos. Están relacionados con el movimiento celular.
Membrana plasmática
Membrana plasmática y pared de una célula vegetal.
2. El citoplasma
Vacuolas. Son bolsas más o menos grandes limitadas por una membrana que acumulan en su interior sustancias de reserva o de desecho. El sistema de vacuolas está mucho más desarrollado en las células vegetales (ocupan la mayor parte de citoplasma de las células adultas) que en las animales.
Es la zona situada entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Está ocupada por un fluido, el hialoplasma, donde están los orgánulos citoplasmáticos, y una serie de filamentos de proteínas que dan forma a la célula, el denominado citoesqueleto. En el hialoplasma se producen numerosas reacciones químicas metabólicas.
Mitocondrias. Tienen forma ovoide, más o menos alargada. Están limitadas por una doble membrana, una exterior lisa y otra interior que forma pliegues hacia dentro denominados crestas mitocondriales. Dentro queda un espacio, la matriz. Las mitocondrias son esenciales para las células, ya que en ellas se producen la mayor parte de las reacciones metabólicas destinadas a la obtención de energía para la actividad celular.
Los orgánulos más importantes son los siguientes:
Ribosomas. Son partículas esféricas formadas por dos subunidades de diferentes tamaños que se pueden encontrar en gran número en el citoplasma o asociadas a membranas. Son los orgánulos encargados de la síntesis de las proteínas. Retículo endoplasmático. Es un conjunto de membranas que limita a cavidades, tubos y cisternas comunicadas entre sí, con la membrana plasmática y con la nuclear. Existen dos tipos: • Retículo endoplasmático rugoso, próximo al núcleo y en contacto con su envoltura, que tiene ribosomas adosados a sus membranas. • Retículo endoplasmático liso, más alejado del núcleo y sin ribosomas.
Plastos. Son orgánulos de formas y tamaños variables, generalmente ovoides, presentes únicamente en células vegetales. Los más importantes son los cloroplastos, que contienen la clorofila y en ellos se produce la fotosíntesis. Los cloroplastos están formados por una doble membrana: la membrana exterior es lisa y la interna forma láminas y sacos aplanados, llamados tilacoides. Estos sacos se pueden apilar formando acúmulos que se llaman grana. La clorofila se encuentra en la membrana de los tilacoides. Al espacio interior del cloroplasto se le llama estroma.
La función del retículo endoplasmático es el transporte de sustancias, especialmente de las proteínas fabricadas por los ribosomas de su membrana. 74
Centriolo
Matriz Cresta
Microtúbulos Vesículas aplanadas
Mitocondria Grana
Aparato de Golgi
Tilacoide Cloroplasto Ribosomas
Flagelo
Retículo endoplasmático rugoso
ACTIVIDADES Corte
Recordar
3. El núcleo Es la estructura más grande y fácilmente observable de la célula. Está rodeado por una membrana nuclear y su interior está ocupado por una sustancia, el nucleoplasma, donde se encuentran inmersos la cromatina y el nucléolo. • La membrana nuclear es doble y está perforada por poros.
Comunica con el retículo endoplasmático rugoso. Su función es regular el intercambio de sustancias entre núcleo y citoplasma. • Nucléolo. Es una estructura esférica sin membrana formada
por ácidos nucleicos y proteínas. • Cromatina. Es una sustancia amorfa que ocupa la mayor
parte del núcleo. Está formada por ADN asociado a proteínas. Estas cadenas de ADN contienen la información genética de la célula. Durante la división celular, la cromatina se condensa, formando estructuras más cortas, gruesas y visibles, los cromosomas. Núcleo
Cromatina
2. ¿Qué es la cromatina? ¿Qué son los cromosomas?
Comprender 3. Indicar en qué estructuras celulares se desempeñan las siguientes funciones. • Fotosíntesis. • Control del intercambio de sustancias con el exterior. • Contener la información genética. • Síntesis de proteínas. • Respiración celular. • Transporte intracelular. • Digestión celular. 4. Las células del páncreas humano tienen muy desarrollado el aparato de Golgi. ¿Qué explicación encuentras para explicar esta propiedad? Comenta la respuesta con tus compañeros.
Nucléolo Cromosoma durante la división celular
1. Haz un resumen de las distintas partes de la célula y de sus funciones, indicando aquellas que son exclusivas de las células animales y de las células vegetales.
Membrana nuclear
75
TAREA 4.3
La nutrición celular. Metabolismo 1. La nutrición de las células
3. Tipos de nutrición celular
La célula necesita energía para realizar sus actividades y materia para construir sus componentes. La nutrición celular asegura el intercambio de materia y energía entre la célula y el medio.
Las células se pueden nutrir de formas diferentes, dependiendo del tipo de materia y energía que utilizan. Cuando incorporan materia orgánica e inorgánica, decimos que la nutrición es heterótrofa, mientras que, si incorporan sólo materia inorgánica, la nutrición es autótrofa.
La nutrición celular tiene tres fases: • Entrada de materia y energía en la célula. • Transformaciones de la materia y la energía en el interior de la célula. • Salida de materia y energía al medio externo.
Las células heterótrofas utilizan la energía química almacenada en los enlaces de la materia orgánica que incorporan. Por ello, en estas células la ingestión de materia y energía se da conjuntamente. Las células autótrofas generalmente utilizan energía luminosa que, mediante la fotosíntesis, transforman en energía química utilizable por las mismas. Todos los animales, protozoos, hongos y muchas bacterias están formados por células heterótrofas. Las plantas verdes, las cianobacterias y un grupo importante de bacterias están formadas por células autótrofas.
2. El intercambio de sustancias La entrada y salida de materia en las células está controlada por la membrana plasmática, y se puede realizar de varias formas: Ósmosis. Es la forma habitual de intercambio de agua. Ésta pasa por ósmosis de una disolución más diluida a otra más concentrada, separadas por una membrana semipermeable (como las celulares), que deja pasar el agua pero no las sustancias disueltas.
4. Metabolismo celular La materia y la energía que entran en las células sufren complejas transformaciones químicas que en su conjunto reciben el nombre de metabolismo celular. Todas estas reacciones están controladas por unas proteínas llamadas enzimas.
Difusión. Las moléculas pequeñas y las solubles en agua, como los iones minerales y gases como el O2 y CO 2, atraviesan la membrana por difusión de donde hay más concentración a donde hay menos, sin gasto de energía.
El metabolismo celular tiene dos partes: • Catabolismo. Es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales las células degradan las moléculas más complejas, liberando energía útil para la célula. • Anabolismo. Es el conjunto de reacciones mediante las cuales las células sintetizan sus propios componentes o sustancias para ser secretadas. Esta síntesis se realiza a partir de moléculas sencillas y, para ello, la célula debe consumir energía química.
Transporte activo. Se realiza con moléculas de mayor tamaño o cuando éstas pasan de la zona de menor concentración a otra de mayor concentración. Este transporte requiere energía y la participación de proteínas transportadoras de la membrana plasmática.
Construcción de la propia materia celular
Moléculas complejas
Endocitosis y exocitosis. Este tipo de intercambio se produce con partículas y moléculas de gran tamaño, que se engloban en vesículas. La endocitosis es la entrada de sustancias, y la exocitosis la salida.
CATABOLISMO
Moléculas simples
76
ENERGÍA
ANABOLISMO
Moléculas simples
METABOLISMO EN CÉLULAS HETERÓTROFAS Glucosa y otras moléculas
5. El metabolismo en las células heterótrofas Las células heterótrofas utilizan la materia orgánica que obtienen del medio para obtener energía, mediante las reacciones del catabolismo. La molécula más utilizada para obtener energía es la glucosa. Ésta es sometida a diversas reacciones químicas en el interior celular, hasta que es degradada completamente y convertida en dióxido de carbono (CO 2). Gracias a las reacciones del catabolismo, la célula obtiene energía. Esta energía se invierte en producir una sustancia, el ATP (adenosín trifosfato), que es la forma de energía química que utilizan las células. Esta molécula almacena energía en sus enlaces, de tal forma que se puede descomponer en ADP (adenosín difosfato) y ácido fosfórico, liberando dicha energía. Por ello, cuando la célula produce energía, fabrica ATP a partir de sus componentes ADP y P, y cuando necesita esta energía, degrada el ATP en sus componentes. Una vez obtenida la energía, ésta se aprovecha en los procesos anabólicos, por los que la célula produce la materia de sus propios componentes. El proceso anabólico más importante que se produce en una célula es la síntesis de proteínas.
Energía Formación de ATP (almacén de energía)
Reacciones del catabolismo
Dióxido de carbono Agua
Moléculas sencillas Energía Reacciones del anabolismo
Conversión de ATP en ADP (liberación de energía)
Materia celular
6. El metabolismo en las células autótrofas Las células autótrofas pueden transformar la energía luminosa en energía química (ATP). Este proceso del anabolismo tiene lugar en los cloroplastos. La energía obtenida así la utilizan para sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas del tipo del agua, CO 2 y sales minerales. Éste es el proceso que se denomina fotosíntesis. Una parte de estos compuestos orgánicos sintetizados por las células autótrofas son utilizados por las mismas para obtener energía mediante el catabolismo, y otra parte se utiliza para el anabolismo, la síntesis de sustancias más complejas componentes de las estructuras celulares. METABOLISMO EN CÉLULAS AUTÓTROFAS Agua
Glucosa Agua
Glucosa y otras moléculas sencillas
Materia celular
ENERGÍA LUMINOSA (Radiación solar)
ACTIVIDADES Comprender 1. Responde: • ¿Cómo almacenan las células la energía química que obtienen durante el catabolismo, al degradar la materia orgánica que obtienen del medio? • ¿Qué son las enzimas y qué función realizan?
Explicar Otras reacciones del anabolismo
Catabolismo FOTOSÍNTESIS Energía química (ATP)
Energía química (ATP)
Oxígeno
Moléculas orgánicas sencillas Dióxido de carbono
Dióxido de carbono
77
2. ¿Qué diferencias y similitudes encuentras entre los siguientes conceptos? • Anabolismo y catabolismo. • Metabolismo autótrofo y heterótrofo. • Energía luminosa y energía solar.
TAREA 4.4
La reproducción celular. Mitosis y meiosis 1. ¿Para qué sirve la reproducción celular?
3. El material genético y los cromosomas
Mediante la reproducción celular, las células se dividen formando nuevas células. En los organismos pluricelulares esta división es imprescindible para el crecimiento y para reponer las células que van muriendo en los tejidos. En el caso de los organismos unicelulares, la división celular es la forma normal de reproducción.
Cuando una célula entra en división, experimenta una gran cantidad de transformaciones que afectan tanto al núcleo como al citoplasma. Pero, sin lugar a dudas, las más espectaculares son las que afectan al material genético. El ADN que en un núcleo interfásico se encuentra en forma de cromatina, se duplica antes de iniciarse la división. Cuando ésta se va a iniciar, las fibras de cromatina con su ADN, ya duplicado, empiezan a plegarse sobre sí mismas y se transforman en unas estructuras mucho más gruesas y cortas, que son visibles al microscopio óptico. Estas estructuras son los cromosomas.
2. El ciclo celular Durante el período de vida de una célula se pueden diferenciar varias fases. De ellas, las más importantes son dos: • La interfase es la fase en que la célula desarrolla
su actividad normal. Crece hasta alcanzar un tamaño determinado, y al final de este período se prepara para dividirse. • La fase de división celular es el período en el cual la célula se divide para formar dos células hi jas. La división celular se denomina mitosis, y consta de dos fases: la cariocinesis o división del núcleo, con el reparto del material genético entre las células hijas, y la citocinesis o división del citoplasma.
Cromatina Cromosomas
La duración de las diferentes fases del ciclo celular varía mucho de unas células a otras. Así, por ejemplo, existen células muy especializadas, como las neuronas, que nunca se dividen y están siempre en interfase. Otras, sin embargo, están siempre en división, con interfases prácticamente inexistentes, como ocurre con las células de los tejidos de crecimiento vegetales.
Al principio de la división, los cromosomas aparecen separados en dos partes denominadas cromátidas, unidas entre sí por un punto llamado centrómero, pero al final de la división ambas cromátidas se separan, de forma que cada una de las cromátidas de un cromosoma va a una de las células hijas. El número de cromosomas de las células de una especie siempre es constante: por ejemplo, las células de la especie humana tienen 46 cromosomas. En la mayor parte de las especies este número es par (2n) y por ello se las denomina células diploides. Esto se debe a que poseen dos series de cromosomas iguales dos a dos. A los cromosomas de cada pareja se les denomina homólogos.
Período de división celular F
Aumento de tamaño de la célula
Existen otras células que sólo presentan una serie de cromosomas y, por tanto, la mitad ( n); a estas células se las llama haploides. Generalmente, en las especies con células diploides estas células haploides son los gametos o células reproductoras que se originan en la reproducción sexual.
Período de interfase Fases del ciclo celular.
78
4. La mitosis
Centríolos
La mitosis es el proceso de división celular que se da en la reproducción de los organismos unicelulares y en el crecimiento de los organismos pluricelulares. Se trata de una división celular conservadora, ya que las células hijas que se forman conservan el número de cromosomas y la información genética de la célula que la origina. Es decir, las células hijas son idénticas entre sí e idénticas a la célula madre.
Membrana nuclear
Cromatina condensándose PROFASE
La primera parte de la mitosis es la cariocinesis o división del núcleo. Esta etapa tiene cuatro fases, denominadas profase, metafase, anafase y telofase.
1. Profase. Comienza con la aparición de los cromosomas, que empiezan a hacerse visibles al microscopio óptico. Los centríolos comienzan a separarse y a emigrar a los polos de la célula. Desaparece el nucléolo y la membrana nuclear se desorganiza y termina por desaparecer también. 2. Metafase. Durante esta fase, los cromosomas están perfectamente formados. Aparece el huso acromático, un conjunto de fibras de proteínas que une los dos centríolos. Los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial de la célula, y se unen a las fibras del huso. 3. Anafase. Los cromosomas se rompen por el centrómero y se dividen en sus dos cromátidas. Cada cromátida se dirige hacia un polo opuesto de la célula. 4. Telofase. Finaliza la emigración de las cromátidas. En cada polo de la célula las cromátidas comienzan a desaparecer (se desenrollan las fibras de cromatina que las formaban). Se forman las membranas nucleares de los dos nuevos núcleos y aparecen los nucléolos. Con la telofase finaliza la cariocinesis y comienza la citocinesis, es decir, la división de la célula en dos nuevas células hijas. Ésta se puede realizar de dos maneras: • Estrangulamiento. Aparece un surco en la zona ecuatorial de la célula que se va acentuando, hasta terminar dividiendo a la célula en dos. De esta forma se dividen las células animales. • Tabicación. Se va creando una membrana plasmática en la zona ecuatorial que finalmente divide a las dos células. Ésta es la forma de división típica de las células vegetales. Estrangulamiento
Huso acromático
Cromosomas
PRINCIPIO DE LA METAFASE
METAFASE
Separación de las cromátidas
ANAFASE
Cromatina
TELOFASE Células hijas
Célula animal Tabicación Célula vegetal
CITOCINESIS
79
TAREA 4.4
La reproducción celular. Mitosis y meiosis 5. La meiosis La meiosis es otro tipo de división celular. Es una división muy especial, que sólo la pueden experimentar células diploides y está relacionada con la reproducción sexual. Sucede, por ejemplo, durante la formación de los gametos en los individuos que tienen células diploides. El resultado de la meiosis es no sólo la creación de células hijas, sino la división del material genético, de forma que a partir de una célula madre diploide aparecen cuatro células hijas haploides, es decir, exactamente con la mitad de cromosomas que la célula inicial. La meiosis consta de dos divisiones sucesivas: • Primera división meiótica. Es una división muy semejante
a la mitosis, pero con una importante diferencia: en la anafase, los cromosomas no se rompen en sus cromátidas, sino que emigran enteros a los polos, de tal forma que, si un cromosoma emigra a un polo, su homólogo lo hace al opuesto. Como consecuencia de ello, en esta fase tiene lugar la reducción del número de cromosomas a la mitad. • Segunda división meiótica. Es una mitosis normal, sin ninguna diferencia significativa con la ya descrita anteriormente.
Recordar 1. En el supuesto de una célula diploide de 26 cromosomas, responde a las siguientes cuestiones:
Primera división
Profase I
Metafase I
Anafase I
Telofase Icitocinosis
Segunda división Telofase IIcitocinosis
ACTIVIDADES
Anafase II
Metafase II
Profase II
Como consecuencia de la meiosis, a partir de una célula diploide se forman cuatro haploides, distintas entre sí y distintas de la célula madre. Por ello, la meiosis es una fuente importante de variabilidad genética en los organismos con reproducción sexual. Mitosis Célula inicial 2n cromos.
2 células con 2n cromos.
Meiosis Célula inicial 2n cromos. 4 células con n cromosomas
80
• ¿Cuál sería su número haploide de cromosomas? • ¿Cuántos pares de cromosomas homólogos tendría? ¿Por qué? • ¿Cuántos cromosomas tendría al final de la primera división meiótica? • ¿Cuántos cromosomas tendría al final de la meiosis?
Comprender 2. ¿Por qué crees que una célula haploide no puede experimentar nunca una meiosis? 3. Elabora con plastilina unos modelos de dos pares de cromosomas homólogos y realiza con ellos una simulación de lo que ocurriría en las diferentes fases de la mitosis y meiosis, comparando los resultados finales de ambos procesos.
TAREA 4.5
Las funciones de relación en la célula 1. Las células se relacionan con el medio Las células se relacionan con el medio que las rodea. Reciben una serie de estímulos que les permiten conocer las condiciones físico-químicas del medio externo. Estos estímulos son de naturaleza muy variable: químicos, luminosos, térmicos, etc. Dependiendo de los estímulos que reciben, las células responden de una forma adecuada. El conjunto de respuestas de las células tiene como objetivo asegurar su supervivencia.
Movimiento flagelar
Movimiento ciliar
Las respuestas de las células a los diferentes estímulos pueden ser muy diferentes y pueden manifestarse en cambio de forma, movimiento, cambios en el metabolismo, secreciones, etc. Las respuestas de movimiento se denominan tactismos, que pueden ser positivos o negativos dependiendo de si se acercan o alejan del estímulo. Así podemos hablar de fototactismo, quimiotactismo, termotactismo, etc.
Movimiento ameboide (mediante pseudópodos)
El movimiento celular se realiza de tres formas: mediante pseudópodos (por ejemplo, en las amebas), por flagelos (en los protozoos flagelados) y mediante cilios (en los protozoos ciliados, como el paramecio).
ACTIVIDADES Recordar
En algunas ocasiones, cuando las condiciones ambientales son muy adversas, las células se enquistan, recubriéndose de una pared protectora dura y resistente y reduciendo al mínimo su actividad metabólica.
1. Explica: • ¿En qué consisten las respuestas que muestran las células frente a los estímulos del medio? • ¿Cómo reaccionan las células, en algunas ocasiones, ante circunstancias ambientales muy adversas?
En los organismos pluricelulares, las células se unen para formar tejidos, estableciendo conexiones entre ellas para asegurar el funcionamiento integral y coordinado de tejidos y órganos. El control de las funciones de todas estas células se logra mediante los complejos sistemas de coordinación e integración que estudiamos en cursos anteriores.
Comprender 2. ¿Qué ocurriría en un organismo pluricelular si las células que lo forman no fueran sensibles? ¿A qué tipo de estímulos serán sensibles los siguientes tipos de células humanas?
Ameba. • ¿Qué se puede decir sobre la función de relación de este protozoo, una célula de vida libre?
• Células de los ovarios sensibles a determinados tipos de hormonas sexuales femeninas. • Los conos y bastones de la retina del ojo.
81
RESUMEN DE LA UNIDAD • Las células son las estructuras más pequeñas que existen dotadas de vida. Por ello son capaces de realizar las funciones propias de todos los seres vivos: nutrición, reproducción y relación. • Todos los seres vivos están formados por células; los más sencillos por una sola y los más comple jos por infinidad de ellas. • Existen diferentes tipos de células. Por su complejidad, podemos diferenciar dos tipos: procariotas y eucariotas. Según el tipo de organismo, podemos distinguir células animales y vegetales. • Las células eucariotas están formadas por una membrana plasmática, un citoplasma y un núcleo. Dentro del citoplasma y el núcleo hay una gran cantidad de orgánulos con funciones muy diferentes. • Mediante la nutrición, las células son capaces de intercambiar materia y energía con su entorno. En su interior se producen una serie de reacciones químicas muy complejas que constituyen el metabolismo celular. • Existen dos tipos básicos de reacciones metabólicas: el anabolismo (de síntesis) y el catabolismo (de degradación). • La nutrición en las células puede ser autótrofa y heterótrofa, dependiendo del tipo de materia y energía que utilicen para la misma.
• Las células pueden dividirse de dos formas diferentes: por mitosis y por meiosis. La mitosis es la forma más normal de división celular en los organismos diploides. Mediante esta división se mantienen constantes el número de cromosomas y la información genética de las células. Es, pues, una división conservadora. La meiosis se produce en los organismos diploides para formar los gametos en la reproducción sexual. En esta división celular se reduce a la mitad el número de cromosomas y no se mantiene la información genética. • Las células son capaces de responder de formas muy diversas ante los estímulos ambientales.
Sección transversal del tallo de una planta. Se aprecia el característico aspecto poligonal de las células vegetales
Completa el mapa del tema LAS CÉLULAS
son la unidad mínima de la vida
realizan las tres funciones
según la teoría celular
obtienen materia y energía mediante
que tiene dos partes
82
se dividen por
Actividades Test de conocimientos 1
• • • • • • • • • 2
4
Define los siguientes orgánulos, partes de células y sustancias, e indica dónde se encuentran en las células.
Retículo endoplasmático rugoso. Cromatina. Membrana plasmática. Membrana nuclear. Tilacoide. Ribosomas. Aparato de Golgi. Nucleoplasma. Cresta mitocondrial.
Identifica los siguientes orgánulos. Escribe sus nombres y los de las partes que se indican en cada uno de ellos.
El dibujo siguiente muestra un cariotipo humano, perteneciente a una mujer. Responde a las preguntas que se plantean a continuación:
• ¿Pertenece a una célula haploide o diploide? ¿Por qué? • ¿Por qué están los cromosomas ordenados por parejas? • ¿Son todas las parejas de cromosomas idénticas en los cariotipos de hombres y mujeres? • ¿Por qué crees que puede existir alguna diferencia en algún par de cromosomas? 5
De las siguientes reacciones metabólicas di cuáles son anabólicas y cuáles catabólicas. Justifica tu respuesta.
• • • • 6
3
F 2 Ác. Pirúvico ϩ Energía. Glucosa F Proteínas. Aminoácidos ϩ energía F ADP ϩ Ác. fosfórico ϩ Energía. ATP F Glucosa. 6 CO2 ϩ 6 H2O ϩ Energía
Realiza un cuadro en el que puedas comparar la mitosis y la meiosis. Después responde:
• ¿Cuál es la diferencia fundamental en el resultado de los dos distintos procesos de división celular? • Si la primera división meiótica es similar a una mitosis, ¿en qué punto de dicha división está la clave de que las células hijas tengan la mitad de la dotación cromosómica de la célula madre? ¿Por qué sucede esto? • En la especie humana, la meiosis se produce únicamente en la formación de gametos. ¿Qué sucedería si no se produjese la meiosis durante la gametogénesis? ¿Qué sucedería si se produjera, en cambio, durante el crecimiento de un tejido no sexual?
Todas las células de un organismo pluricelular proceden de una misma célula huevo que se divide infinidad de veces por mitosis. Responde a las siguientes preguntas:
• ¿Por qué son genéticamente idénticas todas estas células? • ¿Por qué, si todas estas células son idénticas genéticamente, existe esa gran diversidad de formas y funciones en las células de los organismos pluricelulares?
83
Actividades Test de capacidades Interpretación de imágenes 1
Elaboración e interpretación de esquemas
Observa esta fotografía de una célula vista al microscopio electrónico e identifica todos los orgánulos celulares que veas en ella. ¿Qué tipo de célula crees que es: animal o vegetal? ¿Por qué?
3
El presente esquema muestra una reacción química que corresponde a un proceso comentado en el texto. Analízalo y responde. ATP
ADP
P Energía
• ¿A qué proceso se refiere? ¿Cuál es la molécula inicial? ¿Cuáles son las moléculas finales? • ¿Qué función cumple la primera molécula en las células?
4
2
Copia y completa el siguiente esquema sobre el metabolismo. Después, responde a las cuestiones que se plantean.
Las fotografías siguientes muestran diferentes tipos de células. Obsérvalas detenidamente y contesta a las siguientes preguntas: • ¿Cuáles de estas células pertenecen a organismos unicelulares y cuáles a pluricelulares? • ¿Cuáles son procariotas? • ¿Cuáles son autótrofas y cuáles heterótrofas?
Catabolismo
Anabolismo
Energía (ATP)
• ¿Por qué se dice que, en todos los seres vivos, el catabolismo y el anabolismo están, de alguna forma, acoplados? • ¿Qué se obtiene en el catabolismo, imprescindible para la realización del anabolismo, en los seres heterótrofos? • ¿Podrías decir si el esquema muestra las reacciones metabólicas que se producen en una célula autótrofa o en una heterótrofa? ¿Por qué? ¿Qué habría que añadir al esquema para que representase las reacciones que suceden en las células de las hojas de una planta?
84
Test de responsabilidad
Experiencia
El cáncer, una enfermedad celular
Observación de células epidérmicas de distintos tipos de hojas
En el organismo humano se producen constantemente divisiones celulares por mitosis, a la vez que diversas células mueren de una forma controlada (proceso llamado apoptosis). Cuando se altera el equilibrio entre la división celular y la muerte de células, aparece una proliferación celular descontrolada y, como consecuencia de ello, un cáncer. En este complejo proceso están implicados múltiples factores, entre los que podemos destacar dos: • Factores externos. Son agentes físicos o químicos que alteran los ciclos de división celular. Entre ellos están la nicotina del tabaco, las radiaciones ultravioleta, los rayos X, las radiaciones iónicas, la radiactividad, etc. • Factores internos. En la aparición del cáncer están implicados genes que, en conjunto, se llaman oncogenes. Destaca el oncogén «p53», que se encuentra alterado o ausente con mucha frecuencia en los tumores humanos malignos. La acción de ambos factores es complementaria, ya que en la mayor parte de los casos los factores externos son agentes mutagénicos que actúan a nivel celular alterando estos oncogenes. Piensa en lo que sabes sobre el cáncer y responde. 1. ¿Cómo crees que actúan los factores ambientales en la proliferación del cáncer? 2. ¿Por qué crees que personas con antecedentes familiares en algunos tipos de cáncer son sometidas a controles periódicos para la detección temprana de los mismos? ¿Crees que el cáncer es una enfermedad hereditaria? ¿Por qué? 3. ¿Qué productos que se consumen habitualmente en nuestra sociedad son reconocidos como agentes cancerígenos? Cita al menos uno. 4. ¿Qué acciones consideras fundamentales en la lucha contra el cáncer?
Material • • • • •
Microscopio óptico. Portaobjetos y cubreobjetos. Pinza y aguja enmangada. Laca para uñas transparente. Hojas de diversas plantas. Es conveniente que su superficie sea lo más lisa posible (seleccionar diferentes tipos de hojas).
Método • Limpiar con cuidado la superficie de las hojas y cubrirla con la laca transparente de uñas. • Esperar unos minutos para que se seque perfectamente. • Separar la fina película de laca que se ha formado con las pinzas y la aguja. Esta capa es una copia exacta de la superficie de las hojas. • Poner esta película sobre el portaobjetos y tapar con el cubreobjetos. • Observar la preparación al microscopio. Primero con pocos aumentos y posteriormente realizar una observación a 500 o 600 aumentos. Resultados
Células cancerosas observadas al microscopio electrónico.
Se deben observar perfectamente las células epidérmicas de las distintas hojas y en las muestras se podrán apreciar las diferencias entre las células epidérmicas de las plantas monocotiledóneas y dicotiledóneas. También se podrán observar los estomas de las epidermis y las diferencias de los mi smos entre estos dos grupos de plantas.
85
Los virus En la frontera de la vida Como has estudiado en esta unidad, las estructuras más pequeñas que existen dotadas de vida son las células. Sin embargo, existen unas partículas acelulares (que no son células ni están constituidas por ellas) con ciertas propiedades muy cercanas a la vida y que se denominan virus. Estas partículas son estructuralmente muy sencillas; las más simples están formadas por una envoltura de proteínas que protege a su material genético, un ácido nucleico que puede ser una corta cadena de ADN o ARN.
Modelo informático del virus del sida.
infectada se pone al servicio del virus y, una vez acabada la síntesis de sus componentes, muere.
Los virus no pueden nutrirse ni dividirse por ellos mismos, por eso deben parasitar células que realizan estas funciones vitales para ellos. Por ello, son parásitos intracelulares obligados. Entran en las células y manipulan su metabolismo para que fabriquen los componentes de nuevos virus. La célula
La acción de los virus no sólo provoca la muerte de las células. En el organismo infectado, la presencia de los virus suele provocar enfermedades, trastornos diversos e incluso puede provocar la muerte.
La diversidad de los virus Cuando hablamos de virus, normalmente pensamos en los que afectan a las personas, como el de la gripe, el del sarampión o el del sida. En realidad, los virus afectan a todos los seres vivos. Hay algunos especializados en parasitar a los seres humanos, otros afectan a los animales, los hay que parasitan exclusivamente plantas y otros que afectan sólo a las bacterias. La mayoría muestran una especificidad muy alta: es decir, afectan a una especie de ser vivo y sólo a esa especie. Por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco causa esta enfermedad únicamente en las plantas de tabaco. Virus del mosaico del tabaco, fotografiado con un microscopio electrónico.
Existen virus muy simples, formados exclusivamente por una cápsula proteica y el ácido nucleico: éstos son, por ejemplo, algunos de los virus que infectan bacterias. Otros, en cambio, son considerablemente más complicados. Su cubierta proteica es compleja, e incluso tienen una envoltura adicional que los hace más resistentes. Es el caso del virus de la gripe.
nos no nos vuelve a infectar aunque estemos en contacto con personas enfermas de sarampión. Esto sucede porque nuestro sistema inmunitario ha estado en contacto con el virus y lo conoce, sabe cómo luchar contra él. En cambio, en el caso de la gripe, podemos contraer la enfermedad año tras año. Esto es así porque el virus cambia. Cada año el virus es ligeramente diferente al del año anterior y produce la enfermedad porque nuestro sistema inmunitario no lo reconoce.
Una característica común a muchos virus es su capacidad de cambiar. Habrás observado que algunos virus nos afectan una sola vez en la vida: por ejemplo, el virus del sarampión nos produce esta enfermedad una vez, pero después de recuperar86
SALUD EN EL AULA
Algunas enfermedades causadas por virus
ningún problema, pero en el pasado era una enfermedad mortal. Muchas veces la muerte no se debía al virus, sino a bacterias que aprovechaban la debilidad de la persona griposa para infectarla, causando enfermedades más graves.
Sin duda, la enfermedad más habitual de todas las que tienen origen vírico es el resfriado común. Se debe a un virus muy cambiante, tanto que a lo largo de un año nos puede infectar tres o cuatro veces. Los síntomas son conocidos por todos: inflamación de las mucosas nasal y faríngea, malestar general y, en algunas ocasiones, fiebre. No existe ningún remedio contra la enfermedad, salvo quizá algunos fármacos que atenúan los síntomas. Los médicos recomiendan exclusivamente el reposo y beber mucha agua. El virus se contagia por vía nasal y bucal, pero puede resistir un cierto tiempo expuesto al aire, por lo que puede transmitirse también al dar la mano a una persona enferma y luego tocarse la cara. Una forma de evitar el contagio es extremar la higiene y lavarnos las manos con frecuencia.
El virus del herpes es bastante conocido por su molesta aparición, que frecuentemente se manifiesta en forma de erupción o de calentura. Este mismo virus produce la varicela, enfermedad infantil que provoca la aparición de vesículas por todo el cuerpo, con intenso picor y fiebre alta. En los niños, la enfermedad es leve y cursa en cuatro o cinco días. En los adultos la erupción es más intensa y molesta, la fiebre más alta y el período de recuperación mayor. Por otra parte, puede provocar la aparición de otros trastornos, en ocasiones peligrosos.
La gripe también es una enfermedad vírica, que habitualmente se confunde con el catarro, pero que es más grave. Produce fiebre alta, decaimiento general, sensación de cansancio y a veces fuertes dolores musculares. Su único remedio es guardar cama unos días. En la actualidad, una gripe no es
Por último, el sida se debe a un virus complejo, que ataca a células del sistema inmunitario humano, los linfocitos, dejando por tanto al organismo indefenso ante el más leve catarro y produciendo, en muchos casos, graves alteraciones y la muerte. En la actualidad, el tratamiento del sida ha avanzado tanto que muchos enfermos viven con la enfermedad sin apenas trastornos, como cualquier enfermo crónico.
DEBATE
INVESTIGACIÓN
Seres vivos, ¿sí o no?
Enfermedades víricas
Debido a su simplicidad e incapacidad de poder vivir de una forma autónoma, en la comunidad científica existe la controversia de si se puede o no considerar seres vivos a estas partículas, sin que hasta el momento exista un consenso total sobre dicho tema.
Investiga sobre las enfermedades que causan los virus. Haz una lista de las más comunes, marcando las que tú o alguien de tu familia o amigos ha contraído en alguna ocasión. Si es posible, anota los síntomas. A continuación, busca información en fuentes diversas y responde.
• ¿Qué opinas sobre la controversia de si los virus son o no seres vivos? Da algunas razones a favor y en contra.
• Como sabes, una de las enfermedades más frecuentes causadas por un virus es la gripe. ¿Recuerdas qué tipo de medicación te prescribe tu médico cuando contraes esta enfermedad? ¿Suelen estar incluidos en esta prescripción los antibióticos? ¿Por qué? • ¿Existe alguna forma de prevenir el contagio de las enfermedades víricas? Infórmate sobre las medidas preventivas que se suelen tomar, especialmente sobre la vacunación. Haz una lista de las vacunas que has recibido.
Imagen del virus del Ébola al microcospio electrónico.
87
Guía y recursos
05 La herencia
EXPRESA LO QUE SABES 1. Observa las fotografías y responde.
Contenidos 1. PANORAMA: Conceptos básicos de Genética. 2. ¿Qué investigó Mendel? 3. ¿Dónde están los factores hereditarios? 4. La transmisión de los caracteres en el ser humano. 5. ¿Qué son las mutaciones? SALUD EN EL AULA • Aplicaciones de la Genética.
• ¿Por qué es tan variada la coloración de los perros? ¿De qué depende? • ¿Por qué crees que los cromosomas adquieren el aspecto de la fotografía durante la división celular? • ¿Qué significa que una enfermedad es genética? 2. De las siguientes características, señala las que se transmiten de padres a hijos y explica las que no lo hacen. • Color de los ojos • Musculatura de atleta • Número de huesos del cuerpo • Inteligencia • Color del pelo • Tatuajes • Posición de las orejas • Obesidad
88
¿QUÉ DEBES SABER?
Conceptos previos de Biología
3. Reproducción de los seres vivos. Recuerda que existen dos tipos de reproducción: • Asexual, en la que un ser es capaz de producir otro igual a sí mismo sin necesidad de una pareja.
1. Las partes de la célula. Recuerda que las partes que forman las células de los seres eucariotas son:
• Sexual, en la que es necesaria una pareja de individuos de distinto sexo para producir otro nuevo.
• La membrana celular, que mantiene a la célula separada del exterior al mismo tiempo que actúa como una «aduana» permitiendo el paso de sustancias en ambos sentidos. • El citoplasma, donde se encuentran los orgánulos celulares y los componentes del citoesqueleto que dan la forma a la célula.
Conceptos previos de Matemáticas
• El núcleo, en cuyo interior se encuentra la cromatina y que durante la mitosis se transforma en cromosomas.
1. Cálculo de proporciones y porcentajes. Recuerda que: • Proporción es una forma de expresar una cantidad en relación con otra total; se escribe en forma de fracción o quebrado (1/4).
• La cromatina y los cromosomas llevan toda la información necesaria para la vida de la célula.
2. La reproducción celular.
• Porcentaje es aquella proporción cuya cantidad total es 100; su símbolo es % (25 %).
Recuerda que existen dos formas de reproducción celular: • La mitosis es un proceso por el que una célula madre se divide en dos células hijas idénticas.
2. Cálculo de probabilidades. Recuerda que la probabilidad de que ocurra un suceso es la relación entre los casos favorables y los casos posibles.
• La meiosis es un proceso por el que una célula madre se divide generalmente en cuatro células hijas con la mitad de cromosomas cada una.
P ϭ
MITOSIS Centriolos Cromosomas
Profase
C. favorables ᎏ ᎏ C. posibles
(La probabilidad de que nazca una niña será 1/2, ya que hay un caso favorable, «niña», frente a dos casos posibles, «niño o niña».)
Metafase
Formación de células hijas
Anafase Telofase PIENSA Y RESPONDE • ¿Se pueden dividir todas las células de los seres vivos por mitosis? • ¿Y por meiosis? • ¿Se pueden fecundar dos células cualesquiera de dos seres vivos?
Una manada de caballos está formada por 160 caballos de color castaño y 8 de color blanco. Calcula: • ¿En qué proporción se encuentran? • ¿Qué porcentaje hay de caballos blancos? • Al coger uno al azar, ¿qué probabilidad existe de que sea castaño? ¿Y de que sea blanco?
89
TAREA 5.1: PANORAMA
Conceptos básicos de Genética 1. Vocabulario
2. Esquemas de Genética
Estos términos te serán de gran ayuda en la comprensión de los conceptos que vas a ir trabajando a lo largo de este tema. Recurre a ellos cada vez que lo creas necesario.
En este tema se emplean unos esquemas a modo de herramientas muy útiles para la resolución y la ilustración de problemas. • Cruce. Simboliza la unión sexual de una pareja y la descendencia probable. Primero se colocan los padres indicando sus fenotipos y sus genotipos, separados por un aspa ( ϫ). Después se indican los gametos que produce cada uno con sus genotipos y porcentajes. A continuación se combinan mediante flechas cada gameto del padre con cada uno de la madre, y viceversa, para obtener las combinaciones posibles. Por último se indican los hijos resultantes con sus genotipos, fenotipos y porcentajes de ambos.
• Genética. Es la parte de la Biología que estudia la transmisión de las características de un individuo a sus descendientes. • Carácter o factor hereditario. Es cada una de las características que se heredan de padres a hi jos (color de ojos, número de dedos, etc.). • Gen. Cada trozo del ADN del núcleo de la célula en el que está localizada la información para un carácter; hay siempre una pareja de genes para cada carácter (se les simboliza con letras A, a, B, b, C , c , etc.).
) P ( s e r d a P s o t e m a G ) 1 F ( s o j i H
• Alelo. Cada uno de los genes de la pareja que da información sobre un carácter en la célula. • Alelo dominante. Es el gen que impide la expresión de su compañero (se le simboliza con letras mayúsculas: A, B, C , etc.). • Alelo recesivo. Es el gen que deja de expresarse si su compañero es dominante (se le simboliza con letras minúsculas: a, b, c , etc.). • Homocigótico o de raza pura. Es el individuo que tiene para un carácter determinado los dos alelos iguales (se le simboliza con parejas de letras iguales: AA, aa, BB, bb, etc.).
ϫ
Fenotipos Normal Genotipos
Albino
Aa
aa
A
a
a
50 %
50 %
100%
Genotipos
Aa
Fenotipos
Normal
50 %
aa
Albino 50 %
• Cuadro de Punnet. A veces, la obtención de los genotipos de los hijos no es tan sencilla al tener muchos más gametos posibles; en ese caso es necesario fabricar una tabla de doble entrada. Colocamos en la primera columna los gametos del padre; en la primera fila, los de la madre, y en las casillas, los genotipos de los hijos obtenidos. Los fenotipos se pueden poner aparte, así como los porcentajes que les corresponden a cada uno en el cruce de que se trate.
• Heterocigótico o híbrido. Es el individuo que tiene para un carácter determinado los dos alelos distintos (se le simboliza con parejas de letras una mayúscula y otra minúscula: Aa, Bb, Cc , etc.). • Gameto. Es cada una de las células sexuales que se unirán con las del otro sexo en la fecundación para dar lugar a un nuevo individuo. Los femeninos son los óvulos y los masculinos, los espermatozoides. Cada gameto lleva la mitad de la información de una célula tipo. Para cada carácter lleva un solo alelo.
b
AB
Ab
aB
ab
AB
AABB
AABb
AaBB
AaBb
Ab
AABb
AAbb
AaBb
Aabb
• Genotipo. Es el conjunto de genes que lleva un ser vivo en cada una de sus células.
aB
AaBB
AaBb
aaBB
aaBb
• Fenotipo. Es el conjunto de características que se expresan o se manifiestan en un ser vivo.
ab
AaBb
Aabb
aaBb
aabb
a
• Cigoto. Es la primera célula del nuevo individuo; es el resultado de la unión de los dos gametos. Vuelve a tener para cada carácter una pareja de alelos.
90
Hombre
Mujer
I 1
Pareja
2
Pareja cosanguínea
II 1
2
3
4
5
6
1
2
3
Hermanos representados por orden de nacimiento
III 1
2
3
4
5
6
7 Gemelos Afectados de una enfermedad
IV 1
2
3
4
5
• Árboles genealógicos. Son esquemas en los que se representan las personas de varias generaciones que están emparentadas entre sí. Se utilizan símbolos sencillos para distinguirlos, también se indican las relaciones que unen a los componentes de la familia. Las generaciones estudiadas se representan con números romanos (I, II, III, IV, etc.) y los individuos, dentro de la misma generación, con números arábigos (1, 2, 3, etc.). Los árboles genealógicos deben ser claros y contener el mayor número de individuos para ser útiles. Se emplean para estudiar las enfermedades hereditarias, su comportamiento y su probabilidad de aparición en futuros individuos.
Portadores de la enfermedad Muertos
ACTIVIDADES Recordar
PIENSA Y RESPONDE • En muchos cuadros que representan a las familias reales europeas podemos observar la herencia de algunos caracteres. En la foto, ¿qué rasgos que se transmitan de padres a hijos puedes apreciar? • ¿Cómo se puede predecir una enfermedad hereditaria dentro de una familia que suele padecerla? • ¿Se pueden seguir los rasgos no hereditarios de varias generaciones de personas haciendo un árbol genealógico? ¿Por qué? 91
1. De las palabras del vocabulario de la página anterior elige aquellas que se simbolizan con letras e intenta diferenciarlas. 2. Haz una lista de los pasos que se deben seguir para hacer un cruce correctamente. 3. Haz un árbol genealógico sencillo de tu familia.
Comprender 4. Responde: • ¿Por qué el cuadro de Punnet tiene doble entrada? • ¿Qué significa que en un cruce entre dos individuos hay un 50% de probabilidades de que nazcan descendientes albinos?
TAREA 5.2
¿Qué investigó Mendel? Al cruzar una planta homocigótica de semillas amarillas con otra también homocigótica, pero de semillas verdes, las plantas resultantes sólo producían semillas amarillas. La planta AA sólo produce gametos A y la planta aa sólo gametos a.
OBSERVACIÓN
1. Los guisantes 1. Busca en libros de texto o en una enciclopedia información sobre la forma de la planta de los guisantes, cómo se reproduce, sus variedades y las que utilizó Mendel.
Lo que ocurría era que de alguna manera el color verde de uno de los padres no aparecía en la descendencia. Se habla entonces de dominancia: el carácter «color de la semilla» se hereda mediante un a pareja de alelos, uno dominante, que corresponde a «amarillo» ( A), y otro recesivo, que corresponde a «verde» (a); los padres eran homocigóticos AA y aa (amarillo y verde), lo que hace que los hijos sean heterocigóticos Aa y amarillos porque el alelo dominante no deja expresarse al recesivo.
• Describe los pasos desde que se planta una semilla hasta que se producen nuevas semillas. • ¿Por qué utilizó Mendel plantas de guisantes y no otros vegetales o incluso animales?
2. Organiza la información. • Haz una lista de los caracteres (factores hereditarios) de los guisantes que utilizó Mendel.
3. Segunda ley de Mendel (o de la segregación independiente)
Cuando Mendel publicó sus investigaciones, en 1866, pasaron desapercibidas. En 1900, Hugo de Vries, Correns y Tschermak por separado, realizaron investigaciones que les llevaron a las mismas conclusiones que a Mendel. Reconocieron su mérito dándole su nombre a las tres leyes fundamentales de la Genética.
Cuando Mendel cruzó entre sí a los descendientes obtenidos (F1) para comprobar si se comportaban como sus padres y, por lo tanto, eran homocigóticos, comprobó que en la segunda generación (F 2) aparecían dos tipos de semillas, tres amarillas por cada una verde (3:1). Las semillas verdes volvían a aparecer, lo que significaba que las F 1, a pesar de ser amarillas, llevaban la información para el color verde.
2. Primera ley de Mendel (o de la uniformidad) Lo primero que descubrió fue que si se cruzaban
En efecto, las semillas de la generación F 1 eran heterocigóticas ( Aa) y producen gametos de dos tipos A y a. Los dos factores hereditarios que infor-
dos individuos diferentes pero homocigóticos (de razas puras), su descendencia era uniforme (todos iguales).
man sobre un mismo carácter no se fusionan, y durante el proceso de formación de los gametos se segregan, o sea, se separan.
Para asegurarse de que una planta era homocigótica, Mendel la cruzaba consigo misma y vigilaba que sus descendientes fueran iguales a la progenitora.
ϫ
F1
ϫ
P
Fenotipo Genotipo Gametos
F1
Amarillo
Verde
AA
aa
A
a
100%
100%
Fenotipo Genotipo
Amarillo
Amarillo
Aa
Aa
A
a
A
a
Gametos
50 %
50 %
50 %
50 %
Genotipo
Aa
Aa
Aa
F2
Genotipo Aa Amarillo Fenotipo 100 % descendientes amarillos
Fenotipo
92
75 % amarillos
aa
25 % verdes
F1
ϫ
P
Amarillo liso
Verde rugoso
AABB
aabb
Gametos F1
5. Codominancia
ϫ
AaBb
AB
Los resultados que obtuvo Mendel se explican porque coincidió que eligió caracteres que se transmiten de forma independiente, lo que no siempre ocurre, y que eran alelos dominantes completos frente a los alelos recesivos.
AaBb
Ab
aB
ab
25 % 25 % 25 % 25 % 100% AaBb amarillo liso
F2
Gametos
AB
Ab
aB
A veces, un alelo no domina sobre su alelo complementario, al que llamamos recesivo, sino que ambos alelos expresan su información y el resultado es un fenotipo nuevo y de características intermedias entre ambos. Diremos que entre ellos hay codominancia.
ab
AABB
AABb
AaBB
AaBb
AABb
AAbb
AaBb
Aabb
AaBb
AaBb
aaBB
aaBb
AaBb
Aabb
aaBb
aabb
AB
Ab
aB
F1
ab
P
Amarillo liso
Verde liso
Amarillo rugoso
Verde rugoso
ϫ
WW
ww
rojo
blanco F2
F1
4. Tercera ley de Mendel (o de la combinación independiente)
Ww
ϫ
Ww
Ww
rosa
rosa
WW
Ww
Ww
ww
rosa
Al estudiar el comportamiento de dos caracteres al mismo tiempo, como el color (amarillo o verde) y la textura de la superficie (lisa o rugosa), Mendel encontró que, si partía de homocigóticos amarillos y lisos ( AABB) y verdes y rugosos ( aabb), en la primera generación obtenía una descendencia uniforme de color amarillo y textura lisa ( AaBb), pero en la segunda generación obtenía todas las combinaciones posibles de fenotipos en las siguientes proporciones:
ACTIVIDADES Recordar 1. Escribe el enunciado de las tres leyes de Mendel y explícalas utilizando tus palabras. Pon un ejemplo de cada una. 2. Haz un esquema del cruce necesario para deducir si un individuo es homocigótico.
• 9/16 amarillos y lisos • 3/16 amarillos y rugosos • 3/16 verdes y lisos
Comprender
• 1/16 verdes y rugosos
3. Responde:
Al comprobar por separado los caracteres vio que había 12/16 de amarillos frente a 4/16 de verdes y 12/16 de lisos frente a 4/16 de rugosos, lo que significaba el 75 % y el 25 % (3:1) como ya sucedía según la ley de la segregación independiente. Por lo que dedujo que, cuando varios caracteres se combinaban entre sí, se heredan de forma independiente y las proporciones de los fenotipos eran debidas a la dominancia del color amarillo y de la textura lisa frente al color verde y la textura rugosa.
• ¿A qué cruce debe corresponder un resultado de 3.210 semillas rojas y 1.070 marrones? • ¿Cómo serán los descendientes de una gallina blanca y un pollo negro, ambos homocigóticos, si nos dicen que hay codominancia? • ¿Cómo serán los descendientes de la primera generación entre un ratón AAbb y otro aaBB? ¿Cómo serán los de la segunda generación?
93
TAREA 5.3
¿Dónde están los factores hereditarios? OBSERVACIÓN
1. Los cromosomas
Cromosoma
Enrollamiento
1. Busca en libros de texto o en una enciclopedia información sobre los cromosomas, sus tipos, su forma, su situación, el número correcto, etc. • Busca el significado de la palabra
.
cromosoma
• ¿Qué instrumento deberíamos utilizar para observar los cromosomas? • ¿De qué están hechos los genes?
ADN
2. Organiza la información.
PIENSA Y RESPONDE
• Ordena por tamaños los conceptos siguientes: gen, cromosoma, cariotipo y cromátida.
• ¿Cómo crees que se puede leer la información que hay en un cromosoma?
2. El material hereditario
3. Número de cromosomas
Cuando Mendel hizo sus descubrimientos no se conocía el lugar en el que se encontraba la información genética, ni la materia que la llevaba. Hoy se sabe que está en el núcleo de las células eucariotas, concretamente en el ácido desoxirribonucleico o ADN (en algunos virus en el ARN). Estas moléculas son larguísimas fibras formadas por la combinación de nucleótidos de cuatro tipos distintos, de forma que su secuencia determina una información, de manera análoga a la escritura de un libro (una larga fila de letras que podemos leer).
El número de cromosomas de una célula debe permanecer constante, así como también el de todas las células de los individuos de la misma especie (excepto los gametos, que tendrán la mitad). Los cromosomas se pueden contar durante la metafase porque es entonces cuando se individualizan. Se pueden colorear con técnicas específicas para diferenciarlos entre sí. Podremos ver que estos cromosomas metafásicos están formados por dos bastoncitos unidos por un punto que les da el aspecto de una X, a cada uno de los cuales se le llama cromátida, por lo que parece que cada cromosoma posee dos cromátidas, pero en realidad estamos viéndolos en un momento crucial, pues se han duplicado para poder dividirse.
En el núcleo de las células, las moléculas de ADN son prácticamente invisibles durante el período de interfase debido a su pequeño grosor. Sin embargo, durante la mitosis cada una de las moléculas de ADN se enrolla sobre sí misma varias veces y se combina con proteínas, de manera que se convierte en una estructura llamada cromosoma, haciéndose visible mediante la microscopía (igual que un hilo en la acera no se ve desde un quinto piso, pero sí se ve si lo enrollamos en un ovillo).
Los cromosomas se encuentran por parejas: siempre hay un número par de cromosomas en cada núcleo. Al número total se le denomina diploide y se le simboliza con 2 n, y al número de parejas, haploide y se le simboliza con n. A los que forman pareja se les llama cromosomas homólogos.
En cada cromosoma se sitúan varias informaciones una a continuación de otra; son los llamados genes, o unidades de información genética, cada uno de los cuales lleva la información necesaria para fabricar una proteína concreta que realizará una función determinada en el organismo (de forma análoga a las recetas de un libro de cocina o a las canciones de una cinta magnetofónica).
Según lo dicho, las células de una planta de guisantes son diploides y tienen 2 n 14 cromosomas, excepto los gametos (los granos de polen y los óv ulos) que son haploides con n 7 cromosomas. ϭ
ϭ
Al conjunto de todos los cromosomas de una célula diploide de un ser se le llama cariotipo y en ellos se encuentra toda la información de ese ser vivo. 94
NÚMERO DE CROMOSOMAS DE VARIAS ESPECIES Organismo
N.º de crom.
Organismo
N.º de crom.
Gato
38
Maíz
20
Conejo
44
Guisante
14
Caballo
64
Tomate
24
Ser humano
46
Manzana
34
Asno
62
Cebolla
16
Toro
60
Arroz
24
Rana
26
Calabaza
40
PIENSA Y RESPONDE • ¿Qué tienen en común los seres vivos de la tabla y, en general, todos los seres vivos eucariotas, según puedes deducir de los datos?
4. Genes y alelos Cuando en la fecundación se forma el cigoto, éste recibe n cromosomas del padre y n de la madre, o sea, n ϩ n ϭ 2 n; por eso, el cigoto es diploide y a partir de él todas las células del futuro ser también lo serán. Pero además tendrán dos copias de cada cromosoma o, lo que es lo mismo, dos copias de cada gen. Es decir, habrá dos alelos para cada gen.
PIENSA Y RESPONDE • ¿A qué especie corresponde el cariotipo de la fotografía? ¿Cómo lo deduces?
Los alelos están situados exactamente en el mismo lugar en los cromosomas homólogos. Cuando se formen los gametos, los cromosomas se repartirán y cada gameto sólo tendrá un juego de cromosomas, con un juego de alelos. Debido a la compleja organización del material hereditario en genes distribuidos en los cromosomas del cariotipo, podremos distinguir dos tipos: • Genes independientes. Son los que se encuentran en cromosomas distintos, por lo que se heredan de forma independiente y cumplen las proporciones de las leyes de Mendel. • Genes ligados. Son los que se encuentran en el mismo cromosoma, por lo que se heredan juntos como una unidad, de modo que no cumplen las leyes de Mendel. Los cromosomas de Drosophila
ACTIVIDADES Recordar 1. Diferencia entre un cromosoma metafásico y otro interfásico. 2. Haz un esquema de un cromosoma y sitúa los genes ligados A , b y C .
Mosca Drosophila
Comprender Núcleo en división 4 parejas de cromosomas A B C D E F
3. Responde:
G H Gametos
a b c d e f
g h
PIENSA Y RESPONDE • Los genes de este cromosoma perteneciente a la mosca Drosophila, ¿se heredan de forma independiente? ¿Por qué? 95
• ¿Cuántos cromosomas tendrá un grano de polen de manzano? ¿Y una célula de una hoja? • ¿Por qué no pudo Mendel dar una explicación celular a los hechos que estudió?
TAREA 5.4
La transmisión de los caracteres en el ser humano 1. La herencia del sexo
2. Herencia ligada al sexo
El nacer niño o niña viene determinado por la información genética que se recibe con los cromosomas de los padres. El ser humano tiene 46 cromosomas que se pueden reunir en 23 parejas. Los cromosomas de estas parejas no son todos iguales; hay una pareja con cromosomas diferentes, los cromosomas sexuales o heterocromosomas, y los demás cromosomas son iguales y se les llama autosomas.
En los cromosomas sexuales está toda la información para determinar el sexo del individuo, pero además hay otros genes que se expresan y permiten el correcto desarrollo del ser humano. Esto hace que todos los genes del cromosoma Y estén ligados al sexo masculino y los del cromosoma X al sexo femenino. Sin embargo, hay una diferencia importante: un gen que se encuentre en el cromosoma X de la mujer tendrá, como todos, un par de alelos, porque la mu jer tiene dos cromosomas X y el fenotipo será el resultado de la dominancia entre ellos; pero, si se encuentra en el X de un hombre, no tendrá otro alelo porque no hay otro cromosoma X , y el fenotipo será siempre la expresión de este gen aunque sea recesivo. Con el cromosoma Y ocurre algo parecido, la mujer nunca podrá expresar un gen del cromosoma Y , porque no lo tiene, mientras que el hombre expresará todos los del Y .
Las mujeres tienen una pareja de heterocromosomas iguales entre sí y con la típica forma de X durante la metafase, por lo que se dice que las hembras son XX . Sin embargo, los hombres tienen uno de ellos muy pequeño al que se le llama Y , de modo que los varones son XY . A veces se escribe 44 ϩ XX para referirse al cariotipo de una mujer, y 44 ϩ XY para el cariotipo de un hombre. Los gametos (haploides) se fabrican por meiosis a partir de células específicas (diploides) de las gónadas, de manera que se reparte la dotación cromosómica 2 n en dos partes iguales al azar. Por consiguiente, en cada óvulo de una mujer habrá 22 ϩ X , pero en cada espermatozoide de un hombre habrá 22 ϩ X o 22 ϩ Y . Los óvulos siempre llevan un cromosoma X , pero los espermatozoides pueden llevar uno X o uno Y .
Algunas enfermedades que padece la especie humana se deben a la presencia de un gen defectuoso en algún cromosoma; si ese gen está en un cromosoma sexual, la enfermedad a que dé lugar se heredará ligada al sexo. El daltonismo y la hemofilia son enfermedades determinadas por genes en el cromosoma X , que se heredarán ligadas al sexo. • Daltonismo. Es una incapacidad para distinguir ciertos colores (lo más habitual es no distinguir el rojo del verde). Impide realizar alguna profesión (ferroviaria, naval). La sufren sobre todo los varones, entre un 2 y un 8 %.
Esto hace que, dependiendo del espermatozoide que intervenga en la fecundación del óvulo, el futuro individuo será varón o hembra. PADRE Padres (P)
MADRE
Fenotipos
Varón
Hembra
Genotipos
44 ϩ XY
44 ϩ XX
Gametos Porcentajes
50 % 50 % Genotipos 22 ϩ X 22 ϩ Y
Hijos (F1)
Genotipos Fenotipos Porcentajes
44 ϩ XX Hembra 50 %
• Hemofilia. Esta enfermedad dificulta la coagulación de la sangre. Las personas afectadas carecen de algún factor que interviene en las reacciones de la coagulación. Puede ser muy grave (un pequeño hematoma se convierte en un derrame interno). La enfermedad afecta a los hombres, las mujeres pueden transmitirla pero no la padecen.
100 % 22 ϩ X
Si llamamos X al cromosoma normal y X d al que lleva el gen defectuoso, una mujer XX será normal, una d X X será portadora de la enfermedad pero no la sufrirá y una X d X d será daltónica, mientras que un hombre XY será normal y uno X dY será daltónico.
44 ϩ XY Varón 50 %
En el estudio de estas enfermedades se utilizan los árboles genealógicos para deducir quién transmite la enfermedad y quién podrá padecerla.
Como ves, la probabilidad de que en una fecundación se produzca un niño o una niña es la misma. 96
Reina Victoria
Eduardo III Rey de Inglaterra
Príncipe Alberto
Princesa Alicia
Leopoldo de Albania
Princesa Beatriz
Nicolás II Zar de Rusia
Mauricio de Battenberg Princesa Alicia
Princesa Federico AlejanIrene de Hesse dra
Victoria Eugenia
Alfonso XIII Leopoldo de España de Battenberg
Ruperto Waldemar de Prusia
Enrique de Prusia
Mujeres
Varones
Alejandro Zarevitch de Rusia
Alfonso Príncipe Príncipe Jaime de Asturias
Princesa Princesa Mer- Príncipe Beatriz Cristina cedes Juan Rey Juan Carlos I de España
Mujeres portadoras
Príncipe Gonzalo
Reina Sofía
Varones hemofílicos Felipe
3. Herencia poligénica
Fenotipo A
A veces un fenotipo no está determinado por una sola pareja de genes, sino por varias. Es el caso del color de la piel humana. Todos sabemos que hay una importante gradación de colores desde personas muy negras hasta muy blancas. Esto es debido a que tenemos al menos seis parejas de genes cuyos alelos dominantes añaden oscuridad a la piel. Si fueran sólo dos parejas, tendríamos los siguientes genotipos y fenotipos: NNNN (negro), NNNn (moreno), NNnn (mulato), Nnnn (claro) y nnnn (blanco).
En ocasiones, un gen puede tener varios alelos; el caso más conocido es el de los grupos sanguíneos, donde tenemos tres alelos: A, B y 0. Entre el A y el B hay codominancia y ambos dominan sobre 0, que es recesivo. Tenemos cuatro grupos o fenotipos: A, B, AB y 0. Los genotipos posibles serán seis, que dan lugar a los cuatro grupos sanguíneos: GRUPOS SANGUÍNEOS EN LA ESPECIE HUMANA Fenotipos
AA
Grupo sanguíneo A
A0
Grupo sanguíneo A
BB
Grupo sanguíneo B
B0
Grupo sanguíneo B
AB 00
Gametos
A0
A
F1 Genotipos AB Fenotipos AB
B0
0
B
0
A0 A
B0 B
00 0
Recordar 1. Diferencia entre un carácter ligado al sexo de otro que no lo está. 2. Representa un cruce entre un hombre daltónico y una mujer normal.
Comprender 3. Responde: • ¿Qué probabilidad tendrá una pareja de que sus dos primeros hijos sean niñas? • ¿Puede una persona tener sangre del tipo A si su padre es 0 y su madre es AB? ¿Y si su madre fuera B?
Grupo sanguíneo AB Grupo sanguíneo 0
97
Elena
Fenotipo B
ACTIVIDADES
4. Herencia multialélica
Genotipos
P Genotipos
Cristina
TAREA 5.5
¿Qué son las mutaciones? Las mutaciones de forma natural aparecen ocasionalmente, pero su frecuencia puede aumentar muchísimo por la acción de productos químicos o radiaciones que las inducen. A estos factores se les llama agentes mutágenos.
OBSERVACIÓN
1. Los individuos mutantes 1. Busca en libros de texto o en una enciclopedia información sobre los lunares de la piel, la pantera negra y el gorila albino. Responde:
Lo más común es que la mayoría de las roturas que sufre nuestro ADN puedan ser reparadas por nuestras células sin consecuencia; pero, a medida que se envejece, la frecuencia de aparición de mutaciones aumenta, lo que explica, por ejemplo, el desarrollo de ciertos tipos de cáncer a edad avanzada.
• ¿Qué significa la palabra mutante? • ¿Se puede predecir la aparición de una mutación en un ser vivo? • ¿Cómo será la descendencia de una célula mutante?
2. Organiza la información.
Cuando aparece un ser diferente de los de su especie porque presenta una mutación le llamamos mutante.
• Haz un esquema de las sustancias o agentes que pueden producir mutaciones.
Las mutaciones pueden ocurrir en cualquier célula del ser vivo.
• En algunas guerras se utilizaron estos productos. ¿En cuáles?
• Mutación somática. Si la mutación sucede en una célula cualquiera del cuerpo, no se transmitirá a los descendientes de ese ser vivo, pero sí a las células que procedan de ella. Un lunar es el resultado de la proliferación de una primera célula a la que una mutación le obligó a fabricar más pigmento que a sus vecinas.
2. La mutación Una mutación es un cambio en el ADN de una célula, que se produce espontáneamente y al azar.
• Mutación gamética. Sin embargo, si la mutación ocurre en los gametos, o en el cigoto, todas las células del nuevo ser llevarán la mutación y al mismo tiempo la transmitirán a su descendencia.
En este tema hemos hablado de guisantes amarillos y verdes, pero ¿han existido desde siempre estos colores? Si eran todos amarillos en un principio, ¿cuándo y por qué apareció el primero de color verde? La solución a estas preguntas es difícil, pero si pensamos que el color lo determina un gen y en una duplicación el ADN sufre un error y se deteriora, las células que desciendan de ella estarán incapacitadas para fabricar dicho pigmento y mostrarán el verde de la clorofila como el resto de la planta.
Según el efecto que produzca en el ser vivo, podremos clasificar las mutaciones en cuatro tipos: • Indiferente. La mutación no influye en el desarrollo normal de la célula o del individuo y pasa desapercibida. Por ejemplo, un lunar en la piel. • Beneficiosa. La mutación permite el desarrollo de nuevas o mejores características para la vida del individuo, ser más veloz, estar mejor camuflado, etc. Estas mutaciones serán el motor que impulse la evolución de las especies. • Perjudicial. Provoca una enfermedad en el individuo que la tiene, pero le permite vivir. En la especie humana la medicina permite que seres con deficiencias puedan desarrollarse y vivir una larga vida (miopes, diabéticos, etc.), mientras que en el medio natural un ser enfermo muere antes de llegar a la edad adulta.
Un tigre albino mantiene las bandas oscuras características de su especie, pero su color general es blanco. ¿Pertenece este animal a una especie diferente de la de sus padres?
• Letal. La mutación es grave y el mutante muere si afecta a la formación o funcionamiento de un órgano vital: el corazón, el cerebro, etc. 98
5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Delección
1 2 3 4 7 8 9 10 Translocación
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 7 8 9 3 4 5 6 10
11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Inserción 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 10
Mutaciones estructurales en los cromosomas.
El color rojo de los ojos de la mosca Drosophila se debe a una mutación.
3. Clases de mutaciones
4. Agentes mutágenos
Podemos distinguir dos clases de mutaciones:
Son los causantes de inducir mutaciones en grandes cantidades.
• Numéricas. Son las que afectan al número de cromosomas, que aumenta o disminuye. El número de cromosomas en las células de los seres de la misma especie debe permanecer constante; cuando esto no ocurre, el individuo sufre una serie de alteraciones y de síntomas que reciben el nombre de síndrome. Los más conocidos son los síndromes de Down o trisomía 21 (un cromosoma 21 extra), Klinefelter (44 ϩ XXY ), Turner (44 ϩ X0), trisomía 13 y trisomía 18.
Desde que, en 1927, Müller demostrara que los rayos X producían mutaciones en la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster ), se han descubierto una serie de radiaciones y sustancias que las producen. Su peligrosidad reside en un uso indiscriminado y en la ausencia de síntomas inmediatos. AGENTES INDUCTORES DE MUTACIONES
• Estructurales. Son las que afectan a porciones de un cromosoma; son llamadas génicas cuando afectan a un solo gen. A veces un cromosoma se parte en dos trozos y uno de ellos se pierde, o se vuelve a unir en un lugar o de una forma equivocada, en otras ocasiones un trozo se duplica, etc. Anomalía génica
Enfermedad
Gen
Anemia falciforme
Hemoglobina anormal
Recesivo
Fibrosis quística
Obstrucción de los bronquios. Recesivo Infecciones respiratorias
E. de Huntington Degeneración del S.N.
Dominante
Fenilcetonuria
Falta de desarrollo del S.N.
Recesivo
Galactosemia
Incapacidad de metabolizar galactosa
Recesivo
Falta de pigmento en piel, ojos, cabello
Recesivo
Albinismo
Diabetes mellitus Carencia de insulina
Recesivo
Sordomudez
Sordera
Recesivo
Polidactilia
Más de cinco dedos
Dominante
Sindactilia
Dedos unidos
Dominante
Químicos
Físicos Rayos X
Gas mostaza (perita)
Rayos ␥
Agua oxigenada
Rayos ␣
Pesticidas
Rayos 
Productos industriales
Luz ultravioleta
Nicotina
Ultrasonidos
Cafeína
Choques térmicos
Fármacos
Traumatismos repetitivos
Drogas
ACTIVIDADES Recordar 1. Diferencia entre una mutación numérica y otra estructural. 2. Haz un esquema de todas las clases de mutaciones que se citan en el texto.
Comprender 3. Responde:
Algunas de estas enfermedades, si se detectan a tiempo, se pueden evitar con un tratamiento adecuado, como la fenilcetonuria, con un simple cambio en la dieta del recién nacido hasta los 7 años.
• ¿Por qué es más probable la aparición de ciertas enfermedades en las personas mayores?
99
RESUMEN DE LA UNIDAD La Genética es la parte de la Biología que estudia la herencia de los caracteres de los seres vivos. De los descubrimientos de Mendel se derivan las tres leyes básicas de la Genética: • Ley de la uniformidad. Si se cruzan dos individuos diferentes pero homocigóticos, su descendencia es uniforme.
Las mutaciones son cambios en el ADN de una célula que se produce espontáneamente y al azar. Pueden ser numéricas si se altera el número normal de cromosomas, o estructurales si afecta a un cromosoma pero no a su número. Existen una serie de agentes (físicos y químicos) que pueden causar mutaciones: son los agentes mutágenos.
• Ley de la segregación. Los dos factores hereditarios que informan sobre el mismo carácter no se fusionan y durante la formación de los gametos se segregan independientemente. • Ley de la combinación. Cuando varios caracteres se combinan entre sí, se heredan de forma independiente. El material hereditario está formado por largas moléculas de ADN que durante la mitosis se hacen visibles y llamamos cromosomas. Sobre estas moléculas se alinean los genes. Los genes que están en un mismo cromosoma y, por lo tanto, se heredan juntos, están ligados. Los gametos tienen un número n de cromosomas distintos, son haploides, mientras que las demás células tienen el doble o n parejas, 2 n, son diploides. El sexo de un individuo está determinado por una pareja de cromosomas, XX en la mujer, o XY en el hombre.
Explica el motivo por el que en una misma familia haya miembros muy parecidos entre sí y otros poco parecidos.
Completa el mapa del tema LOS CARACTERES HEREDITARIOS
se transmiten según las
se encuentran en
los genes pueden cambiar por
mutaciones
que se organiza en 1.ª ley
2.ª ley
3.ª ley cromosomas
que contienen
100
Actividades Test de conocimientos 1
Busca en esta sopa de letras diez palabras relacionadas con la Genética. M A C I G O T O J
2
U R E C E S I V O
T H G E N O M A F
A F E N O T I P O
C A N D T E R E L
I B G W I M A Y E
O Z A Q P A D N L
N E T U O G I A A
6
a) Un ser es cuando tiene para un carácter dos iguales. b) Una célula con un número 2 n de es . c) Los genes son los que se encuentran en distintos. d) Las estructurales se denominan si afectan a un solo gen.
A M O S O M O R C
7
Explica en qué se diferencian: a) b) c) d) e)
Completa las frases siguientes en tu cuaderno:
Rellena el siguiente cuadro con el tipo de herencia en cada caso: Carácter
Genotipo y fenotipo. Gen y alelo. Dominante y recesivo. Homocigótico y heterocigótico. Diploide y haploide.
Tipo de herencia
Color de la piel humana Hemofilia Grupo sanguíneo Lunar cutáneo Color del guisante
3
Haz un resumen de las leyes de Mendel.
4
Resuelve los siguientes problemas:
Color de las flores del dondiego de noche
a) En un cruce entre un conejo blanco homocigótico y una coneja heterocigótica de color marrón, el alelo dominante es el marrón. ¿Cómo será la descendencia? b) El alelo R determina el color rojo de las carpas, y domina sobre el r , que determina el color amarillo. Realiza un cruce entre dos individuos rojos heterocigóticos para obtener la F1. ¿Cuántos genotipos y fenotipos se obtienen? ¿En qué proporciones? c) Si los grupos sanguíneos de una pareja son AA y BB, ¿cómo serán los grupos sanguíneos de sus nietos si su hijo se une a una mujer AB? d) ¿Cómo será la descendencia de un hombre daltónico y una mujer portadora de daltonismo? 5
Explica las siguientes afirmaciones: • El cromosoma metafásico tiene la información genética doble. • Los cromosomas sexuales de la mujer son cromosomas iguales. • Las enfermedades ligadas al cromosoma X las sufren sobre todo los varones.
101
8
AMPLIACIÓN. Piensa y responde. En el texto hemos citado los experimentos de Mendel con guisantes amarillos y verdes. • ¿Por qué comemos guisantes verdes si los dominantes son los amarillos? • ¿Cómo se puede conseguir una raza pura de color verde partiendo de guisantes amarillos? A veces podemos observar que las flores de una planta no son de color uniforme: unas son rojas, otras blancas, pero algunas son blancas y rojas a trozos. • ¿Se puede hablar en este caso de herencia mendeliana? • Plantea una hipótesis para explicar este hecho.
Actividades Test de capacidades 1
Interpretar tablas de datos.
3
En la siguiente tabla se muestra el número de nacidos con el síndrome de Down por cada mil recién nacidos vivos y se ponen en relación con la edad de la madre en el momento del nacimiento: Edad materna
Nacidos S. Down (‰)
Menos de 20
0,58
20-24
0,83
25-29
1,13
30-34
2,74
35-39
4,94
40-44
16,26
Más de 44
31,25
a) Representa en tu cuaderno una gráfica con estos datos. b) ¿De qué depende el aumento del riesgo de que nazca un niño con síndrome de Down? c) Plantea una hipótesis para explicarlo. 2
AMPLIACIÓN. Interpretar esquemas. a) El siguiente esquema es el cariotipo de un ser humano. Estudia los cromosomas que lo forman, deduce su sexo y si presenta alguna enfermedad genética.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
b) En este árbol genealógico se representa a una familia con daltonismo. Deduce qué individuos pueden ser portadores.
Copia y completa el siguiente cuadro de Punnet: Mn
Mn
mn
mn
1
MMnn MmNn
MmNn
Mmnn
2
II:
MmNN
mmNN
Afectados de ceguera para el color: sombreados. No afectados: vacìos.
I:
Completar un esquema.
MMNN
X
1
2
3
4
5
Mmnn mmNN
mmNn
III: 1
Una vez deducido el cuadro anterior, completa el esquema de la producción de los gametos del cuadro.
2
3
4
5
6
7
8
c) Este esquema pertenece a los cariotipos de la mosca Drosophila melanogaster :
Progenitor 1
Gametos
Progenitor 2
XY
XX
Macho
Hembra
• ¿Qué diferencia al macho de la hembra? • ¿Cuántos cromosomas hay en una célula de la mosca? • ¿Cuántos cromosomas habrá en un espermatozoide de la mosca?
Gametos
102
Test de responsabilidad El proyecto genoma humano Antes de lo previsto, se ha completado la lectura de la totalidad de la información genética de la especie humana. Este hito científico permite localizar en nuestros cromosomas los lugares exactos en los que se encuentran los genes que almacenan la información de los caracteres anatómicos y fisiológicos. Además, se pueden localizar aquellos que producen enfermedades hereditarias y otras enfermedades graves, como algunos tipos de cáncer.
• ¿Crees que debe haber confidencialidad en los datos genéticos? • Si a una persona se le descubre la posibilidad de padecer una grave enfermedad, ¿piensas que debe ser informada de ello? • ¿Sería ético practicar un aborto al conocer que el futuro ser padecerá una deficiencia grave? Debatid en clase sobre esto.
Este conocimiento permitirá, mediante técnicas de terapia génica, sustituir genes defectuosos por genes normales. Hoy en día, el conocimiento del genoma ya se utiliza, en ambientes policiales, para identificar mediante pruebas de ADN a los sospechosos de hechos delictivos. Sin embargo, aunque parece magnífico poder conocer de antemano las posibilidades que tiene un ser de sufrir una enfermedad o si es portador de una enfermedad genética con vistas a una prevención o curación de la misma, hay quien opina que esta información utilizada de forma inadecuada puede ser perjudicial. Las empresas podrían solicitar informes genéticos de sus trabajadores para contratarlos o no, las aseguradoras aumentarían las primas a sus asegurados propensos a sufrir cáncer, etc.
Investigador examinando una prueba realizada con ADN durante la fase de secuenciación del proyecto genoma humano. El esfuerzo conjunto de cientos de científicos ha permitido conocer la secuencia de genes de nuestros cromosomas, aunque aún serán necesarios varios años de investigación para encontrar aplicaciones prácticas importantes.
Experiencia Las huellas dactilares (dermatoglifos)
En cada huella se pueden distinguir estas formas:
Vamos a estudiar nuestras huellas dactilares. En las yemas de los dedos de las manos y de los pies tenemos unas marcas que nos diferencian de otros individuos de nuestra especie desde el nacimiento, están determinadas genéticamente y ni siquiera los gemelos las tienen iguales.
• Trirradios. Puntos de reunión de los sistemas de surcos con forma aproximada de Y. • Arcos. Los sistemas de surcos no tienen trirradios. • Asas. Los surcos tienen un solo trirradio a un lado. • Torbellinos o vórtices. Los sistemas de surcos tienen dos trirradios.
a
b
Trirradio
d
c
Procedimiento:
Torbellino
e
Ejemplos de dermatoglifos.
f
Asas
1. Mancha con tinta la yema de tu pulgar derecho y marca su huella sobre una hoja de papel. Compara tu huella con los tipos de la figura. 2. Reúne la información de tu huella con la de los compañeros en una tabla de datos y realiza un histograma. ¿Qué porcentaje representa cada tipo? 3. Repite en casa la experiencia con tu familia y fabrica un árbol genealógico con las huellas.
103
Aplicaciones de la Genética Manipulación genética Desde que el hombre descubrió la agricultura y la ganadería se propuso obtener grandes cosechas y rebaños productivos. Para ello utilizó el cruce entre especies y el cultivo selectivo. En la actualidad se sigue el proceso pero la técnica ha cambiado radicalmente. En la actualidad se utiliza la ingeniería genética, que consiste en la manipulación del material genético de las células o virus para conseguir dos objetivos:
Ratón transgénico comparado con uno normal. La alteración genética del primero se concreta en un crecimiento mucho mayor.
• Prevención y tratamiento de enfermedades. • Desarrollo de microorganismos, plantas y animales nuevos para fabricar antibióticos, que sean resistentes a herbicidas, o tengan un crecimiento más rápido.
Las plantas y animales obtenidos por manipulación genética se llaman transgénicos. Se puede introducir en el ADN de un ratón un gen humano cancerígeno para estudiar el desarrollo del cáncer sin comprometer a un ser humano.
Las bacterias obtenidas por estos métodos se denominan recombinantes. Es posible introducir un gen humano en su interior para que la bacteria fabrique, por ejemplo, insulina.
Plantas transgénicas
Animales transgénicos
La ingeniería genética en plantas persigue dos ob jetivos:
Los objetivos que se persiguen con los animales transgénicos son muy variados:
• Conseguir plantas cultivadas con mejores rendimientos (resistentes a plagas, maduración de frutos controlada, semillas de alto valor nutritivo, etc.).
• Aumento del rendimiento del ganado.
• Producción de sustancias con aplicaciones farmacológicas.
• Producción de fármacos y de otras sustancias de interés médico.
• Producción de animales con enfermedades humanas para investigación.
En los últimos años se han conseguido producir animales clónicos, como ovejas, cerdos, cabras, etcétera. Los animales clónicos son idénticos a un animal progenitor. Cuando se producen numerosos clónicos se puede investigar sobre ellos con la seguridad de que sus diferencias de metabolismo y fisiología no interferirán en los resultados.
Se han conseguido plantas transgénicas resistentes a enfermedades producidas por virus, bacterias o insectos. Estas plantas son capaces de producir antibióticos, toxinas y otras sustancias que atacan al causante de la plaga. Esto repercute en un ahorro económico al no necesitar utilizar plaguicidas y obtener una mayor cosecha. También se han conseguido plantas transgénicas que den frutos de maduración controlada muy lenta, lo que permite su transporte hasta el consumidor sin alterar sus características de calidad.
En la actualidad, ya se emplean en los laboratorios ratones transgénicos portadores de genes cancerígenos humanos, para estudiar en ellos cuándo y dónde se activan estos genes y cómo se desarrolla la enfermedad.
Desde el punto de vista médico, las plantas transgénicas permiten fabricar fármacos y sustancias de difícil obtención, como anticuerpos, proteínas de la sangre y hormonas del crecimiento.
Se emplean también ovejas para producir medicamentos en grandes cantidades. Una de estas sustancias obtenidas de ovejas transgénicas es el factor VIII de la coagulación sanguínea. 104
SALUD EN EL AULA
Prevenir enfermedades hereditarias Inserción del gen humano normal en virus del resfriado común Gen humano normal
Terapia génica
La información genética de los virus se incorpora a la de las células pulmonares. Éstas adquieren así el gen normal.
Cuando una enfermedad es debida a un solo gen, sería posible curarla introduciendo el gen normal en la persona enferma. Esta terapia está en fase de experimentación y se basa en que las células sólo leen los genes que necesitan, de modo que se podría introducir el gen normal sólo en las células de un órgano concreto para que frente al gen defectuoso (recesivo) expresara su información. De esta forma se podrían curar numerosas enfermedades que, en último término, se deben a la carencia de una sustancia (normalmente una proteína) que debería producir el gen defectuoso.
Inhalador Cultivo de los virus
Los virus llegan a los pulmones
Gracias a los avances en el conocimiento del genoma humano, se pueden prevenir las enfermedades hereditarias de dos formas: • Prevención primaria. Consiste en el estudio genético de la pareja y sus respectivas familias antes de la concepción de un nuevo ser. Es lo que se denomina consejo genético, con este estudio se pueden deducir las posibles enfermedades hereditarias y aconsejar su prevención. • Prevención secundaria. Hay enfermedades que sólo se pueden diagnosticar en el nuevo ser ya formado. Para ello se han desarrollado técnicas que permiten analizar con mucha precisión el ADN del feto y descubrir en él las posibles enfermedades.
DEBATE
INVESTIGACIÓN
Los alimentos transgénicos
Terapia génica
Desde que aparecieron estos alimentos, hay una gran polémica sobre su uso. Los que están a favor piensan que serán la salvación y terminarán con el hambre del Tercer Mundo. Además, se están produciendo alimentos transgénicos recomendados en dietas especiales para enfermos. Y en cuanto a su peligrosidad, opinan que son los que más controles sufren hasta ser autorizados. Los que están en contra dicen que se producen reacciones alérgicas que no existían hasta ahora y facilitan la aparición de resistencias a los antibióticos. Se han fabricado plantas estériles, lo que obliga a sufrir el monopolio de las empresas para adquirir cada año las semillas nuevas.
Busca información sobre ella y relaciónala con las terapias actuales (vacunación, sueroterapia, psicoterapia, electroterapia, hidroterapia, fisioterapia, quimioterapia, radioterapia, etc.).
• Debatid en clase sobre este tema. Proponed leyes reguladoras.
105
Empaquetado de maíz transgénico.
Guía y recursos
06 Evolución F F
EXPRESA LO QUE SABES 1. Observa la fotografía y responde. • ¿Cuántas especies y cuántas poblaciones puedes identificar en la figura? • ¿Cómo se originaron esas especies? • En la actualidad, de las especies fósiles (F) sólo encontramos sus restos; no observamos ejemplares vivos. Las otras especies existen en el planeta aproximadamente desde hace 65 millones de años, o épocas posteriores, pero no se han encontrado restos de ellas en épocas anteriores. Explica estos hechos. ¿Han permanecido siempre con esas características o se han transformado? Explica tu respuesta.
Contenidos 1. PANORAMA: ¿Por qué sabemos que los seres vivos evolucionan? 2. Teorías sobre la evolución. Teoría de Lamarck. 3. La teoría de Darwin-Wallace. 4. El neodarwinismo y la teoría sintética. 5. ¿Cómo se originan las especies? CIENCIA, TÉCNICA Y SOCIEDAD • El problema de la evolución en la sociedad.
2. Expón tu opinión sobre el tema: • ¿Cuál de las siguientes frases es la verdadera? ¿Por qué? a) La evolución biológica no existe. b) La evolución es una teoría. c) La evolución es un hecho.
106
¿QUÉ DEBES SABER? 3. La célula y los genes.
Conceptos previos de Biología
Recuerda que en el núcleo celular, entre otros componentes, se encuentra el ADN, y que un gen es un «trozo» de ADN.
1. La diversidad de los seres vivos. Clasificación. Recuerda la gran diversidad de seres vivos que habitan en el planeta. Durante la historia de la ciencia, los naturalistas han empleado diferentes métodos para clasificarlos. Actualmente, las clasificaciones se hacen siguiendo el sistema de clasificación natural desarrollado por Linneo (1707-1778). Este naturalista se basó en las relaciones de parentesco, y buena parte del trabajo de los taxónomos actuales consiste en descubrir esas relaciones.
2. Cambios en la diversidad durante la historia de la vida. ADN de una bacteria. ¿Existe alguna relación entre los rasgos estructurales que se pueden observar en los seres vivos y la información contenida en el ADN? Explica tu respuesta.
• A partir del estudio de los fósiles, podemos relacionar muchas especies que vivieron en el pasado con otras actuales. Y si lo hacemos siguiendo criterios de semejanza en las estructuras anatómicas, entonces las relaciones serán de parentesco.
4. Conceptos de especie y población. • Una especie es un conjunto de seres vivos que tienen características comunes y las intercambian durante la reproducción generando una descendencia fértil. • Una población es un conjunto de individuos de la misma especie que vive en la misma zona geográfica durante un período de tiempo determinado.
Conceptos previos de ciencia en general
RECUERDA Y RESPONDE • Utiliza los conocimientos asimilados en la unidad anterior y responde. ¿Qué es un fósil?
¿Qué es una teoría científica? En el conocimiento científico, una teoría científica se origina cuando generalizamos una explicación de un hecho o fenómeno natural concreto, de tal manera que se puedan hacer predicciones muy aproximadas. No existe ningún método para hacer teorías científicas, pero sí existe un método científico, y de seguimiento riguroso, para probar una teoría científica.
Equus (caballo moderno)
Este método consiste en: Merychippus
Echippus
(hace 5 millones de años)
(hace 54 millones de años)
a) Diseñar experimentos teniendo en cuenta las conclusiones que se deducen de esta teoría. b) Analizar los resultados de estos experimentos para ver si concuerdan o contradicen las predicciones de la teoría.
PIENSA • Observa la figura. ¿Crees que existe alguna relación de parentesco entre los individuos fósiles y los caballos actuales? ¿Por qué? ¿Qué diferencias aprecias entre ellos?
c) Utilizar la teoría para explicar racionalmente nuevos descubrimientos, y comprobar su eficacia en la predicción de sucesos naturales.
107
TAREA 6.1: PANORAMA
¿Por qué sabemos que los seres vivos evolucionan? 1. Las teorías de la evolución A la pregunta ¿cómo se originan las especies? se han dado muchas respuestas, normalmente condicionadas por la cultura en la que se produjo. En las páginas siguientes recogemos algunas de las respuestas que los filósofos y científicos han dado a esta pregunta, desde la antigüedad hasta nuestros días. A pesar de su gran diversidad, podemos agrupar estas respuestas en dos líneas. • Aquellas que consideran que las especies se crearon tal como las conocemos actualmente y son formas de vida fijas desde entonces. Con sus diferentes matices, todas son explicaciones creacionistas y fijistas del origen de las especies. Están basadas en la transmisión de un mito o en la interpretación literal de un libro. No contemplan la posibilidad de ser probadas ni modificadas. Por esto no se utilizan en la actividad científica.
3. La anatomía y las relaciones de parentesco La forma externa de las estructuras de los organismos refleja su adaptación funcional al medio en el que viven. Un topo (mamífero) y un grillotopo (insecto) tienen extremidades anteriores en forma de palas excavadoras adecuadas a su actividad excavadora. A los órganos que tienen la misma forma y la misma función pero una estructura interna diferente se les llama órganos análogos. Por otro lado, existen órganos que tienen cierta semejanza en su anatomía interna, aunque se diferencien en su morfología y desempeñen distintas funciones. La aleta de un delfín y el ala de un murciélago tienen formas diferentes: una se utiliza para nadar y la otra para volar, como corresponde a dos animales que viven en medios tan distintos. Pero las dos, y las otras del mismo grupo de animales, parecen seguir un mismo plan estructural. En este caso están soportadas por un esqueleto óseo basado en los huesos hú mero, cúbito, carpo, metacarpo y dedos, con ligeras modificaciones que parecen responder al problema planteado por el desplazamiento en el medio en el que viven. A estos órganos que siguen un mismo plan estructural, a pesar de sus diferencias externas y de sus diferentes funciones se les llama órganos homólogos.
• Las que consideran que las especies se han transformado y se siguen transformando durante la historia de la vida. El origen de las diferentes especies estaría causado por la acumulación progresiva de estas transformaciones. Son las teorías evolucionistas.
2. Las pruebas de la evolución Ninguna de las teorías que afirman que los seres vivos cambian con el tiempo surgió de la nada. Todas se basaron en la observación de una serie de hechos naturales, fenómenos y regularidades observables en la naturaleza que no tienen explicación si no es bajo la perspectiva de que existe un proceso o una serie de procesos que hacen que los seres vivos evolucionen, es decir, que las formas existentes cambien y desaparezcan y aparezcan formas nuevas.
Topo (mamífero)
Grillotopo (insecto)
ÓRGANOS ANÁLOGOS
Estos hechos se llaman pruebas de la evolución. Entre todas ellas destacaremos cuatro: las relaciones de parentesco basadas en la anatomía, los fósiles, la biogeografía y las pruebas bioquímicas. Sin embargo, todas estas pruebas naturales nos muestran que la evolución es un hecho, pero no explican cómo procede. Las diferentes teorías de la evolución se formularon en un intento de explicar este proceso y sus causas. Como son teorías, se tienen que demostrar experimentalmente y deben dar explicación a los nuevos descubrimientos, por lo que son siempre revisables.
Murciélago (mamífero)
Delfín (mamífero) ÓRGANOS HOMÓLOGOS
108
5. Biogeografía
Linneo hizo su sistema de clasificación natural basándose en criterios de semejanza anatómica y, a pesar de ser creacionista en su explicación del origen de las especies, estableció relaciones de parentesco entre diferentes especies.
Los mamíferos de América del Norte han estado aislados de los de América del Sur hasta hace relativamente poco tiempo. En la fauna de mamíferos de América del Sur aparecen marsurpiales, como en Australia, precisamente el continente con el que más tiempo estuvo unida. Estos datos nos sugieren que la mayor parte de las especies de estos dos continentes se originaron y evolucionaron a partir de los mismos antepasados, diversificándose sobre la estructura básica del marsupial.
Para muchos naturalistas posteriores a Linneo, las relaciones de parentesco que se deducen de los órganos homólogos son un indicio de que las especies dotadas de dichos órganos tuvieron un antepasado común y se originaron a partir de él al adaptarse a medios diferentes. A este proceso se le llama divergencia evolutiva o radiación adaptativa.
6. Pruebas bioquímicas
Por otro lado, la adaptación progresiva de grupos taxonómicos a un mismo ambiente puede originar especies con órganos análogos, en respuesta al problema adaptativo planteado por el mismo ambiente. En este caso se ha producido una convergencia adaptativa.
Todos los seres vivos (móneras, algas, hongos, plantas y animales) tienen su información genética en el ADN. En todos se usa el mismo código genético para producir proteínas, combinando sólo veinte aminoácidos. Esta uniformidad bioquímica sugiere que las diferentes formas actuales tienen antepasados comunes. Además, la similitud de una molécula presente en varias especies es mayor cuanto más estrechas sean las relaciones de parentesco entre dichas especies.
Caballo
Delfín
Pato
Murciélago Pez
Delfín
ACTIVIDADES Recordar Antepasado común
Antepasados diferentes
DIVERGENCIA EVOLUTIVA
CONVERGENCIA EVOLUTIVA
1. Enumera las pruebas de la evolución. Incluye ejemplos.
Comprender 2. Lee y obtén conclusiones:
4. Los fósiles y sus relaciones con las especies actuales Los fósiles nos muestran la existencia de especies que vivieron en el pasado y se extinguieron posteriormente. El registro fósil no es muy completo, pero, a pesar de ello, podemos comparar los rasgos anatómicos de los fósiles con los de especies actuales, encontrando en muchos casos que comparten el mismo plan estructural. Los paleontólogos han utilizado este método para describir muchas series filogenéticas (que muestran relaciones evolutivas entre diferentes especies), como la del caballo. 109
El citocromo c es una proteína presente en todos los seres vivos. En la tabla se indican las diferencias entre los citocromos c de varios vertebrados. Especie
Número de Aminoácidos aminoácidos diferentes respecto del citocromo al citocromo humano
Hombre
104
–
Chimpancé
104
0
Mono rhesus
104
1
Caballo
104
11
Atún
104
21
TAREA 6.2
Teorías sobre la evolución. Teoría de Lamarck 1. Opiniones sobre la evolución a través del tiempo
«Puesto que no hay especies nuevas, puesto que un ser dado produce siempre un ser similar, puesto que en toda especie hay una unidad que preside el orden, debemos atribuir, necesariamente, esta unidad progenitora a cierto Karl von Linneo (1707-1778). Ser Todopoderoso y Omnisciente; es decir, Dios, cuya obra se llama creación.» Linneo (1707-1778).
Después Ea, el sabio, creó a la humanidad. […] Enbilulu-Gugal, … que proporciona el mijo, y hace aparecer la cebada. Poemas babilónicos (1890 a 1594 a.C., aprox.). Dijo [Dios] luego: «haga brotar la tierra hierba verde, hierba con semillas, y árboles frutales cada uno con su fruto, según su especie, y con su simiente sobre la tierra». Génesis 1, 11. Dijo luego Dios: «Brote la tierra seres animados según su especie, ganados, reptiles y bestias de la tierra según su especie». Gén 1, 24 (1000 a 900 a.C., aprox.).
«Nada más notable que el producto de los hábitos de los mamíferos herbívoros [...] El hábito de permanecer sobre cuatro patas, durante la mayor parte del día, para pastar, hizo nacer el casco espeso que envuelve la extremidad de los dedos de sus pies.» «... todo cambio adquirido en un órgano por un hábito sostenido [...], se conserva en seguida por la generación...» Lamarck (1744-1829). «Al considerar el origen de las especies se concibe perfectamente que un naturalista, reflexionando sobre las afinidades mutuas de los seres orgánicos, sobre sus relaciones embriológicas, su distribución geográfica, sucesión geológica y otros hechos semejantes, puede llegar a la conclusión de que las especies no han sido independientemente creadas, sino que han descendido, como las variedades, de otras especies. Sin embargo, esta conclusión, aunque estuviese bien fundada, no sería satisfactoria hasta tanto que pudiese demostrarse cómo las innumerables especies que habitan el mundo se han modificado...» Darwin (1809-1883).
Los primeros animales se generan de lo húmedo, circundado por cortezas espinosas, y que, al avanzar en edad, llegaron a lo más seco, y al desgarrarse la corteza, vivieron poco tiempo de modo distinto. Anaximandro (500 a.C., aprox.). «Y las razas de todos los animales se diversificaron de acuerdo con la cualidad de sus mezclas: algunas poseen un natural impulso hacia el agua, otras –aquellas que poseen mayor cantidad de fuego– a volar por el aire, las más pesadas, en cambio, a ir por la tierra, y las que poseen igual proporción de partes en su mezcla armonizan con todas las regiones.» Empédocles (490 a.C., aprox.).
Charles Darwin (1809-1883).
«Las especies son las unidades reales de evolución en cuanto encarnación temporal de complejos de genes bien integrados. Y la especiación, la producción de nuevos complejos de genes capaces de desplazamientos ecológicos constituye el método por el que la evolución progresa.» E. Mayr (n. 1904).
«Del todo se separó un torbellino de formas diversas...» Así se expresa Demócrito (460-370 a.C.), y aunque no dice cómo ni po r qué causa, parece indicar que el torbellino se genera por espontaneidad y al azar. 110
Como puedes observar, se dieron explicaciones de diversos tipos en épocas y culturas diferentes. Las explicaciones evolucio nistas no son recientes, pero las más antiguas eran especulaciones, a veces lógicas, pero nunca probadas científicamente. Actualmente, la explicación más aceptada en el ámbito del conocimiento científico considera que la evolución es un hecho que se deduce de la observación de la naturaleza.
Antepasados de las jirafas
Jirafas con el cuello más largo
2. La teoría de Lamarck Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) propuso la primera teoría consistente sobre la evolución de las especies. En ella considera que las especies no son fijas, sino que proceden unas de otras por transformación, en un proceso en el que los cambios de los organismos se originan como respuestas adaptativas a los cambios del ambiente.
Jirafas actuales
Las causas de esta transformación se pueden resumir en las siguientes premisas: • Las especies están esforzándose continuamente para adaptarse al medio en el que viven, y el uso que hace de los órganos en este esfuerzo es la causa de la transformación progresiva de los mismos. Los órganos transformados por el uso aumentan las posibilidades que tiene la especie de sobrevivir y reproducirse en ese medio. Los que no se usan se atrofian. • Estas nuevas características adquiridas por el uso y el desuso de los órganos son heredables, de manera que se transmiten a la descendencia. El uso que ésta sigue haciendo de tales órganos sumará nuevas modificaciones en esa línea de transformación progresiva. Uno de los ejemplos que utilizó Lamarck para ilustrar su teoría es el crecimiento gradual del cuello de las jirafas. Los antepasados de las jirafas actuales no tenían el cuello tan largo, pero cuando el alimento escaseaba en el suelo y en las ramas bajas de los árboles, se esforzaban frecuentemente para alcanzar las hojas de las ramas más altas, produciendo un pequeño aumento en la longitud de su cuello. Los descendientes de esta población nacieron con el aumento de longitud adquirido por sus progenitores, y con su nuevo esfuerzo sumaron un poco más a la longitud anterior. Esta causa, actuando generación tras generación ante un estímulo ambiental permanente, produjo la longitud actual del cuello de la jirafa. Pero, a pesar de su consistencia lógica, Lamarck no aportó resultados experimentales convincentes ni pruebas basadas en hechos naturales, y no resistió la crítica de otros naturalistas. Algunas de sus premisas, tan imprescindibles como la de la herencia de los caracteres adquiridos, no sólo no se han demostrado, sino que se contradicen con los resultados de los experimentos que se han hecho para probarla. 111
ACTIVIDADES Recordar 1. Lee el texto sobre Lamarck y responde. • ¿Cuáles son las causas de la transformación de las especies para este naturalista? • Busca algunos hechos naturales que permitan apoyar la teoría de Lamarck. Pistas: puedes encontrar información en la ganadería, agricultura, control del medio ambiente y las culturas de las poblaciones humanas. 2. Relaciona los textos. ¿Cuáles de ellos son explicaciones fijistas? ¿Cuáles son evolucionistas? 3. Recuerda las condiciones que cumplen las teorías científicas y responde. • ¿Cuál o cuáles de estas explicaciones dadas a los cambios en los seres vivos son útiles para desarrollar una teoría que se pueda probar con el método científico? ¿Por qué?
TAREA 6.3
La teoría de Darwin-Wallace 1. Una teoría basada en la observación de los cambios
Darwin sabía, por la lectura de la obra de Malthus Un ensayo sobre el principio de la población, que las poblaciones crecen más rápidas que los recursos de los que se alimentan. En estas circunstancias, aquellas variedades que tienen más posibilidades de sobrevivir hasta alcanzar el período reproductivo, transmitirán los nuevos rasgos a su descendencia.
En el año 1858 se leyó en Londres un comunicado que resumía las conclusiones de los trabajos de Charles Darwin y Alfred R. Wallace. En él se exponía una teoría del origen de las especies basada en la selección natural de variaciones producidas al azar, teoría que ambos investigadores desarrollaron al mismo tiempo de forma independiente, aunque decidieron publicarla conjuntamente. Un año después, en 1859, Darwin publicó su obra El ori gen de las especies , en la que explicaba esta teoría probándola con numerosas observaciones naturales hechas por él mismo y por otros naturalistas.
El papel del medio es diferente en la teoría de Darwin. Para Lamarck las poblaciones que se esfuerzan en vivir en un medio cambian al adaptarse a él. Según Darwin, los cambios se producen espontáneamente, al azar, y el medio selecciona a las poblaciones que explotan mejor los recursos, dejando más descendientes con las características seleccionadas positivamente. Cuando la acción selectiva del medio permanece, la acumulación de pequeñas variaciones producirá una transformación gradual de la población, pero no por una tendencia que se desarrolla, sino por la acción selectiva del medio en un sentido permanente. Por ejemplo, ante un cambio climático que produzca un aumento progresivo de la temperatura, el medio seleccionará gradualmente, y a medida que aumente la temperatura, a las poblaciones que desarrollen mecanismos de regulación térmica cada vez más eficaces entre todas las variantes producidas al azar.
Muchos de los datos que Darwin utilizó los recogió entre los años 1831 y 1836, en los que formó parte de una expedición científica a bordo del barco Beagle. Los pinzones de las islas Galápagos
Alimentación Herbívoros Granos y frutos Insectos
Darwin conocía la teoría de Lamarck, pero no encontró en sus observaciones pruebas de la misma. En las islas Galápagos encontró numerosas especies de pinzones que se diferencian unas de otras por pequeñas variaciones de un rasgo común, lo que le sugirió que, a pesar de las diferencias, tuvieron antepasados comunes. Además, cada una de ellas tenía unos rasgos adecuados a su forma de vida y tipo de alimentación. Ninguna era más perfecta que la otra. Este ejemplo y muchos otros le llevaron a la conclusión de que en la vida se producen cambios constantemente, generando variedad, y de que estos cambios se producen al azar, sin tendencias. Estos cambios tienen lugar entre los individuos de una población.
¿Cómo se explicarían, según la teoría de Darwin-Wallace, los cambios producidos en el cuello de las jirafas a lo largo de sucesivas generaciones? 112
2. El ejemplo de la jirafa, desde el punto de vista de Darwin y Wallace En el ejemplo de la evolución de la jirafa, si la escasez de vegetales permanece como una característica ambiental, la acumulación progresiva de pequeñas variaciones en el aumento de la longitud del cuello permitirá a las jirafas con el cuello más largo alimentarse de hojas situadas en las ramas más altas y menos ramoneadas, por lo que, mejor alimentadas, tendrán más posibilidades de reproducirse y de transmitir a su descendencia aquellas variaciones. Es decir, que la selección natural habría dado ventaja, entonces, a los individuos de cuello más largo.
3. Los puntos clave de la teoría de Darwin y Wallace
Antepasados (cuellos largos y cortos)
La selección elimina a las jirafas de cuello corto
DIBUJO JIRAFAS según Darwin
Jirafas actuales
La teoría de la evolución de Darwin y Wallace se puede resumir en tres principios: • Principio de la variación. En todas las poblaciones, se producen continuamente cambios al azar de las características de sus individuos. • Principio de la herencia. Los individuos de una especie se parecen a sus progenitores porque heredan de ellos sus características. • Principio de la selección. El medio va seleccionando a aquellos individuos que acumularon las variaciones ventajosas. Mediante la herencia, estas variaciones se extienden por la población durante sucesivas generaciones, produciendo el cambio de la misma. Darwin utilizó su teoría explicando satisfactoriamente muchas de sus observaciones naturales, operaciones de selección artificial en ganadería y agricultura, así como los resultados de algunos experimentos que él hizo. Sin embargo, no planteó una hipótesis satisfactoria para explicar la herencia de las variaciones. Consideró que la mezcla de las características de los progenitores era semejante a una mezcla de líquidos que contienen partículas que determinan aquellos caracteres heredables. Pero en este caso fue la lógica la que rechazó esa hipótesis. Si una variación aporta ventajas a un individuo, se diluiría en un 50 % al mezclarse con la del otro progenitor durante la reproducción. Como el proceso de dilución continúa en cada generación, la variación desaparecería al cabo de unas pocas generaciones. En aquella época, Mendel había hecho ya sus experimentos sobre la herencia de los caracteres, iniciando así la ciencia de la Genética, pero Darwin no conoció sus resultados. 113
ACTIVIDADES Recordar 1. Explica brevemente cuáles son los puntos clave de la teoría de Darwin-Wallace. 2. Define «selección natural». Pon un ejemplo.
Comprender En el siguiente texto, Lamarck explica las causas de la evolución de las patas de las aves acuáticas. ¿Cómo lo explicaría Darwin? El pájaro al que la necesidad atrae al agua para encontrar allí la presa que le permita vivir, separa los dedos de las patas cuando quiere batir el agua y moverse por su superficie. La piel que une esos dedos por la base adquiere, por ello, el hábito de extenderse. Así, con el tiempo, se forman, tal como las vemos, las grandes membranas que unen los dedos de los patos, las ocas, etc.
TAREA 6.4
El neodarwinismo y la teoría sintética 1. La genética aporta nuevos datos a la teoría de Darwin-Wallace
Los estudios sobre las poblaciones de una especie, que han seguido paralelos a los avances de la genética y la biología molecular, han demostrado que la evolución tiene lugar por los cambios producidos en el conjunto de genes de una población.
A principios del siglo XX se descubrieron los resultados de los trabajos de Mendel y comenzó el desarrollo de la genética moderna.
El neodarwinismo o teoría sintética de la evolución reúne las explicaciones de la teoría clásica de Darwin con las aportaciones recientes de la genética y el estudio de las poblaciones. Se puede resumir en los siguientes puntos:
La hipótesis que planteó Darwin para explicar las causas de la herencia de los caracteres no tenía coherencia lógica. Por este motivo no fue aceptada en el medio científico y, en parte, fue responsable de que su teoría se dejara un poco de lado en los mismos años en los que comenzaron las investigaciones genéticas que demostraron que los caracteres observados, y utilizados para definir las especies, se deben a la expresión de los genes.
• En las poblaciones se producen constantemente cambios accidentales en el acervo hereditario, es decir, mutaciones en los genes. • Algunas de estas mutaciones son letales o desfavorables. Los individuos portadores de estas mutaciones tendrán una descendencia menos numerosa en el transcurso de las generaciones, e incluso desaparecerán.
Posteriormente se llevó a cabo una síntesis uniendo las explicaciones de Darwin sobre las selección de variaciones al azar con los resultados de las investigaciones genéticas sobre la herencia.
• Sin embargo, ciertas mutaciones tienen efecto favorable y permiten a su portador vivir mejor, más tiempo y reproducirse con más eficacia: sus descendientes serán más numerosos y las poblaciones de la especie tenderán, por tanto, a estar constituidas fundamentalmente por individuos portadores de las variedades genéticas favorables.
La variaciones se producen por cambios en la composición genética de la especie. A estos cambios se les llama mutaciones. Durante la reproducción, los individuos dejan sus genes a su descendencia, así que ésta hereda aquellas mutaciones. De esta forma explica el neodarwinismo el antiguo problema de la herencia de las variaciones.
Como podemos ver en la descripción de esta teoría, el concepto de especie está tan ligado al de población que los podemos reunir al definir de nuevo la especie como un grupo de poblaciones que poseen un conjunto de genes comunes, el genoma de la especie, y que pueden intercambiarlo entre sí originando nuevas combinaciones dentro del mismo genoma.
Las mutaciones ventajosas se propagan por la población generación tras generación por el intercambio genético que acaece durante la reproducción. Así, lo que se selecciona no son los individuos, sino el conjunto de genes de una población. Ciervo con mutación favorable: patas largas
2. Una aplicación directa: la evolución de la mariposa del abedul La mariposa del abedul, Biston betularia, común en Europa, se posa de día sobre la corteza del abedul, que normalmente está cubierta de líquenes grisáceos. Tiene las alas de color blanco grisáceo, por lo que se confunde fácilmente con la corteza del árbol. Pero a mediados del siglo XIX empezaron a observarse ejemplares de color oscuro. En observaciones realizadas en Manchester, se vio el primer ejemplar oscuro en 1849. En 1895 eran oscuras el 95 % del total de mariposas, y en 1898 lo eran el 99 %.
Población de patas Población largas de ciervos de patas cortas
Ciervo con mutación desfavorable: visión imperfecta
Muere sin dejar descendencia
114
1850 Sin contaminación los abedules tienen el tronco claro. Hay sólo alguna mariposa oscura, que es presa fácil de los depredadores (se ven con mucha facilidad sobre el tronco claro).
Evolución de la población de la mariposa del abedual tras la aparición de mutantes oscuros. La presencia predominante de una u otra forma de mariposa depende directamente del color de los troncos de los abedules.
1900 La contaminación oscurece los troncos de los árboles. Las mariposas oscuras pasan desapercibidas.
ACTIVIDADES Explicar 1950 Contaminación en aumento. Ahora son las mariposas claras las que escasean.
1. Analiza los datos sobre la mariposa del abedul y responde.
2000 Mejora la calidad ambiental. Con los troncos de abedules más claros, las mariposas oscuras vuelven a ser más escasas.
Se hicieron algunos experimentos y observaciones en el medio para explicar este cambio de poblaciones. – La proporción de mariposas negras era tanto mayor cuanto más extensa era la zona industrial. – Al alimentar a las orugas de mariposas claras con hojas contaminadas con hollín, para ver si era la contaminación lo que provocaba la producción de mariposas oscuras, se comprobó que las mariposas seguían siendo claras. – Al utilizar métodos mendelianos clásicos para ver cómo se heredaba el color de las alas, se comprobó que los colores se producían por la expresión de dos genes, uno determinaba el color claro y otro el oscuro. Además, el gen dominante era el que producía la pigmentación oscura. – Al observar la vida de las mariposas en ambientes contaminados de zonas industriales, y en ambientes no contaminados, se vio que los pájaros cazaban las mariposas claras que vivían sobre los árboles cubiertos de hollín en las zonas contaminadas, y las mariposas oscuras cuando cazaban en zonas no contaminadas. 115
• Si la pigmentación oscura se debe a la expresión de un gen dominante, ¿por qué eran más frecuentes las mariposas claras antes de la revolución industrial? • ¿Por qué aumentó la proporción de mariposas oscuras a medida que crecía la contaminación ambiental y son hoy más abundantes en las zonas industriales? • Entre las observaciones anteriores ¿existe alguna que permita probar la teoría de Lamarck? ¿Y la teoría neodarwinista? Explica tu respuesta en cada caso. • ¿Qué conclusiones sacarías si al alimentar a las orugas de mariposas claras con hojas contaminadas con hollín, durante varias generaciones, se desarrollaran al final de la metamorfosis mariposas con alas oscuras? • En cualquier caso, ante el cambio ambiental imprevisible que supuso la contaminación por hollín, ¿qué ha resultado más ventajoso para la especie Biston bitularia, la presencia de un solo gen para ese carácter o la diversidad genética actual?
TAREA 6.5
¿Cómo se originan las especies? 1. La aparición de nuevas especies
2. Causas del aislamiento reproductivo
Observando la naturaleza podemos descubrir frecuentemente individuos de una misma especie viviendo en diferentes zonas geográficas. Son individuos de diferentes poblaciones y seguirán formando parte de la misma especie mientras sigan intercambiando genes durante la reproducción, de manera que el conjunto de genes (genoma) de cada una de estas poblaciones no esté aislado del de las otras.
Una de las causas de separación entre poblaciones es la presencia de una barrera geográfica entre ellas.
Si por algún motivo una población queda aislada y deja de intercambiar su genoma con las otras poblaciones, las mutaciones que se produzcan en ellas, y que perduren como adaptaciones seleccionadas por el medio, la diferenciarán progresivamente de las demás. Testudo elephantopus darwini
T. elephantopus abingdoni
Isla Pinta
Isla Marchena
T. elephantopus chathamensis T. elephantopus becki
Isla San Cristóbal Población de focas en una isla. ¿Cuál es la barrera geográfica que produce en este caso la separación de poblaciones de seres vivos?
Isla Isabela
Pero existen diversos mecanismos por los cuales pueden quedar biológicamente aisladas dos o más poblaciones de la misma especie aunque vivan en la misma zona geográfica:
Aislamientos que impiden la unión sexual y la fecundación entre individuos de diferentes poblaciones T. elephantopus phantastica
Isla Fernandina
T. elephantopus guntheri
Isla Isabela
T. elephantopus hoodensis
T. elephantopus porteri
Isla Pinzón Isla Española Caparazones de las tortugas de las islas Galápagos. Como observó Darwin, en las distintas islas del archipiélago viven diferentes especies de tortugas. ¿Por qué se produjeron estas diferencias, que dieron lugar a la diversificación de especies? 116
Hay muchas situaciones que impiden la reproducción sexual entre individuos de poblaciones diferentes. Por ejemplo, dos plantas de la misma especie que florezcan en estaciones diferentes no intercambiarán genes por polinización cruzada. Dos perros de variedades diferentes con grandes diferencias de tamaño no pueden cruzarse. Dos animales de la misma especie, pero de variedades diferentes, no se reconocen por diferencias de color, forma o comportamiento a la hora del cortejo. Puede existir también la incompatibilidad de los gametos: en este caso, los individuos de diferentes sexos se reconocen y copulan, pero no tiene lugar la unión de los gametos.
Aislamientos reproductivos después de la fecundación • Inviabilidad del cigoto. Se produce la fecundación pero el huevo no inicia o no termina el desarrollo. Un carnero puede fecundar a una cabra, pero el embrión no se desarrolla completamente y muere antes de nacer.
• Esterilidad de la descendencia en la primera o en posteriores generaciones. En estos casos, el desarrollo sí se completa, pero los descendientes adultos son estériles. Un mulo es un descendiente estéril de la unión de caballo y burro. Se ha obtenido en cautividad un descendiente de león y tigre, el tigrón, del que sólo se ha comprobado la fertilidad de las hembras. Todos estos procesos impiden parcial o completamente el intercambio genético entre dos o más poblaciones de la misma especie, y pueden originar un proceso de diferenciación gradual que transformen a las poblaciones en especies.
Pato cuchara hembra
Pato cuchara macho
ACTIVIDADES Recordar
No hay respuesta al cortejo AISLAMIENTO PRERREPRODUCTIVO
Macho de otra especie
AISLAMIENTO POR INVIABILIDAD DEL CIGOTO
2. Cita ejemplos de situaciones que impidan la reproducción entre seres de poblaciones diferentes:
Carnero
Cabra AISLAMIENTO POR ESTERILIDAD DE LOS DESCENDIENTES
Asno
El cigoto no es viable y muere en el útero de la cabra No hay descendientes (los híbridos son estériles)
Yegua
Mulo
1. Define con tus propias palabras lo que significa «aislamiento reproductivo» entre individuos de poblaciones diferentes.
Mula
117
• Que eviten la reproducción sexual. • Que supongan el aislamiento reproductivo tras la reproducción.
Explicar 3. De acuerdo con lo estudiado, resume: • ¿Cómo y por qué se produce la aparición de nuevas especies de seres vivos? Utiliza la teoría de Darwin-Wallace para explicar por qué unas formas prevalecen sobre otras y la teoría sintética para justificar la aparición de nuevas variedades.
RESUMEN DE LA UNIDAD • La evolución de los seres vivos y el origen de las especies por transformación de otras en este proceso está hoy ampliamente aceptado. Son muchas, y cada vez más, las observaciones y las pruebas experimentales que muestran el hecho de la evolución. • Para explicar cómo procede la evolución se han desarrollado diferentes explicaciones durante la historia. Las más lógicas y coherentes las elaboraron algunos naturalistas durante los siglos XVIII y XIX, y de forma paralela al desarrollo de los métodos de observación y experimentación; métodos que se utilizaron para probar las diferentes hipótesis con el objetivo de construir con ellas teorías científicas demostrables. • Lamarck expuso la primera teoría científica considerada coherente por la mayoría de los biólogos. El uso y el desuso de los órganos durante la vida del individuo causaba la transformación del órgano, y este cambio se transmitía a su descendencia. Aunque la explicación que daba con su teoría era lógica, la herencia de los caracteres adquiridos en la vida de un individuo, una de sus hipótesis esenciales, no se ha demostrado. • Darwin y Wallace presentaron posteriormente una teoría del origen de las especies basada en la selección ambiental de variaciones producidas al azar. Sus hipótesis explican muchas de las observaciones descritas por Darwin en su obra, así como los resultados de numerosos experimentos
llevados a cabo por él mismo, algunos de sus contemporáneos y biólogos actuales. Sin embargo, su hipótesis sobre la herencia de las variaciones no es lógica. • El descubrimiento de los trabajos de Mendel y el desarrollo de la biología molecular y de la genética de poblaciones durante el siglo XX proporcionaron una explicación lógica, y demostrable experimentalmente, al problema de la causa y herencia de las variaciones. Son las mutaciones de los genes las que originan las variaciones observables cuando se expresan, y la herencia de las mismas se produce por la transmisión a la descendencia de estos genes mutados. • El neodarwinismo combina, en una teoría sintética, la teoría de Darwin-Wallace con las hipótesis proporcionadas por la biología actual. • Lo que evoluciona es la especie como conjunto de poblaciones que intercambian genes entre sí, cuando sus individuos se reproducen. Si por alguna causa una o varias poblaciones quedan aisladas, de jan de intercambiar genes y las variaciones acumuladas por ellas las van diferenciando gradualmente hasta transformarlas en especies diferentes.
Completa el mapa del tema ORIGEN DE LAS ESPECIES
Creación
Evolución
Poblaciones Genes
Pruebas
Teorías Mutación
Neodarwinismo
118
Adaptación
Variaciones
Actividades Test de conocimientos 1
existen más de 200 especies de insectos resistentes al DDT. Se ha demostrado experimentalmente que la resistencia a este insecticida está determinada genéticamente, y por tanto es heredable.
Responde resumiendo la información del tema. • ¿Qué es la evolución? ¿Por qué se admite actualmente que es un hecho? • ¿Qué observaciones se pueden hacer en la naturaleza que permitan deducir que las especies de seres vivos evolucionan? • ¿Cómo se originan las especies?
2
Compara brevemente las ideas de Linneo, Lamarck y Darwin:
• ¿Cómo interpretaría Lamarck esta adaptación? ¿Cómo la interpretaría Darwin? ¿Y un neodarwinista? 5
• Cuando seleccionamos animales y plantas para obtener mejores rendimientos, llevamos a cabo una selección artificial con una finalidad. ¿Podemos decir lo mismo de la selección natural? Explica tu respuesta.
¿Cómo se originan las especies? Linneo Lamarck
6
Darwin
3
Piensa y responde.
Lee y responde.
El genoma humano se ha descifrado recientemente y, a medida que se va analizando, se encuentran cada vez más genes que no se expresan, que no tienen ninguna función y permanecen «mudos» en nuestras células. • ¿A cuál de las dos teorías más conocidas sobre la evolución apoya este descubrimiento, a la lamarckista o a la darwinista? Explica tu respuesta.
7
El insecto hoja tiene tal morfología que se confunde fácilmente con las ramas de los vegetales en los que se posa. Además, su inmovilidad ante los predadores acentúa su mimetismo, por lo que pasa inadvertido. a) ¿Cómo interpretaría Lamarck esta adaptación? b) ¿Cómo la interpretaría Darwin? c) ¿Y un neodarwinista? 4
Analiza el siguiente hecho y responde a las cuestiones que se plantean. Cuando comenzó a utilizarse el insecticida DDT, la mortandad en las poblaciones de insectos fumigadas era alta. Pero en 1947 se comprobó que una población de mosca común se había hecho resistente al DDT, y hoy
119
Piensa y responde. Una revista médica ha anunciado la aparición de una bacteria que causa una grave enfermedad. Hasta ahora, esta enfermedad se trataba con el antibiótico amoxicilina. Pero la nueva bacteria es resistente a este fármaco y, por tanto, urge buscar otro tratamiento. a) ¿Qué significa que la bacteria es resistente a los fármacos? b) ¿Existían las bacterias resistentes antes del uso de los antibióticos? Explícalo. c) ¿Cómo explicaría Lamarck el origen y la expansión de estas bacterias resistentes? ¿Cómo lo explicaría Darwin? e) Una de las causas de la proliferación de las bacterias resistentes es la toma de dosis menores que las recomendadas y durante menor número de días. Explica lo que ocurre en estas condiciones entre bacterias sensibles y resistentes al antibiótico usado incorrectamente. ¿Cómo se puede evitar la expansión de bacterias resistentes a los antibióticos?
El problema de la evolución en la sociedad La polémica teoría de Darwin La publicación de la obra de Darwin El origen de las especies por la selección natural suscitó un violento debate entre creacionistas y evolucionistas. La obra de Darwin tuvo una importante difusión, y llegó a las manos de personas bastante influyentes que consideraban inaceptable el hecho de que una teoría científica explicase la diversidad biológica sin que se tuviera en cuenta la intervención divina. El debate se intensificó con la publicación de la siguiente obra de Darwin, El origen del hombre, en el que, aplicando sus propias teorías sobre la evolución de las especies por causa de la selección natural, el biólogo relacionaba evolutivamente a la especie humana con el resto de los primates. El hecho de que un científico postulara abiertamente que «el hombre desciende del mono» era más de lo que podía soportar la sociedad de la época. Darwin tuvo entonces que soportar una importante campaña de difamación y se vio ridiculizado en numerosos artículos de prensa, acompañados de dibujos cómicos en los que se expresaba su relación con los simios. La ciencia dio la razón a Darwin, gracias sobre todo al desarrollo de la genética. Pero la polémica suscitada tardó en apagarse, tanto que aún hoy en día resurge de cuando en cuando.
El creacionismo sigue vivo En 1925, el profesor norteamericano John Scopes fue juzgado en Tennessee (EE.UU.) por haber violado una ley estatal que prohibía la enseñanza de la evolución, y condenado a pagar una multa de cien dólares por el delito. El juicio tuvo un gran eco en la prensa y causó un importante debate en todo el país. Este juicio sucedió en una época en la que la teoría de la evolución de Darwin estaba plenamente aceptada, así como el hecho de que las especies cambian y las formas actuales son el resultado de millones de años de transformaciones. No obstante, en algunos países (y, en el caso de Estados Unidos, sólo en algunos estados) las convicciones creacionistas aún estaban firmemente implantadas en la sociedad.
toda la teoría y proponer como teoría alternativa y verdadera el creacionismo científico o ciencia de la creación. En 1980, al pedirle su opinión sobre la teoría de la evolución, Ronald Reagan respondió:
Bueno, es una teoría, sólo una teoría científica, que recientemente el mundo de la ciencia ha puesto en tela de juicio y ahora la comunidad científica no la tiene por todo lo infalible que otrora se tuvo. Pero si se debe enseñar en las escuelas, creo que también habría que enseñar la teoría bíblica de la creación, que no es una teoría, sino el relato bíblico de la creación. Esta opinión resume alguno de los procedimientos utilizados por los creacionistas: consideran el creacionismo como teoría, la soportan, en parte, en las dificultades de la teoría de la evolución, y como prueba a favor presentan el relato del Génesis, que es incuestionable.
Como vimos anteriormente, son muchas las pruebas que avalan la evolución de las especies. Pero como toda teoría científica, el neodarwinismo sigue revisando alguna de sus hipótesis. Las dificultades presentadas por estas hipótesis han sido utilizadas por los creacionistas actuales para rechazar
¿Es lo mismo una teoría que un relato? Recuerda cómo procede el método científico para probar una teoría. ¿Es posible probar lo incuestionable? Explica tus respuestas. 120
CIENCIA, TÉCNICA Y SOCIEDAD La actividad científica continúa
ran cruzando entre sí todos los miembros de esta familia de ratones, y anotó las longitudes de las colas durante varias generaciones. Resumió los resultados de su experimento en el siguiente texto:
Al mismo tiempo que surgen esporádicas polémicas y se mantienen algunas de las creencias antievolucionistas, la actividad de los científicos en torno a la evolución se mantiene, trabajando tanto en nuevas teorías, a la luz de los últimos descubrimientos, como en las más antiguas, aplicándoles a éstas los razonamientos, métodos y datos de la ciencia actual. Algunos de estos científicos vuelven incluso sobre las teorías que, como la de Lamarck, se encuentran hoy desterradas en virtud de los datos experimentales y la imposibilidad de probar sus postulados.
Así pues, cinco generaciones de padres privados artificialmente de cola, alumbraron 901 crías, de las que ninguna presentó una cola rudimentaria, ni tan siquiera una anomalía en la misma. Es más, una medición exacta ha demostrado que no se produjo la más mínima disminución en el tamaño de la cola.
Uno de los experimentos relacionados con las teorías antiguas fue el de Weismann, realizado en 1987. Este investigador diseñó una experiencia para probar la hipótesis de la herencia de los caracteres adquiridos, base de la teoría de la evolución de Lamarck. Cortó la cola a siete hembras de ratón y a cinco machos el 17 de octubre de 1987, y el 16 de noviembre nacieron las primeras camadas constituidas por un total de 18 crías. Todas tenían las colas normales, con una longitud comprendida entre 11 y 12 milímetros. Weismann dejó que se fue-
Los recientes avances en ingeniería genética, por los cuales se consigue crear especies «a medida», ¿apoyan o no la teoría de la evolución de Darwin? ¿Por qué?
INVESTIGACIÓN b) Las especies se transforman según la teoría darwinista. c) Las especies se transforman según la teoría lamarckista.
La evolución en la Biblia
Como has podido observar en la tarea 2 del tema, la Biblia contiene numerosas referencias sobre el origen y la diversidad de las especies. Una muy interesante aparece en la historia de Jacob (Génesis 30, 37-39): «[...] Puso después las varas, así descortezadas, en los canales de los abrevaderos adonde venía el ganado a beber, y las [cabras] que se apareaban a la vista de las varas, parían crías rayadas y manchadas ».
• Lee en la Biblia la historia de Jacob y responde: ¿contradice su actividad como ganadero su fe en la tradición religiosa de su pueblo? Explica tu respuesta.
Este texto se basa en una antigua creencia, según la cual lo que ve una madre antes de concebir aparece reflejado en las características de sus crías. Jacob pretendió introducir un cambio en los rasgos externos de las cabras, mostrándoles varas verdes con franjas descortezadas, para que el ganado viera líneas verdes y blancas y sus crías nacieran rayadas. • ¿Con qué tipo de explicación concuerda la acción de Jacob? a) Las especies no se han transformado desde que se crearon.
121
• Piensa y responde: ¿dónde está la confusión de fundamentalistas religiosos y de algunos científicos que enfrentan literalmente teorías científicas con relatos de textos religiosos y mitológicos?
III Cómo funciona la naturaleza Vientos de guerra
Ha llegado la época de celo de las cebras. Dos machos jóvenes pelean por el privilegio de aparearse con las hembras. Son luchas no demasiado cruentas, pero sorprendentes en una especie tan apacible como las cebras. Las cebras, los ñúes y los antílopes son ejemplos de animales de la sabana, que forman grandes manadas. La vida en grupo les favorece. Proporciona una mejor defensa contra los depredadores, y les ofrece más oportunidades de reproducirse. Su ambiente les permite vivir en grupos grandes, ya que su alimento (la hierba de la sabana) nunca escasea.
CLAVES DE LOS TEMAS DEL BLOQUE TEMA 7. Biomas y ecosistemas
TEMA 9. Ciclos y flujos en los ecosistemas
En las distintas regiones de la Tierra encontramos diferentes ecosistemas. Estas variaciones se deben fundamentalmente a las diferencias climáticas, de forma que si comparamos un mapa de climas con uno de ecosistemas, podemos encontrar una clara correlación.
Los ecosistemas son sistemas cerrados para la materia y abiertos para la energía. Esto quiere decir que la materia no entra ni sale, se reaprovecha, pasa de un ser a otro y de éstos al medio, y vuelve a ser utilizada. En resumen, la materia forma parte de ciclos en la naturaleza.
TEMA 8. Interacciones en los ecosistemas
La energía, en cambio, fluye en el ecosistema. Llega de una fuente externa, el Sol, y puede ser aprovechada directamente sólo por los organismos autótrofos. El resto debe alimentarse de éstos para obtener la energía necesaria para su supervivencia.
En la naturaleza, los recursos son limitados y hay que compartirlos. Este hecho obliga a muchas especies a interaccionar. Se pueden establecer relaciones dentro de una misma especie, pero también entre especies muy distintas.
122
¿QUÉ SABES YA? 1. Recuerda y responde: a) ¿Qué es un ecosistema? ¿Qué es el biotopo? ¿Qué es la biocenosis? b) En un ecosistema, ¿los seres vivos están relacionados? Pon un ejemplo claro de relación entre seres vivos de un mismo ecosistema. c) ¿Pueden existir ecosistemas en los que no haya organismos autótrofos?
2. Lee el texto inicial y responde: a) ¿Qué ventajas pueden obtener las cebras de su vida en manada? b) Frecuentemente, las grandes manadas de la sabana son mixtas. Están formadas por cebras, ñúes, antílopes y, a veces, avestruces. Esta coexistencia ¿beneficia o perjudica a dichas especies? Si fuera perjudicial, ¿se mantendría esta relación?
La vida al límite
En ambientes como el desierto, sobrevivir es una ardua tarea. Las plantas tienen muy pocas opciones para resistir las duras condiciones del clima: o bien tienen unas profundas raíces que les permitan captar el agua subterránea, o almacenan la escasa agua que consiguen. Hay algunas plantas del desierto que tienen un ciclo de vida extremadamente corto, que comprende la germinación, el desarrollo, la floración y la formación de nuevas semillas en sólo unos días, aprovechando las precipitaciones ocasionales.
SABER HACER Al finalizar el estudio del bloque habrás adquirido las siguientes capacidades: • Identificar algunos de los ecosistemas más importantes de nuestro planeta y describir las condiciones ambientales a las que están asociados. • Explicar las ventajas e inconvenientes de algunas relaciones entre seres vivos en un ecosistema. • Definir parasitismo, simbiosis, comensalismo, amensalismo y otras relaciones entre especies. • Explicar el ciclo del carbono en la naturaleza. • Comprender cómo fluye la energía en los ecosistemas y cómo se organizan éstos energéticamente.
123
ANALIZA UN EJEMPLO 3. Observa la fotografía del desierto y responde: a) ¿Qué estrategias tienen las plantas para sobrevivir en zonas tan áridas como la de la fotografía? b) Si existen plantas que sólo viven cuando llueve, es decir, que aparecen casi de repente cuando el suelo se moja, ¿dónde se encuentran cuando no llueve? ¿Aparecen espontáneamente? ¿De qué forma sobreviven durante la época seca? c) ¿Se te ocurre algún otro ejemplo de ecosistema con condiciones límite? En este caso, ¿cuál es el factor que condiciona la vida, es decir, el que hace que los organismos tengan que estar adaptados para soportarlo? d) ¿Puede haber ecosistemas en zonas donde no llega la luz del Sol? Piensa y pon un ejemplo.
07 Biomas y ecosistemas
Guía y recursos
EXPRESA LO QUE SABES 1. Relaciona estas peculiaridades con alguna de las dos fotografías. • Viento fuerte, grandes cambios de temperatura, muchos seres vivos, suelo fértil, nevadas, suelo húmedo. 2. Identifica estos términos con «biomas», «ecosistemas» o «agrupaciones»:
Contenidos 1. PANORAMA: Biomas y ecosistemas. 2. ¿Cómo condiciona el ambiente a los seres vivos? 3. Los ecosistemas y su composición; los biomas. 4. Los cambios en los ecosistemas. MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • Desarrollo sostenible y protección del medio ambiente.
• • • • •
Desierto Encinar Estepa Enjambre Matorrales
• • • • •
Bosque Laguna Arrecife de coral Depredación Oasis
3. Una plaga de orugas está dañando un bosque. Si pudieras evitarlo, ¿cuál de estas investigaciones te parece que sería más útil? Ordénalas de mayor a menor interés y explica por qué lo haces así. • • • •
Cómo se reproducen dichos insectos. La fotosíntesis en los pinos. Cómo afecta la temperatura al crecimiento de las orugas. La existencia de aves que se alimentan de orugas.
124
¿QUÉ DEBES SABER?
Conceptos previos de Biología
3. Las influencias entre los seres vivos y el biotopo.
1. ¿Qué es un ecosistema y cuáles son sus componentes?
• Las plantas necesitan tomar agua y otras sustancias del suelo; por ello dependen de que sea adecuado y no todos lo son por igual. Asimismo, los demás organismos dependen de él directa o indirectamente.
Recuerda que la naturaleza está formada por grupos de elementos en funcionamiento que se llaman ecosistemas. En cada uno existe: • Una biocenosis, conjunto de seres vivos (vegetales, animales, hongos y microorganismos).
• El clima (temperatura, precipitaciones, viento...) también provoca que sólo ciertos seres puedan vivir en cada zona. • Muchos seres vivos modifican algunas condiciones del ambiente.
• Un biotopo, conjunto de condiciones no bióticas (clima, suelo, corrientes de agua...). • Influencias y relaciones entre todos ellos.
2. Las dependencias dentro de la biocenosis.
Boquerón
• Las cadenas y redes tróficas expresan las relaciones alimentarias entre organismos; unos son autótrofos (los vegetales) y otros heterótrofos (animales, hongos).
Zooplancton Plancton vegetal
• Los seres vivos están en contacto: existen agrupaciones para beneficiarse o para excluirse entre ellos y otras resultan indiferentes.
Hierba
Conejo
Atún
Zorro
ECOSISTEMA PIENSA • ¿Por qué son necesarios los vegetales en los ecosistemas?
Conceptos previos de Física y Química 1. Propiedades físicas de la materia. • La temperatura es una propiedad relacionada con la cantidad de calor que adquiere o cede cada cuerpo. Por ejemplo, un lagarto expuesto al sol está elevando su temperatura, capta energía. • El calor y la luz son dos formas de energía que tienen mucho que ver con los seres vivos. La luz es captada por las plantas y utilizada para fabricar sustancias complejas a partir de otras sustancias sencillas.
2. Mezclas y disoluciones. BIOTOPO
El aire es una mezcla de varios gases; entre ellos, oxígeno (indispensable para animales y plantas) y dióxido de carbono (para los vegetales). Un lago contiene sustancias disueltas: por ejemplo, sales minerales en distintas concentraciones; sucede algo parecido en el agua que hay entre las partículas del suelo.
BIOCENOSIS
RECUERDA Y RESPONDE • Diferencia comensalismo, parasitismo, simbiosis y depredación. ¿Qué significa que las plantas son autótrofas y los animales heterótrofos?
125
TAREA 7.1: PANORAMA
Biomas y ecosistemas 1. La organización de la naturaleza
2. Los ecosistemas cambian
Las condiciones ambientales
Igual que un organismo, también cualquier ecosistema pasa de joven a adulto en meses o pocos años; la mayoría de ellos, sin embargo, no mueren sino que se suelen mantener durante mucho tiempo una vez alcanzada su fase clímax. Tal proceso de cambios es la sucesión ecológica. Las variaciones que van sufriendo y el aspecto final de un ecosistema son siempre muy parecidos en zonas de similares condiciones.
La Tierra ofrece una gran variedad de climas y suelos de los polos al ecuador; la cercanía de los mares atempera el clima; el cambio de altitud en las montañas diversifica aún más las condiciones. Existen grandes zonas donde se mantienen los rasgos generales de clima y suelos; son los biomas.
Los biomas y sus ecosistemas
Las actividades humanas alteran las sucesiones:
Cada bioma contiene conjuntos de seres vivos característicos. No obstante, dentro de cualquiera de los biomas se pueden precisar diversos ecosistemas, porque cada uno de sus lugares concretos presenta caracteres algo diferentes de los demás, porque los seres vivos no son exactamente los mismos en todas las zonas y porque se coordinan de maneras distintas según las características del lugar.
• Las transforman completamente, creando ecosistemas no naturales (un trigal, una ciudad, etc.). • Alteran sólo algunos componentes o relaciones dentro del ecosistema (arar el suelo). • Impiden su avance, manteniéndolas en fases iniciales (regresiones ecológicas). • Las aceleran, favoreciendo algunos cambios en lugar de otros (transformar una laguna en pantano, por ejemplo).
A pesar de toda esa gran mezcla de ambientes y organismos, los biólogos reconocemos modelos y formas de funcionar comunes a todas las zonas del planeta. Por ejemplo, existe una relación entre la forma y el tamaño de las hojas de cada planta y el clima, para permitir sólo un cierto grado de pérdida del agua interna.
En la etapa final se pueden reconocer señales que han quedado, tras el paso del tiempo, como rasgos de otras épocas: orlas de vegetación en las orillas de lagunas, estratos superpuestos de plantas y animales, etc.
Se pueden delimitar algunos tipos de biomas (desierto, sabana, bosque tropical, bosque mediterráneo, bosque caducifolio, estepa, taiga, tundra) y diversos ecosistemas dentro de cada bioma (en el bosque mediterráneo, por ejemplo, encontramos encinares, prados, lagunas, rocas soleadas...).
Sucesión en un ecosistema acuático y en uno terrestre.
Estanque nuevo
Componentes de los ecosistemas Cada ecosistema tiene unos elementos, territorio y forma de funcionar propios; se le puede conocer a través del estudio de sus seres vivos (biocenosis o comunidad), de los factores abióticos existentes (biotopo) y, sobre todo, de los tipos de influencias:
F
Estanque viejo
• Entre sus organismos. • Entre los seres vivos y los factores abióticos (y viceversa). • Entre las propias condiciones abióticas.
Pradera
Los biomas y los ecosistemas intercambian materia (agua, seres vivos) y energía (por ejemplo, la energía química almacenada en biomoléculas); forman un todo conjunto: la biosfera.
F
Bosque clímax 126
180°
150° 8 0 °
90°
120°
60°
0°
30°
O C É A N O
G L
60°
30°
90°
120°
A C I A L Á R T I C O
8 0 °
150°
180°
6 0 °
6 0 °
OCÉANO PACÍFICO
4 0 °
40°
150° 20°
OCÉANO
120°
Trópico de Cáncer
OCÉANO
VEGETACIÓN
2 0°
PACÍFICO
Selva
ATLÁNTICO
Sabana
Ecuador
0°
0°
OCÉANO ÍNDICO
Desierto Estepas y praderas
20°
Bosque de hoja caduca Vegetación de montaña
20°
h c i w n e e r G e d o n a i d i r e M
Bosque mediterráneo
40°
Taiga Tundra 90°
60°
30°
Tr ópico de Capricor nio
40 °
0°
30°
60°
90°
3. Biomas y ecosistemas de la Tierra
ACTIVIDADES
Observa en el mapa la distribución de los principales biomas terrestres. A este conjunto de grandes ecosistemas hay que sumarle el bioma más extenso: el marino.
Recordar
Relaciones con el clima La temperatura aumenta desde los polos hacia el ecuador; lo mismo sucede también desde las montañas hasta los valles. Junto con la variedad de suelos, ésta es la causa principal de que los biomas y ecosistemas estén distribuidos así. Pradera de cumbre Matorral Pinar
Robles
Encinas
Pisos de vegetación en una montaña. La altitud condiciona el clima y, por tanto, influye en los ecosistemas que se instalan en las montañas.
Observa el mapa de los biomas (arriba) y el esquema de los pisos de vegetación de la montaña. • De acuerdo con lo anterior, piensa dónde y por qué podrían desarrollarse mejor los siguientes seres vivos: – Árboles de hojas grandes. – Animales de pilosidad escasa. – Plantas suculentas. – Grandes herbívoros. – Hierbas de desarrollo anual. • ¿Encuentras similitudes entre el bioma de taiga y el pinar de la montaña? ¿Y entre desierto y roquedos de montaña? ¿En qué consisten? 127
120°
150°
1. Cita algunas condiciones del ambiente en ecosistemas acuáticos y en otros terrestres. 2. Desarrolla un cuadro-resumen con los principales biomas que encontrarías en un viaje hipotético en línea recta desde Mozambique hasta Noruega, ayudándote de un mapa.
Explicar 3. Aclara cómo influyen unos en otros los elementos siguientes: • El agua del suelo y las plantas que viven en él. • La temperatura del aire y los insectos. • La luz solar y el agua del mar. • Los zorros y los conejos. 4. Observa atentamente los dibujos anteriores y describe los cambios que se producen en el medio ambiente físico-químico y en los seres vivos de ambas sucesiones.
TAREA 7.2
¿Cómo condiciona el ambiente a los seres vivos? hay más que observar el éxito biológico de los gorriones, que son aves con hábitos poco especiales.
OBSERVACIÓN
1. Las relaciones entre los factores abióticos y los seres vivos
El conjunto de influencias ambientales no bióticas de un ecosistema es su biotopo: el clima y el suelo, principalmente, pero también las corrientes de agua, su temperatura, las sustancias químicas del aire, etc.
1. Asómate a una ventana con cuidado y haz lo siguiente. • Dibuja un esquema del paisaje, señalando árboles, animales, matorrales, hierbas… que observes; añade otros elementos sin vida (muros, rocas, agua…).
EXPERIENCIA
3. El desarrollo de los seres vivos
• Piensa cómo influyen unos sobre otros y describe algunos ejemplos.
En esta gráfica se representa cómo crecen cinco plantas de judía iguales en macetas regadas con diferentes volúmenes de agua, desde 300 ml/día hasta 1.500 ml/día. Responde:
2. Completa con flechas el cuadro de relaciones entre columnas. • Crecimiento de raíces
• Duración del día
• Floración
• Dureza del suelo
• Caída de hojas
• Lluvia
• Actividad de insectos
• Temperatura
• Emergencia de setas
• Viento
• Cantidad de algas
• Profundidad
• ¿Cuál es la mínima cantidad de agua necesaria para que crezca una planta de judía? • Con 750 ml, ¿cuánto crecerá? • ¿Por qué un riego excesivo conlleva menor crecimiento? 7,5
2. Las influencias ambientales en los seres vivos
) s e m / m c ( o t n e i m i c e r C
Todos los seres vivos, desde los microorganismos hasta los vegetales y animales más grandes, dependen del medio externo. De él consiguen la materia y energía que necesitan para vivir, directamente –los autótrofos– o, en dependencia de éstos, indirectamente, los heterótrofos. Por eso están supeditados a él: sólo se desarrollan y reproducen bien en los lugares donde las condiciones ambientales son adecuadas.
5
2,5
1
2
3 4 Plantas
5
4. Mínimo, tolerancia y óptimo
Los seres que están más ligados a las características del ambiente son las plantas y los animales acuáticos inmóviles; los demás animales, por poder moverse, tienen capacidad de encontrar sitios con me jores condiciones, pero también dependen de él al estar obligados a vivir cada uno en ciertos tipos de vegetación.
Para que un ser vivo, como la planta de judía anterior, se desarrolle y reproduzca, aunque sea en poca medida, necesita que todas las condiciones de su ambiente estén mínimamente a su favor; si una sola no lo está, ese ser no sobrevive. Cuando esto sucede, los biólogos dicen que dicho factor es limitante. Se llama valor óptimo de las condiciones ambientales el que permite el máximo desarrollo posible de un ser vivo. Sin embargo, la planta de judía, como cualquier otro ser viviente, soporta unas condiciones no óptimas, en cuyo caso se desarrolla por debajo del máximo posible.
No obstante, ningún ser vivo es totalmente estricto: unos toleran mejor las variaciones ambientales que otros (eurioicos y estenoicos, respectivamente). Los primeros tienen una gran ventaja: sobreviven en más ambientes diferentes. Por ejemplo, no 128
Lirón careto Herbívoro. Vive en los árboles.
Helecho Autótrofo. Vive en las zonas oscuras y húmedas del bosque.
Lagarto ocelado Carnívoro. Vive en los roquedos y matorrales.
Oso Omnívoro. Vive en todo el bosque pero se refugia en la espesura.
Liquen Autótrofo. Vive sobre troncos de árboles y rocas, expuesto al sol.
ACTIVIDADES Recordar 1. Define qué es un factor o recurso limitante y aclara la idea de hábitat. 2. Haz un esquema de los recursos bióticos y abióticos que forman parte del nicho ecológico de una rana en una laguna. Observa la imagen de esta araña y piensa: ¿qué recursos vivos constituyen su nicho alimentario?
Comprender
5. Hábitat, nicho y recursos Por tanto, cada organismo sólo puede vivir y reproducirse en un lugar determinado dentro del ecosistema; éste es su hábitat. Cada ser usa y, a la vez, está influido únicamente por algunos elementos del biotopo; necesita ciertas fuentes de alimento, tolera rangos diferentes de cada condición ambiental, se relaciona con otros seres vivos de su propia biocenosis... A este conjunto de factores influyentes se le denomina nicho ecológico del organismo. Los recursos de un ecosistema son los elementos abióticos y bióticos que pueden ser utilizados por los organismos que viven en él. 129
3. Cada cría de gorrión requiere 50 mg de proteína y 70 ml de agua diarios y una temperatura media de 22-24 °C; una cría de paloma, 75 mg, 100 ml y 21-22 °C. Un descenso de la temperatura ambiental súbito debido a una helada, ¿para cuál de las dos especies resultará ser limitante? ¿Y la escasez de alimento? 4. Explica por qué un exceso de alimentación con leche materna podría llegar a producir menor crecimiento en los niños lactantes.
TAREA 7.3
Los ecosistemas y su composición; los biomas OBSERVACIÓN
1. Componentes de un ecosistema 1. ¿Qué especies observas en la biocenosis del medio marino? 2. Indica los principales elementos del biotopo en este ecosistema. 3. Explica algún ejemplo de relaciones dentro de la biocenosis (1), en el biotopo (4) o entre ambos (2 y 3). ¿Cuál de estas clases de relación existe cuando un gusano busca nutrientes en el fondo marino?
➃
➀ ➁
BIOCENOSIS
BIOTOPO ➂
2. La composición de un ecosistema
3. Las poblaciones de especies
Un ecosistema es un conjunto de elementos naturales integrados, interdependientes unos de otros, ubicados en un espacio territorial concreto y sometido a cambios en el tiempo.
La biocenosis de un ecosistema incluye seres vivos de distintas especies; el grupo de organismos de cada especie de un ecosistema se denomina población. Como ya sabes, existen muchas influencias entre los organismos. Son interespecíficas, si afectan a organismos de especies diferentes (por ejemplo, el parasitismo entre las garrapatas y los zorros); son intraespecíficas, si intervienen organismos de la misma especie, de la misma población (la competencia por conseguir sales minerales del suelo entre hierbas iguales de una pradera).
Su biocenosis o comunidad está formada por los seres vivos (animales, vegetales, microorganismos, hongos) de diversas especies. En cierta forma, se consideran unidades básicas en el funcionamiento de la naturaleza, situadas en un nivel de comple jidad intermedio entre las poblaciones de seres vivos de cada especie y los biomas (con diversos ecosistemas). Las características del suelo en la tierra y del clima o las condiciones acuáticas constituyen el biotopo. Ambos son la parte más fácilmente observable, pero lo que caracteriza realmente a cada ecosistema son las influencias existentes entre sus elementos, que son de cuatro clases: • Entre seres vivos. • De una condición abiótica sobre los seres vivos del ecosistema. • De los seres vivos sobre las condiciones ambientales. • Entre los factores ambientales. 130
La abundancia de ejemplares en toda población podría aumentar indefinidamente si no fuera porque otros seres vivos y los factores limitantes del biotopo lo impiden.
Reg Desierto de piedra Erg Desierto de arena
Montañas
Oasis
Dentro de un bioma, sus ecosistemas se ordenan en el territorio de acuerdo con las condiciones ambientales. ¿Cómo crees que varían desde el centro hasta la periferia del desierto?
4. Ecosistemas en biomas Exceptuando los contactos entre agua y tierra, no existen separaciones muy visibles entre los ecosistemas; además, muchos intercambian organismos y factores inertes entre ellos; por ejemplo, los buitres consiguen el alimento en los prados situados entre los bosques, aunque nidifican en los cantiles rocosos. Se recurre a estudios de biodiversidad para localizar las zonas de separación entre ecosistemas; son los ecotonos: en ellos existe mayor riqueza de especies diferentes. Un bioma es un conjunto de ecosistemas cercanos que comparten parecidas condiciones de clima y suelo en áreas geográficas grandes.
Ecosistemas y biomas en España En la península Ibérica existe un cambio gradual de temperatura y precipitaciones desde el sur hasta el norte; montañas, ríos, actividades humanas en los suelos, etc., todo esto provoca una gran variedad de hábitats y de ecosistemas. De forma general, se describen tres grandes dominios o conjuntos de ecosistemas: • Los bosques mixtos húmedos y de coníferas del norte, parecidos al bioma de bosque caducifolio centroeuropeo y a la taiga, respectivamente. • Los bosques mediterráneos, como encinares y quejigares, que forman ese bioma y aparecen en la Península y Baleares. • Estepas de influencia humana, similares a las del centro de Eurasia. En las islas Canarias, la situación es diferente, ya que los fuertes cambios de altitud y la proximidad del desierto sahariano condicionan mucho sus ecosistemas; se puede hablar en ellos de semidesiertos volcánicos y de pinar canario y laurisilva húmeda. También en un mismo sistema montañoso aparecen ecosistemas ordenados según las variaciones del clima, en forma de cliseries; desde los valles hasta la cima de las montañas, cada piso corresponde a un ecosistema semejante a los de un bioma determinado. 131
ACTIVIDADES Recordar 1. Define «biocenosis o comunidad» y «población». ¿En qué se distinguen? ¿Cuál o cuáles relacionas con el concepto de especie biológica? 2. Cita dos ecosistemas de estos biomas: bosque mediterráneo, desierto, bosque templado de hoja caduca.
Explicar 3. Representa dos gráficas sobre el crecimiento de la población de saltamontes de un prado, a partir de los datos. Explica cómo influye el factor limitante (la cantidad de hierba). Días
Ejemplares (1)
Ejemplares (2)
0
10
10
10
108
109
20
314
221
30
623
386
40
1.788
417
(1) Datos teóricos, con capacidad máxima de reproducción. (2) Datos reales, en una investigación.
TAREA 7.4
Los cambios en los ecosistemas OBSERVACIÓN
1. La sucesión y la regresión 1. Compara las fotografías y piensa: • ¿Cómo han cambiado los vegetales de este ecosistema? • ¿Quién o qué ha impulsado las modificaciones de plantas?
Bosque recién quemado.
• ¿Qué debe haber sucedido con la temperatura media a nivel del suelo? ¿Por qué? • Busca dos especies animales que vivan en cada fase.
2. Piensa en el proceso contrario regresivo, descartando la caída de rayos. ¿Sería posible de forma natural? ¿Por qué?
Bosque en regeneración. Bosque totalmente recuperado.
2. La sucesión ecológica
3. Tipos y ejemplos de sucesiones
Los ecosistemas cambian en el tiempo, como si fuesen organismos. Comienzan a existir, crecen, se desarrollan, envejecen, pero, a diferencia de ellos, no mueren si no sucede una catástrofe; incluso dirigen y propician la formación de otros parecidos a ellos, ampliando su territorio.
Estas modificaciones se desarrollan espontáneamente en la naturaleza. Son los propios organismos los que van transformando elementos de su biotopo, haciéndolo más adecuado para otros nuevos. Por ejemplo, las raíces de los arbustos retienen partículas de suelo aumentando la profundidad de éste; así podrán crecer grandes árboles más tarde. También las interacciones entre factores abióticos van cambiando poco a poco.
Se denomina sucesión ecológica al proceso de cambio en el tiempo de un ecosistema; existen fases sucesionales iniciales, de juventud y de madurez. Incluso se pueden reconocer rasgos de etapas pasadas que quedan visibles en el ecosistema maduro (como sucede en la cara de una persona adulta, en la que se mantienen algunos detalles de cómo era de niño y de joven).
Son sucesiones primarias aquellas en las que no interviene el hombre; son naturales. Es el caso de la colonización de suelos volcánicos, la sucesión en lagunas no contaminadas o las variaciones en las dunas costeras.
Las sucesiones duran tiempos muy variables: a veces, requieren días o meses hasta alcanzar la madurez del ecosistema; otras, décadas, hasta 150-200 años. Todo depende de cómo sea el ecosistema inicial y, en parte, de cómo se vaya desarrollando.
El ser humano puede construir ecosistemas sencillos (un campo de cereales, por ejemplo) o, al menos, interferir en una sucesión natural (contaminando el agua...), acelerándola o frenándola. En estos casos, se habla de sucesiones secundarias.
Pero, iniciándose desde un mismo ecosistema, en sitios similares y bajo condiciones iguales, los cambios son muy parecidos siempre y terminan en comunidades análogas.
Otros ejemplos de sucesiones son: la regeneración del bosque después de un incendio, la colonización de un meandro fluvial, el avance del bosque manglar sobre las costas tropicales, etc. 132
4. Las fases clímax Dos áreas parecidas que tengan condiciones ambientales análogas desarrollan ecosistemas similares con el tiempo. La fase clímax es el último aspecto y composición que adquiere un ecosistema tras pasar por todos los cambios sucesionales. Si bien pueden existir variaciones entre dos fases clímax de un mismo tipo de ecosistema, son poco importantes: algunas especies accesorias, pequeños cambios en algún factor abiótico... En un ecosistema clímax se pueden reconocer señales del devenir del tiempo: a) Los estratos vegetales de un bosque (costráceo, herbáceo, arbustivo, arbóreo) contienen especies análogas a las de otras tantas fases sucesionales pasadas (líquenes y musgos, gramíneas, matorrales y árboles), desde las más antiguas a las modernas. b) Las orlas de vegetación concéntricas que se establecen a partir de las orillas de una laguna corresponden a otras tantas fases sucesionales, de manera que las más alejadas del agua han tardado más en formarse.
El brezal con helechos comunes es una de las fases de sucesión del robledal. ¿Qué indica la existencia de esta vegetación? ¿Hubo en la zona un robledal o se formará con el tiempo?
ACTIVIDADES Comprender
Juncos
Responde:
Espadañas
1. Imagina cómo algunos organismos modifican las condiciones de su propio medio abiótico.
Orlas de vegetación
2. ¿En qué se diferencia una sucesión ecológica primaria de otra secundaria? Describe algunos ejemplos de ambas, mediante fotografías.
Laguna
Carrizos
Arbustos (Tarajes)
Explicar Piensa y deduce:
Una fotografía de un ecosistema clímax es un resumen de toda su vida; no hay más que saber interpretarla.
5. Tendencias generales En todos los ecosistemas y sucesiones se cumplen las siguientes tendencias en el tiempo: • Aumenta la complejidad del ecosistema: más especies y más ejemplares. • Aumentan peso y volumen de sus organismos (su biomasa). • Se perfeccionan los mecanismos de autocontrol que impiden la desaparición de especies. • Los organismos aprovechan mejor los recursos del ambiente. • El ecosistema se hace más resistente a los cambios. 133
3. Intenta dibujar las fases de una sucesión ecológica a partir de una charca recién formada. 4. Si un bosque queda destruido dos veces, ¿se regenerará hasta un estado final en ambos casos? ¿Por qué? 5. ¿Qué fase sucesional ocupará en el futuro el espacio en el que actualmente está la orla vegetal más cercana a la orilla de una laguna?
RESUMEN DE LA UNIDAD La naturaleza está bien ordenada; no es un simple conjunto de organismos y seres inanimados. Las relaciones e influencias entre todos ellos producen una gran organización interna, que intentamos comprender a partir de unas unidades de funcionamiento llamadas poblaciones, ecosistemas y biomas. Dentro de cada ecosistema existen cuatro tipos de interrelaciones, que se establecen entre:
Las sucesiones ecológicas son procesos de cambio temporal que afectan a todos los integrantes de un ecosistema. Terminan en las fases clímax, perdurables en el tiempo, a las que se llega siguiendo unas tendencias generales que siempre se cumplen. Hay sucesiones totalmente naturales (primarias) y otras influidas por el hombre (secundarias).
• Los propios seres vivos (biocenosis, 1). • Factores abióticos y seres vivos, o viceversa (2 y 3). • Los factores abióticos (biotopo, 4). Cada grupo de organismos reacciona ante las condiciones ambientales según los principios ecológicos del mínimo, tolerancia y óptimo, que indican cuánto deben desarrollarse y reproducirse. Utilizan sólo ciertos recursos de su ambiente, constituyendo los hábitats y nichos ecológicos. Los ecosistemas están agrupados en unidades mayores, los biomas. Se distribuyen en el planeta de acuerdo con los factores climáticos y edafológicos, sobre todo; otras condiciones abióticas diversifican la naturaleza. Por ello, existen ecosistemas representativos de muchos biomas dentro de territorios pequeños, como en una cliserie montañosa.
Reflexiona sobre la idea de que la humanidad, con todo su gran potencial atómico, pudiera destruir la naturaleza. ¿Es cierto? Considera el concepto de sucesión ecológica.
Mapa del tema La organización de la naturaleza
Biomas y ecosistemas Tipos de relaciones Desarrollo de seres vivos
Condiciones ambientales
Mínimo, tolerancia y óptimo Hábitat, nicho, recursos
BIOMAS Y ECOSISTEMAS
Biotopos y biocenosis Composición de ecosistemas
Integración
Poblaciones de especies
Cambios en los ecosistemas
Ecosistemas y biomas
En España
Sucesión ecológica
Tipos y ejemplos
Fases clímax
Regresiones
Tendencias
134
Actividades Test de conocimientos 1
Completa el esquema de los componentes de un ecosistema.
5
Completa las frases siguientes e indica si son verdaderas o falsas: a) A través de la , los seres vivos de un ambiente van cambiando poco a poco, sustituyéndose unos a otros, a la vez que también el se va haciendo más adecuado para la supervivencia de las nuevas . b) Desde lo más alto de cualquier montaña, se puede observar una serie de cambiantes hacia abajo; es debido a que la temperatura va y la cantidad de precipitaciones en forma de lluvia también. En lo más alto, el y la impiden que se desarrollen grandes . c) Al igual que una persona, los ecosistemas tienen un comienzo, un y una fase de madurez o y terminan por desaparecer a los pocos años.
2
Ecosistema. Integración. Comunidad. Bioma.
e) f) g) h)
Biotopo. Nicho ecológico. Factor abiótico. Hábitat.
3
Indica cómo localizarías los límites de un bosque de robles ayudándote de un dibujo que simule un mapa del terreno.
4
Teniendo en cuenta el concepto de población, explica por qué no es correcto aplicárselo a: a) b) c) d)
Los delfines. Los árboles de un jardín. Los insectos de un bosque. Las rocas de granito.
Explica en qué se notarían las diferentes fases sucesionales por las que ha atravesado un bosque a través de una fotografía realizada en su momento clímax. ¿Y en otra imagen de una laguna? ¿Por qué?
7
AMPLIACIÓN. Hoy día, la protección de la biodiversidad en los ecosistemas es uno de los objetivos más trascendentales de los responsables administrativos y de los científicos. Es fácil percatarse de esto al pensar en los grandes árboles o en animales; pero, ¿por qué los pequeños, como los insectos o los hongos, por ejemplo, también lo son?
Define con claridad los términos siguientes: a) b) c) d)
6
Setas en el suelo del bosque.
135
Actividades Test de capacidades 1
b) ¿Cuál es la cantidad mínima de alimento indispensable para que pueda reproducirse la especie número 1? ¿Y la 2? c) Describe sus dos grados de tolerancia a la cantidad de alimento. d) ¿Cuál es el valor óptimo de factor ambiental para la especie 1? ¿Y para la 2?
Pensar y describir mediante un mapa. Dibuja el mapa de España (Península y archipiélagos) e indica la distribución aproximada de: a) Los bosques de encinares mediterráneos. b) Los bosques de laurisilva húmeda. c) Los bosques mixtos húmedos y los bosques de coníferas. d) Las grandes estepas influidas por las actividades humanas. e) Ayúdate de una enciclopedia para contestar a esta pregunta: ¿Cómo varían las precipitaciones y la temperatura desde el norte al sur y en las islas, en términos generales?
2
3
Deduce. ¿Por qué es más fácil encontrar mayor número de huellas de zorros en los ecotonos de los bosques que en interior de los mismos?
Interpreta el gráfico siguiente y después explica lo que se pregunta. Dos especies diferentes de mosca Drosophila, muy utilizada en experimentos de Genética, pueden reproducirse en cautividad fácilmente dentro de recipientes semicerrados, con algo de humedad y temperatura templada. Necesitan nutrirse con una papilla alimenticia en cantidades concretas, de manera que cada día eclosiona determinada cantidad de pupas en razón de la comida disponible.
4
Dibuja y explica. Se trata de que hagas en tu cuaderno dos bocetos simulando las diversas fases por las que atraviesa: a) Un bosque de robles en recuperación después de haberse quemado. b) Una laguna que se ha formado en un meandro abandonado de un río, hasta llegar a su fase clímax definitiva.
Mosca 1 s o i r a i d s e r a l p m e j e s o v e u N
Mosca 2 100
5 50
150 25
50
75 100 Alimento (g)
125
a) Describe las gráficas en una redacción de cinco o seis líneas. ¿Qué factor ambiental influye aquí sobre la reproducción?
136
AMPLIACIÓN. Busca información. Los ecosistemas de tu Comunidad Autónoma. Dibuja un mapa que indique la distribución geográfica de todos ellos, señalando la posición de las montañas, los ríos, las costas..., si los hubiera. ¿Cómo cambian las condiciones del clima (temperaturas y precipitaciones) y de los suelos (profundos, poco desarrollados...)? Considera los riesgos más importantes que existen en cada ecosistema de los encontrados en el ejercicio anterior (incendios, contaminación, desertización, etc.).
Test de responsabilidad
Experiencia
Las consecuencias globales
El suelo y los vegetales de las orillas de un río o laguna
El gran orden de la naturaleza constituye un buen seguro contra las destrucciones ocasionadas por las actividades humanas, en muchas ocasiones. No obstante, la sociedad tiene capacidad de dañarla, sobre todo en determinados biomas, que incluyen ecosistemas muy sensibles. Es el caso de los bosques tropicales y de las zonas templadas, en una de las cuales estamos. Reflexiona sobre el tema y escribe tus ideas.
Durante una salida de campo de una mañana entera se puede realizar un sencillo experimento, con el que se consigue correlacionar varios factores ambientales con la distribución espacial de las plantas. • Dibuja un plano del terreno (25-30 m2 ) en la orilla de una laguna o río, consignando en él con precisión el sitio que ocupa cada planta herbácea, según la distancia de su tallo principal hasta el agua. No es indispensable reconocer las especies; basta con identificarlas con símbolos. • Recoge en bolsas muestras de suelo (aproximadamente 500 g) para llevarlas al laboratorio. Allí pesaremos una cantidad concreta y valoraremos la proporción de gravas, arenas y arcillas, midiéndolas en una probeta grande con agua. • Mide la profundidad del nivel de agua en el subsuelo, cavando tres o cuatro hoyos en línea perpendicular a la orilla. • Extrae las raíces enteras de varias plantas de los hoyos para medirlas. Piensa y realiza a) Cita las condiciones del biotopo que se estudian en la experiencia.
Deforestación de la selva del Amazonas a causa de la construcción de la carretera transamazónica. Este tipo de actuaciones, así como la construcción de grandes presas, causan un importante impacto en un ecosistema como el bosque tropical, que, a pesar de las apariencias, es muy sensible a las agresiones.
• ¿Qué piensas que sucedería con la composición química natural en gases de la atmósfera, si todos los bosques españoles llegasen a desaparecer por la actividad humana? • ¿Podría afectar este hecho al resto de los ciudadanos europeos? ¿Cómo y por qué?
b) Anota todos los resultados en tablas y descríbelas con los gráficos siguientes, relacionando cada factor ambiental con las plantas: • Longitud de las raíces, según la separación de las orillas. • Porcentaje de arena al distanciarnos de la orilla. • Profundidad del nivel de agua subterránea en cada agujero. c) ¿Cómo varía la longitud de las raíces según los cambios de cada una de esas condiciones ambientales?
• ¿Qué pasaría si los insecticidas químicos exterminasen a todas las especies de insectos polinizadores?
Laguna 1
1
• ¿Existiría algún efecto sobre la producción de oxígeno en el planeta si la construcción de grandes embalses anegase parte de la selva amazónica?
3
• ¿Y sobre otros gases de la atmósfera? Explícalo. Razona por qué la protección de la naturaleza es una necesidad imperiosa para nuestra propia supervivencia y no tanto para la de la naturaleza misma en su conjunto.
1
2
2
1 3
4 4
1 3
3 4
4
4 5 6
6
137
5
5
6
Desarrollo sostenible y protección del medio ambiente La supervivencia de la especie humana depende de la naturaleza En esta unidad didáctica hemos intentado explicar y comprender que la naturaleza está sometida a unos principios de funcionamiento que aseguran su permanencia.
Bosque denso
A no ser que acaezca una catástrofe natural o que el hombre intervenga de alguna manera, los ecosistemas suelen mantenerse en su etapa clímax. Cuando acontece alguna alteración, los ecosistemas sufren regresiones.
Bosque talado
Muchos recursos de los ecosistemas son utilizados también por el hombre; de hecho, casi todas las materias que necesitamos están en ellos, bien como tales o bien transformándolas en nuestras industrias. Es decir, dependemos completamente de la naturaleza. Y esto es así porque, en realidad, somos parte de ella; compartimos muchos ecosistemas a la vez. Por ejemplo, obtenemos el papel de la madera del bosque o la sal de los ecosistemas marinos costeros.
Lagunas con agua abundante
Así que lo que le suceda a los ecosistemas termina afectando a la sociedad humana. Reflexionemos un poco más. Si extraemos algunos recursos naturales en exceso, sin darles tiempo para que se regeneren, descomponemos ecosistemas, interrumpimos su funcionamiento y, antes o después, no existirán dichos recursos en cantidad suficiente.
Laguna seca
Por tanto, resulta imprescindible que los humanos nos percatemos de que somos parte de los ecosistemas, aunque hayamos construido ciudades y pueblos que, aparentemente, son muy diferentes del entorno natural. Nuestro desarrollo futuro es, en realidad, el futuro de la naturaleza. Hoy día existen recursos suficientes para mantener incluso a una especie tan abundante como la humana; lo importante es aprender a no derrochar esos recursos y a repartirlos adecuadamente.
Suelos limpios, no contaminados
La producción excesiva de desechos, basura y contaminantes por parte de las poblaciones humanas puede terminar envenenándolo todo: desde los ecosistemas hasta nuestra propia civilización.
Suelo contaminado
138
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • Cambios en los biomas terrestres: deforestación masiva, incremento de la desertización, contaminación de suelos... • Acumulación de materiales radiactivos de larga duración, contaminación sonora y térmica...
Tareas de limpieza de una marea negra en la costa francesa.
Los impactos ambientales en España Nuestro territorio está situado en una zona templada del planeta; sus características climáticas muy variables le hacen sensible a las alteraciones de origen natural y humano.
Problemas ambientales globales Los daños que nuestras industrias y costumbres están infligiendo a la naturaleza son muchos y muy variados. Casi todos son reversibles, hasta el momento; pueden solucionarse por sí mismos o con ayuda de nuestra tecnología. Pero si este mal continúa, la intensidad de las regresiones ecológicas podría ser excesiva. • Cambios en la atmósfera: aumento del efecto invernadero que calienta el aire, disminución de la capa protectora de ozono, contaminación por gases tóxicos... • Cambios en la hidrosfera: contaminación de los mares y de las aguas subterráneas, interferencias en la dinámica natural de los ríos...
• Deforestación desde hace varios siglos, que acelera la desertización en el sur y este, sobre todo. • Contaminación de aguas superficiales subterráneas y costeras; accidentes en las rutas marítimas. • Desecación de ecosistemas de humedal, lagunas, charcas y ríos, debido al derroche de agua. • Contaminación de suelos por desechos industriales. • Abandono de tierras de cultivo y huertas, debido a la masiva emigración desde los pueblos hacia las ciudades…
DEBATE
INVESTIGACIÓN
¿Desarrollo o subdesarrollo?
Los incendios forestales en España
Juego de simulación
Busca información sobre los aspectos siguientes relacionados con los incendios forestales en España y sus consecuencias:
Dos países, representados por sendos grupos de alumnos, son juzgados ante un tribunal internacional por un delito ecológico: aumentar la concentración de CO2 en el aire. Se conocen los datos siguientes de ambos: País A
País B 6
1,5 10
10
Nuevos pastos (ha)
2,5 105
103
Carne de vaca (tm)
106
104
Industrias nuevas
60
893
Renta per cápita ($)
631
3.740
и
b) Tipos de incendios forestales que se producen (clasificados por su origen, impacto, extensión afectada...).
4
Árboles talados
и
a) Evolución del número de incendios forestales y superficie quemada en España durante los últimos años.
c) Efectos inmediatos y a largo plazo sobre los ecosistemas d) Efectos sobre las construcciones y bienes humanos. e) Técnicas de prevención y control que se están aplicando actualmente.
• Se trata de averiguar de quién es la responsabilidad penal mayor, qué relaciones existen entre los datos de ambos países y la contaminación del aire, y qué soluciones podrían plantearse.
Reflexiona en grupo: ¿Por qué nuestro país es uno de los más afectados en todo el mundo?
139
08 Interacciones en los ecosistemas
EXPRESA LO QUE SABES 1. Indica varias ventajas e inconvenientes que obtienen las especies animales fotografiadas. ¿Cuál es la causa de la relación en cada una de las imágenes? 2. Define brevemente qué entiendes por: • Parasitismo. • Depredación. • Colonia.
• Sociedad. • Competencia. • Simbiosis.
3. Piensa y responde:
Contenidos 1. PANORAMA: Integración del ecosistema. 2. La Cibernética en la Ecología. 3. Las agrupaciones interespecíficas (I). 4. Las agrupaciones interespecíficas (II). 5. Las interacciones entre organismos de una especie. MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • ¿Qué hacer con los residuos?
• Muchos grandes mamíferos africanos coexisten en medio de las hierbas de la sabana, alimentándose en los mismos lugares juntos. ¿Por qué están juntos? ¿Obtienen algún beneficio o se roban la comida? • El lince ibérico, un gran carnívoro en peligro de extinción, se nutre de conejos, liebres y roedores. ¿Te imaginas lo que sucedería si se extinguiesen los linces? ¿Habría consecuencias sobre los vegetales? ¿Y sobre los conejos, liebres y roedores?
140
¿QUÉ DEBES SABER?
Conceptos previos de Biología
4. Niveles y cadenas alimentarias. Los organismos que comparten un mismo tipo general de alimentos (hierba, otros animales...) pertenecen a un mismo nivel trófico. Una cadena trófica es una forma de representar las relaciones alimentarias entre seres vivos de diferentes niveles. Cuando un animal ingiere otro, adquiere tanto sus materias (átomos y moléculas) como su energía (uniones químicas entre átomos).
1. Los ecosistemas y sus componentes. Deberías saber definir sin dudas qué es un ecosistema y conocer que todos ellos están formados por la biocenosis o comunidad biológica, el biotopo o conjunto de condiciones ambientales y las influencias entre unos y otros. Tienes que reconocer algunos ejemplos de cada elemento.
2. Las influencias entre el biotopo y los seres vivos. Los diversos factores abióticos sostienen el desarrollo y la supervivencia de los organismos. El clima, el suelo y las peculiaridades del medio acuático permiten o impiden que cada ser vivo pueda establecerse en los ecosistemas. Pero también muchos seres son capaces de transformar y cambiar el medio inerte haciéndolo más adecuado a sus actividades.
DEDUCE • ¿Qué ha sucedido con los pinos pequeños y otros vegetales? ¿Por qué no han crecido en la sombra? • ¿Tiene algún efecto la hojarasca caída desde los pinos grandes?
RECUERDA Y RESPONDE • Diferencia comensalismo, parasitismo, simbiosis y depredación. ¿Qué significa que las plantas son autótrofas y los animales heterótrofos?
EXPLICA • ¿Cuáles son los efectos de la actividad de las lombrices sobre las condiciones del suelo y cómo favorecen a las plantas?
3. Las influencias dentro de la biocenosis. Los organismos se concentran en determinados lugares debido a los factores del ambiente y también porque los demás seres vivos así se lo imponen. Los vegetales y animales inmóviles deben adecuarse mucho al biotopo; el resto están sometidos a la distribución de los anteriores, los cuales les obligan con intensidad.
EXPLICA • ¿Cuál es la misión ecológica de las bacterias y de los hongos descomponedores en el mantenimiento de cualquier ecosistema?
141
TAREA 8.1: PANORAMA
Integración del ecosistema 1. La Ecología es la ciencia de las interacciones
2. Los mecanismos de control en los ecosistemas
La naturaleza no es estable, inalterable; sus ecosistemas son unidades dotadas de vida y cambios. Estar vivo significa, ante todo, mantener un orden de relaciones entre partes diversas. Un ecosistema no es un simple conjunto de seres vivos y seres inanimados, sino un conjunto de influencias entre todos ellos. Interacciones que se establecen dentro de su biocenosis (seres vivos), dentro de su biotopo (factores ambientales) y también entre ambos.
Para mantenerse vivo, cualquier ecosistema u organismo está obligado a asegurar el éxito en la lucha constante contra la tendencia universal hacia el desorden, lo que supondría su destrucción. Así como una máquina al funcionar produce vibraciones que desajustan los tornillos y tienden a descomponerla, también las fluctuaciones ambientales en los números de seres vivos de un ecosistema provocan que éste no siempre funcione con la misma precisión. Cuando una parte se desajusta, se ponen en marcha mecanismos automáticos que corrigen los errores y malos funcionamientos. Son los métodos de retroalimentación por autocontrol natural, que permiten a los ecosistemas mantenerse en el tiempo. Necesitan energía para conseguirlo: alguna fuerza debe manipular el destornillador; si no, no hay ajustes. Por eso, también hay quien se ocupa en los ecosistemas de captarla; son los vegetales, mediante la fotosíntesis.
La Ecología es la ciencia que trata de explicar tales interacciones de la naturaleza. Dispone de algunos conceptos que ha tomado de otra ciencia parecida (la Cibernética), como la idea de qué es un sistema, de cómo son los sistemas naturales abiertos o en qué consisten los mecanismos dinámicos de autocontrol. A los ecólogos les interesa conocer cómo afecta el medio ambiente a los seres vivos, pero también cómo influyen unos sobre otros. Las condiciones del medio obligan a los seres vivos (vegetales, sobre todo) a situarse sólo en determinadas ubicaciones, permitiendo o no su desarrollo y reproducción. A su vez, las plantas también obligan a muchos animales a depender de ellas, a distribuirse en el espacio cerca de ellas y los animales herbívoros hacen lo mismo con los carnívoros. Más sitios disponibles tienen los hongos y microbios, porque son descomponedores de los abundantes restos de otros seres vivos.
Reflexiona, según las ideas anteriores, sobre las similitudes y las diferencias entre las máquinas, como las de ambas figuras, y los organismos de los ecosistemas: • ¿Qué elementos constituyen la locomotora y el ordenador?; cita cuatro o cinco de cada uno. • ¿Qué elementos forman parte de un organismo animal? ¿Y de un bosque de encinas? • ¿Qué tipos de energía requieren la locomotora, el ordenador, un vegetal y un animal? • ¿Qué les mantiene ordenados y en buen funcionamiento?
Parque Nacional Amboseli (Kenia). Pon ejemplos de situaciones entre los seres vivos en un ecosistema como la sabana africana.
142
ACTIVIDADES
3. Las agrupaciones intraespecíficas Muchas especies animales y vegetales mantienen a sus organismos cercanos bien porque proceden de los mismos progenitores, bien porque se reúnen por su propia actividad. La agrupación suele tener efectos favorables para unos y otros, pero a veces resulta perjudicial. Cuando se establece entre seres vivos de la misma especie, se habla de grupos intraespecíficos. Unos son sociales, siempre que se cumplan ciertas condiciones, y otros no. De estos últimos existen muchas clases distintas: colonias, enjambres, gregarismos, coincidencias..., todos favorecedores de la supervivencia de la especie. Otros son desfavorables: la competencia intraespecífica, por ejemplo. Los organismos incluso entablan relaciones de varios tipos a la vez en algunas situaciones. Los seres humanos constituimos un buen ejemplo: somos una especie social pero a la vez competitiva.
4. Las agrupaciones interespecíficas
Recordar 1. Configura una tabla con los cuatro tipos de interrelaciones que existen en todos los ecosistemas y pon un ejemplo de cada uno de ellos. 2. Cita tres ejemplos de agrupaciones intraespecíficas y otros tres de interespecíficas. 3. ¿Qué tipo de asociación es una colmena? 4. ¿En qué clase de interacción localizarías una ciudad? ¿Y un gallinero? ¿Por qué?
Explicar
En la naturaleza, todo es muy intrincado: no sólo se agrupan entre sí organismos de la misma especie, sino que a la vez establecen relaciones con otros diferentes. Por ejemplo, los lobos, muy sociales entre ellos, son depredadores de los ciervos. Cuando intervienen seres de diferentes especies, se habla de agrupaciones interespecíficas. Las hay de muchos tipos: depredaciones, competencias interespecíficas, parasitismos, simbiosis... También algunas son beneficiosas para unos y otros, pero en otros casos sólo le favorecen a una parte de ellos. Los organismos tratan de organizarse utilizando al máximo los recursos que les brindan los ecosistemas y estorbándose lo menos posible. Y, por supuesto, todo en ello es inconsciente, no premeditado, aunque haya resultado así después de millones de años de evolución en este planeta.
5. Aclara qué entiendes en la frase «la Ecología es la ciencia de la integración». 6. Explica en qué consiste algún caso que conozcas donde se produzca una agrupación social. ¿Existen sociedades entre los vegetales? ¿Qué característicias deberían cumplir para serlo? 7. ¿En qué fase del ciclo de un celentéreo se forma una agrupación intraespecífica?
Medusa
Saco con esporas
Reproducción sexual
Reproducción asexual
Células del alga
Pólipo joven
Colonia de pólipos
Plánula
Hifas del hongo Raicillas
Corte de un liquen, simbiosis de alga y hongo (agrupación interespecífica).
Ciclo vital de un celentéreo, organismo colonial (agrupación intraespecífica).
143
TAREA 8.2
La Cibernética en la Ecología EXPERIENCIA
OBSERVACIÓN
1. El termostato y la temperatura Conexión termostato
T
Calefacción
©
T
©
T ideal
T
T
©
Desconexión termostato
©
Desconexión calefacción
T temperatura
3. Depredadores y presas
Este aparato doméstico sirve para controlar que la temperatura de una estancia se mantenga cerca de cierto valor seleccionado. Si hace demasiado calor, al llegar a una temperatura máxima el termostato desconecta la calefacción; y al contrario, si la temperatura desciende hasta un mínimo. Mira el termostato de casa cada 15 minutos en un día invernal y anota cuánto marca y si los radiadores están fríos o calientes.
En una caja de 25 ϫ 50 ϫ 25 cm al menos, simulando un ambiente natural, introduce una araña con puesta de huevos, fácil de conseguir en telarañas o entre la hojarasca. A los pocos días habrán emergido las crías; es sencillo contarlas. Mete 20 moscas del vinagre (Drosophila), que habrás conseguido antes, en frascos de cultivo. Cada 10 días controla cuántas arañas y moscas sobreviven, durante 45 días, al menos. Haz una tabla con esos datos y una gráfica doble a partir de ella. ¿Observas alguna dependencia de unas sobre otras? ¿Cómo se influyen mutuamente?
4. Los sistemas naturales funcionan por sí mismos La Cibernética, ciencia que estudia relaciones de todo tipo, nos ha cedido algunas buenas ideas:
2. La naturaleza es cambiante, dinámica
Un sistema es un conjunto de elementos iguales o diferentes que dependen unos de otros para conseguir que funcione el grupo. Sistemas son la locomotora o el ordenador; también, los ecosistemas naturales o cualquier organismo en solitario. Una máquina deja de funcionar cuando falla alguna de sus partes, sin que las demás puedan arreglarla o sustituirla; un animal deja de vivir por el mismo motivo, igual que un bosque. Se vive porque todo funciona según un orden correcto.
La forma de percibir el transcurso del tiempo para los humanos no facilita que nos percatemos de que la naturaleza siempre está variando, como la temperatura de la casa. Cada organismo dispone de sus propios ritmos de variaciones; un chopo, por ejemplo, tarda diez meses en volver a echar sus ho jas; ya es demasiado para que la gente le otorgue importancia. Nada en la naturaleza es exactamente igual que minutos antes o después, incluidos nosotros (mide tu temperatura a lo largo del día, por ejemplo). Sin embargo, cada ser vivo parece siempre igual, aunque sólo sea aproximadamente.
Los ecosistemas necesitan adquirir energía para vivir, igual que un ordenador no funciona si no dispone de electricidad. Los elementos del ecosistema encargados de obtenerla son las plantas, normalmente. La energía química de los enlaces entre átomos y moléculas que forman los cuerpos vivos es usada por ellos mismos para moverse, reproducirse, crecer... Es decir, para vivir. Cuando un pájaro ingiere una mosca, se apropia de su energía química y de sus materias.
Hay algo que no nos permite a los seres vivos ale jarnos demasiado de nuestro típico aspecto y forma de comportarnos. A la hierba se la comen las vacas, pero vuelve a crecer. Los insectos son cazados por murciélagos, pero siempre vuelve a haber... La temperatura puede descender, pero el termostato activa la calefacción y vuelve a hacer calor. Son las propias relaciones entre unos organismos y otros lo que controla que los ecosistemas siempre se mantengan como son, consiguiéndolo no con exactitud, sino por aproximación. 144
Radiac i ón
s ol a
r
Oxígeno (O2)
Dióxido de carbono (CO2)
Complejo fotosintético
Agua
Energía
Metabolismo Glucosa (alimento)
Piensa en cómo funciona una antena y para qué sirve. • ¿Qué son las señales de TV o radio? • ¿Cómo las capta o transmite el receptor? • ¿Qué parecidos observas con las funciones de los vegetales?
ACTIVIDADES Recordar
5. El autocontrol de la naturaleza La calefacción se regula mediante un termostato. Si un ordenador sufre la infección de un virus informático, otro programa «antivirus» puede trabajar para eliminarlo; si no hay papel en la impresora, una parte del sistema operativo informa del error para corregirlo; todo con el fin de que la máquina siga funcionando. En los ecosistemas, sucede igual: si llegasen muchas langostas africanas a una pradera, las aves insectívoras tendrían más crías y terminarían controlando la plaga, antes de que pudiese destruir la pradera; o si durante una buena primavera, el excesivo número de conejos pudiera terminar con la hierba, los zorros se reproducirían más y eliminarían el excedente. Existen relaciones entre unos elementos y otros que consiguen mantener el número de organismos entre máximos y mínimos. No hay siempre una cantidad exacta de conejos, sino que es posible un cierto dinamismo. Tales influencias se denominan mecanismos de retroalimentación; sirven para impedir la destrucción de cada ecosistema asegurando su funcionamiento constante. 145
1. Define qué se entiende por sistema y aclara por qué lo es una pradera. 2. ¿Por qué se dice que los mecanismos de autocontrol naturales no son exactos, sino que funcionan por aproximación?
Comprender 3. ¿Quién controla a quién: las arañas a las moscas o al revés? Comenta brevemente las ventajas de que existan presas y depredadores. 4. Realiza un esquema de «cajas y flechas» que explique el modelo de control mutuo entre langostas africanas y aves insectívoras.
TAREA 8.3
Las agrupaciones interespecíficas (I) OBSERVACIÓN 160
1. Las agrupaciones, mecanismos de control
140 IIIII
Liebre Lince
120
Observa la gráfica de la derecha, que representa cómo fluctúan las poblaciones de conejos y zorros en un ecosistema. Señala los límites máximos y mínimos de zorros y conejos. ¿Qué les impide ser excesivamente abundantes? ¿Por qué no coinciden en el tiempo máximos y mínimos de ambas especies? Relaciona estas observaciones con las de la página anterior referentes al termostato.
100
s e r a 80 l l i M60 40 20
1845
1855
1865
1875
1885
1895
1905
1915
1925
1935
Años
2. Mecanismos de retroalimentación
3. Agrupaciones de control ecológico
Seres de dos o más especies se pueden agrupar, resultando de ello perjuicios para unos y beneficios para otros. Esto sucede de forma no premeditada, pero con el tiempo, la relación se convierte en indispensable para la supervivencia de todos.
Son agrupaciones interespecíficas aquellas en las que toman parte organismos de diversas especies. De ellas constituyen modelos de retroalimentación las que producen beneficio para unos y per juicio para otros, permitiendo así mantener estable la abundancia de organismos de un ecosistema. Las más conocidas son: depredación, competencia, parasitismo, comensalismo y amensalismo. Otras,como la simbiosis y las cooperaciones, no cumplen dicho objetivo, sino que tienden a aumentarla constantemente; es así porque todas las especies resultan beneficiadas.
La depredación En este tipo de relación, se denominan presas los seres perjudicados y predadores (o depredadores) los beneficiados. Superdepredadores son los organismos que cazan otros depredadores.
Por ejemplo, observamos cómo la necesidad de los zorros de alimentarse de conejos hace que éstos no puedan reproducirse excesivamente, en un número tan grande que hubieran podido terminar con la hierba y, por consiguiente, acabar con ellos mismos. Los zorros, aparentemente «contrarios» a los cone jos, resultan ser la causa de su propia supervivencia. Éste es un mecanismo de retroalimentación negativa. Pero si se llegase a superar uno de los límites máximos o mínimos de una especie por algún motivo, ambas especies entrarían en un proceso imparable de desaparición ( retroalimentación positiva). Algunos tipos de agrupaciones interespecíficas constituyen controles de funcionamiento de la naturaleza. 146
La abundancia de unos y otros fluctúa rítmicamente, repitiéndose con bastante precisión los ciclos de aumentos y disminuciones; por ello se puede predecir cuántos habrá en un ecosistema en un momento determinado. Todas las serpientes, sean o no sean venenosas, son depredadores.
La competencia y el principio de exclusión de nichos Ya debes saber que los seres vivos se distribuyen en el medio para utilizar los recursos ambientales lo mejor posible; le sacan el máximo provecho. Sin embargo, a veces sucede que varios organismos parecidos pero de especies distintas coinciden en una misma área geográfica, por lo que compiten para conseguir las mismas fuentes alimenticias, por ejemplo. Se están estorbando mutuamente; es esta una forma de regular sus poblaciones, las cuales, de otro modo, podrían llegar a ser excesivamente abundantes. Suele suceder que la especie menos apta sea eliminada por las demás. Por ejemplo, debajo de los grandes pinos no crecen otras plantas porque no consiguen suficiente luz (competencia) y porque las acículas de los pinos caídas al suelo le confieren características inadecuadas para otros vegetales (amensalismo).
Acículas de pinos. ¿Cómo modifican el suelo estas hojas? ¿Qué efecto tiene esta modificación sobre el ecosistema?
Lo mejor es que cada especie sea lo bastante distinta a las demás como para que nunca utilicen los mismos recursos. Esto es así con el tiempo, en ecosistemas maduros, clímax.
El parasitismo Algunos organismos viven a costa de otros, a los que producen serios daños, son los parásitos; los hay tanto del reino animal como del vegetal (plantas, hongos) y otros microorganismos (bacterias, virus); al elemento perjudicado se le suele conocer como hospedador. No desempeñan caza activa ni terminan con la muerte de éste, normalmente. Existen exoparásitos, que viven en el exterior del cuerpo del hospedador y suelen ser temporales (piojos, chinches, garrapatas...), y endoparásitos, que se introducen dentro de su cuerpo (lombrices intestinales, tenias, plasmodio del paludismo, royas y tizones del trigo y maíz...). Los parásitos más eficaces no dañan excesivamente al patrón, para no ponerse en peligro ellos mismos. El parasitismo también es un mecanismo ecológico de autocontrol, ideal para evitar aumentos demográficos desmesurados.
ACTIVIDADES Recordar 1. Define las diversas agrupaciones interespecíficas y pon algunos ejemplos de depredadores, presas, parásitos y hospedadores. 2. Observa la gráfica de la página anterior, ¿cuántos linces y liebres existían en 1885 y en 1930? ¿Dónde localizarías los valores máximos y mínimos de estabilidad en la abundancia de ambos?
Explicar 3. Explica por qué las agrupaciones son beneficiosas, aunque algunos organismos resulten eliminados.
Cochinillas (un tipo de insectos) sobre una chumbera. ¿Qué tipo de relación interespecífica muestra esta fotografía? ¿Qué ser se beneficia y cuál sale perjudicado?
147
4. ¿Qué sucedería con la población de conejos si un cazador furtivo matase demasiados zorros? Explícalo según el modelo gráfico anterior. ¿Sería este un mecanismo de retroalimentación positiva o negativa? ¿Y si el cazador matase conejos solamente? Represéntalo en dos gráficas superpuestas.
TAREA 8.4
Las agrupaciones interespecíficas (II) El amensalismo o antibiosis
El comensalismo y el inquilino
Es otra agrupación entre especies que desempeña misiones de control dentro de los ecosistemas. En este caso, una especie no se desarrolla ni se reproduce si está en presencia de otra, sin que ésta última obtenga ningún beneficio ni daño por ello.
Los organismos «comensales» aprovechan los restos de alimentos de otros. Por ejemplo, alrededor de un cadáver de vaca se organizan los buitres negros, leonados, cuervos, grajas y urracas en este orden, de manera que los primeros van abriendo el cadáver por su mayor fortaleza; o los peces rémora de los tiburones.
En la mayoría de los casos se debe a que algunos seres vivos producen y segregan sustancias normales para ellos pero tóxicas para otros. Por ejemplo, muchas bacterias (como las del yogur) no viven cerca de ciertos hongos que fabrican sustancias antibióticas (penicilina, estreptomicina...); ya nos hemos referido a otro ejemplo, el de los pinos, cuyas acículas caídas cambian el suelo impidiendo el desarrollo de otras plantas; o como los arbustos aromáticos de Salvia o Artemisia, que inhiben el desarrollo de hierbas cerca de ellos, porque acumulan alcanfor venenoso en sus hojas caídas. Antibiograma
Pastilla de antibiótico
Los animales «inquilinos» dependen de la vegetación o de otros animales para ocultarse de depredadores, encontrar cobijo, nidificar o acercarse a sus presas. Por ejemplo, algunos peces pequeños se introducen en las holoturias como defensa, sin causar molestia alguna.
Plagas y epidemias Sin embargo, sucede a veces que todos estos mecanismos reguladores no son suficientes; fallan porque se han superado sus márgenes de funcionamiento inevitablemente. Por algún motivo extraordinario, el número de organismos de una especie aumenta o disminuye bruscamente y provoca que otras influidas por ella sufran las consecuencias. Entonces, el ecosistema se descontrola; sucede cuando aparece una plaga, como la de langostas africanas o la del alga asiática Caulerpa taxypholia, que está asolando la costa noroccidental del mar Mediterráneo por falta de animales que la coman.
Zona con crecimiento bacteriano
Zona sin crecimiento bacteriano
PIENSA • Relaciona el tratamiento médico de infecciones con el amensalismo. ¿Qué efectos podrían tener las grandes cantidades de antibióticos que se vierten al medio ambiente?
Las epidemias de microbios parásitos, como los virus de la gripe, también son ejemplos de pérdidas de control natural; si se desarrollan, las poblaciones de hospedadores entran en procesos de destrucción progresiva, retroalimentaciones positivas.
EXPERIENCIA
Un antibiograma
Coloca encima del yogur los tres discos separados. Mantén el plato a temperatura cálida (37 °C) durante 2-3 días y observa los «halos» que se forman alrededor de los discos. Mídelos con una regla. Puedes repetir la experiencia usando una pequeña muestra de moho verde de fruta en lugar de los antibióticos.
Los antibióticos son sustancias producidas por hongos, si bien muchos se fabrican hoy día en laboratorio. Seguramente tienes algunos en casa; asegúrate de que lo son leyendo los prospectos. Disuelve tres de ellos en 20 ml de agua y alcohol (1:1) por separado, anotando sus cantidades. Impregna tres discos de 1 cm de papel poroso. Extiende una capa delgada de puré de patata en un plato y enfríalo; sobre ella dispón una ligera capa de yogur natural con un palillo.
148
4. Agrupaciones de beneficio mutuo También se observan en la naturaleza otras interacciones de vegetales, animales o microbios que mejoran su supervivencia sin producir perjuicios a otros. No son mecanismos de control; tienden a aumentar peligrosamente el número de organismos beneficiados, con lo que, de no existir además otras influencias negativas sobre ellos, podrían producir excesos de población.
Liquen. ¿Qué organismos componen un liquen? ¿Qué beneficios obtienen de su unión?
Peces payaso. Este tipo de peces vive siempre en asociación con una anémona, animal que tiene unos tentáculos urticantes que lo hacen bastante peligroso para otros peces. ¿Qué beneficio obtienen los peces payaso de esta asociación?
La simbiosis o mutualismo
ACTIVIDADES
Dos seres de especies distintas conviven obteniendo beneficio mutuo, mejorando su capacidad de alimentación y defensa. Ninguno podría sobrevivir solo; la interacción comienza en el primer momento de sus vidas.
Comprender
Los líquenes son dos organismos simbiontes juntos, un alga y un hongo; aquél cede al hongo parte de los nutrientes que fabrica, puesto que es fotosintética, pero necesita protección y humedad que consigue gracias a las hifas del hongo, las cuales, a modo de red, retienen el rocío que pueda quedar encima de una roca, por ejemplo. De esta manera, la colaboración le permite colonizar tan exigentes nichos ecológicos sacándoles partido. Otras simbiosis son las micorrizas de las raíces de pinos, hayas, orquídeas, leguminosas... formadas por hongos y bacterias, que viven en simbiosis con dichas plantas; el cangrejo ermitaño, de frágil abdomen, y la inmóvil actinia, ambos agrupados en la concha de un caracol marino muerto, etc. En todos los casos se trata de asociaciones que benefician a ambos participantes.
La cooperación Se denominan así las interacciones no indispensables de beneficio general. Por ejemplo, las garcillas o las urracas suelen capturar insectos entre los pelos de vacas, caballos... desparasitándoles, o los pájaros limpiadores de la boca de cocodrilos. 149
1. Define Define amensalism amensalismo-ant o-antibio ibiosis. sis. En la experiencia propuesta, ¿cuál es la especie perjudicada y por qué? 2. Distingue Distingue entre comensali comensalismo smo e inquilinismo aclarando en qué consisten los beneficios/perjuicios beneficios/perjuicios con ejemplos. 3. Diferenci Diferenciaa entre entre simbios simbiosis is o mutualismo y cooperación y explícalos, analizando algunos ejemplos.
Explicar 4. ¿Por qué qué aparecier aparecieron on los «halos» «halos» alrededor de los discos de antibióticos? 5. ¿Cuál de los los tres antibi antibiótic óticos os es más tóxico para las bacterias del yogur? ¿Cómo lo deduces?
TAREA 8.5
Las interacciones entre organismos de una especie 3. Características de los grupos sociales
OBSERVACIÓN
1. Los grupos sociales
Una manada de lobos, una colmena de abejas, los hormigueros o las familias de ballenas, como la propia humanidad, son sociedades. Tres peculiaridades se detectan en todos: • Jerarquización. Aunque todos los organismos pertenecen a la misma especie, unos utilizan su mejor aptitud biológica para dominar; comen antes, escogen las mejores hembras, quedan más protegidos dentro del grupo. Por ejemplo, dentro de un gallinero, el macho dominante y las hembras más fuertes disponen de los sitios para descanso más alejados de la entrada, más defendidos contra depredadores.
1. Analiza Analiza la fotografía fotografía y contest contesta: a: ¿Por qué se reúnen los lobos para cazar? ¿Qué ventajas y perjuicios les acarrea hacerlo? ¿Son todos los lobos exactamente iguales? Señala algunos detalles de su anatomía que les diferencien. Describe qué señales ves que indiquen jerarquía entre los lobos.
• División de tareas. Conseguir alimento, limpiar el habitáculo, reproducirse, defender a los demás... Es mejor para el conjunto de la sociedad si el trabajo es desempeñado por animales especializados. Piensa en las obreras, zánganos y reina de las abejas.
2. Busca Busca en una enciclope enciclopedia dia una descri descrippción de las costumbres de los lobos y cópiala en tu cuaderno.
• Especialización Especialización anatómica y funcional. Tal reparto de labores ha producido que los cuerpos de los animales hayan cambiado en la evolución, mejorando para conseguir realizarlas bien. Las hormigas obreras, por ejemplo, poseen fuertes mandíbulas y no así sus reinas; esta otra casta dispone de un aparato reproductor mucho más desarrollado.
2. ¿Por qué existen grupos de organismos semejantes? Bien sea porque los descendientes hermanos se mantengan juntos durante su vida, bien porque otros se reúnen durante su estado adulto, lo cierto es que muchos seres vivientes encuentran ventajas al vivir agrupados. Ventajas que consisten en estar más protegidos, conseguir alimentos más fácilmente o tener más éxito reproductor. Estos conjuntos de organismos se denominan intraespecíficos. En algunos casos, sólo obtienen dichas ventajas mientras dura la circunstancia ambiental que los produce, pero en la mayoría, formar grupo se ha transformado en una necesidad imperiosa: fuera de él, los animales no sobrevivirían. Algunas especies incluso constituyen sociedades, más eficaces en la supervivencia que las demás agrupaciones. También hay relaciones negativas en los grupos intraespecíficos; por ejemplo, aparece competencia intraespecífica o incluso canibalismo en ciertas especies si sus grupos constan de demasiados ejemplares.
Banco de sargos. ¿Cómo beneficia a estos peces vivir en grupos tan grandes?
150
4. Otros grupos intraespecíficos No todas las especies han conseguido desarrollar sociedades a lo largo de la evolución. Muchos animales no se ayudan mutuamente de forma tan eficaz, aunque sí logren algunos beneficios. En las agrupaciones gregarias, como los rebaños de cabras, las manadas de ciervos o de elefantes y las piaras de jabalíes, diversos animales (machos, hembras, crías) conviven, se alimentan, defienden y trasladan juntos colaborando. Los gregarismos migratorios son unas de las interacciones más interesantes. Bastantes aves (tordos, jilgueros, patos, garzas...) se reúnen todos los años en grandes bandadas para viajar buscando condiciones de mejor clima para reproducirse; se trasladan millones de ejemplares desde África hasta Eurasia (primavera) y al revés (otoño) siguiendo a un guía cada bandada, manteniéndose en formación «punta de flecha» gracias a señales sonoras y reconociendo el terreno sin extraviarse. extravi arse.
Coral blanco, un ejemplo de organismo colonial.
ACTIVIDADES Recordar 1. ¿Qué ¿Qué nombre nombre recibe recibe cada subgrupo de animales dentro de una sociedad? 2. Completa Completa el el cuadro cuadro adjunt adjunto. o.
Sociales
Formación de gansos «en punta de flecha».
Grupos intraespec.
También migran muchos animales terrestres, como los renos, los caballos cimarrones o los lemmings, y otros acuáticos, como las truchas, los salmones, las ballenas o los pequeños crustáceos «krill» de los mares antárticos. Además de estas agrupaciones intraespecíficas tan conocidas, existen otras muchas en la naturaleza: los enjambres (avispas, murciélagos...) transitorios, en puntos de apoyo cambiantes; las colonias (corales); grupos pseudosociales (bandadas de pingüinos, en las que no se conoce si existe o no jerarquía); coincidencias (lagartijas colilargas al sol sobre una roca, sin necesidad de estar juntas), etc. Los grupos intraespecíficos no son mecanismos de control por retroalimentación negativa, ya que tienden a favorecer la superpoblación de sus especies. Por el contrario, llegado un momento en que la abundancia de ejemplares es excesiva para los recursos ambientales disponibles, suelen aparecer competencias y depredaciones entre ellos; así se restablecen los equilibrios naturales normalmente. 151
s a c i t s í r e t c a r a C
s o p i T
Comprender 3. Describe Describe las las tres caracte característi rísticas cas sociales analizadas en la especie humana. 4. Deduce Deduce y expr expresa esa por por qué qué en una colmena de abejas puede desarrollarse también una interacción de competencia. 5. Después Después de ver algún algún documen documental tal sobre las migraciones de aves, piensa y responde ¿por qué es tan importante mantener muchos Parques Nacionales y Naturales en buenas condiciones?
RESUMEN DE LA UNIDAD Muchos grupos de seres vivos constituyen controles dinámicos en los sistemas naturales, para lo cual necesitan relacionarse entre ellos manteniendo sus abundancias dentro de ciertos límites máximos y mínimos; éstos son los mecanismos de retroalimenret roalimentación. Se desarrollan unas veces entre distintas especies, como son la depredación, la competencia y los parasitismos, que son algunos tipos de agrupaciones de autocontrol natural. Otras veces, ciertos grupos interespecíficos (simbiosis y cooperaciones) permiten conseguir beneficios mutuos, por lo cual podrían originar superpoblaciones, si no fuera porque los anteriores mecanismos negativos de control se ponen en marcha cuando se llega a tales excesos. Observa esta fotografía, que muestra la hoja de un árbol afectada por un insecto. Reflexiona sobre lo imprescindibles que son los insectos parásitos de los árboles para mantener en buen funcionamiento el ecosistema del bosque. Piensa en los mecanismos de retroalimentación.
Elementos importantes que contribuyen a mantener el orden existente en toda la naturaleza naturale za son las agrupaciones de animales, vegetales y microorganismos. La Ecología estudia cómo se integran todas ellas con el fin de conseguir el mejor funcionamiento posible de los ecosistemas.
También interaccionan entre sí organismos de la misma especie, formando agrupaciones intraespecíficas. Miles de años de evolución han ido mejorando las relaciones entre unos y otros para beneficio común hasta que apareció la forma de agrupamiento más eficaz: la sociedad; se observan tres peculiaridades entre sus miembros: jerarquía, división de trabajos y especialización anatómica y funcional. Otros grupos de animales de la misma especie, menos eficaces en la colaboración, son los gregarismos de nutrición, defensa o migración, las colonias, los enjambres, las epibiosis...
Completa el mapa del tema Integración del ecosistema Naturaleza cambiante Cibernética y Ecología
Sistemas Autocontrol
INTERACCIONES BIOLÓGICAS
Mecanismos de retroalimentación Interespecíficas
De control ecológico De beneficio mutuo ¿Qué y por qué?
Interespecíficas
Sociales No sociales
152
Actividades Test de conocimientos 1
Clasifica las siguientes agrupaciones de seres vivos según intervengan o no como mecanismos de control en los ecosistemas: a) b) c) d) e) f) g) h)
Distingue entre simbiosis, mutualismo y cooperación: ¿cuáles de estas interacciones biológicas son mecanismos de retroalimentación positiva?
3
Completa el esquema sobre las peculiaridades de todos los grupos sociales. Explica en qué consiste cada uno de ellos, refiriéndote a una manada de lobos; ¿y según la sociedad humana? Rellena el siguiente cuadro de relaciones entre causas y efectos o consecuencias y después explica su funcionamiento en una redacción. Disminuyen conejos y zorros
................. de conejos y zorros
Conejos y zorros .................
Aumentan conejos y zorros
7
AMPLIACIÓN. AMPLIACIÓN. Piensa y responde.
Abundancias ........................
Imagina que un ecosistema maduro y estable lleva funcionando adecuadamente muchos años. La abundancia de ejemplares de cada especie oscila entre números máximos y mínimos sin sobrepasarlos. En cierto momento, una catástrofe artificial, por ejemplo un vertido masivo de antibióticos desde una fábrica, provoca el exterminio de todos los microbios que estaban afectando hasta entonces a los animales herbívoros. • ¿Qué sucede sucedería ría a partir partir de de entonces entonces con la abundancia de plantas herbáceas de ese ecosistema?
................. de conejos y zorros
• ¿Y con los los carnívoros carnívoros depred depredadores adores?? Represéntalo en gráficas, situando el tiempo en el eje horizontal de abscisas y la abundancia de ejemplares en el vertical (ordenadas).
Conejos y zorros .................
(Nota: los puntos suspensivos indican palabras ocultas.)
5
Aplica el concepto de sistema abierto a un automóvil y a un ecosistema de pradera, explicando sus semejanzas y diferencias.
Depr Depred edac ació ión. n. Anti Antibi bios osis is.. Enja Enjamb mbre res. s. Epib Epibio iosi sis. s. Para Parasi siti tism smo. o. Plagas. Colo Coloni nias as.. Compet Competenc encias ias..
2
4
6
¿Qué diferencias existen entre la competencia por la luz establecida entre pinos de un mismo bosque y la que existe entre liebres y conejos por alimentarse de las mismas hierbas?
153
Actividades Test de capacidades Interpretación de gráficos 1
Presentación de datos
Entiende el significado de la siguiente gráfica y contesta después a las preguntas. Dos especies de microorganismos conviven en la misma zona de un charco. Uno de ellos (especie A) se alimenta de ejemplares del otro (especie B), siendo éste un autótrofo.
3
Haz un cuadro-resumen que contenga los diferentes tipos de agrupaciones interespecíficas e intraespecíficas que se han tratado en esta lección.
Análisis de esquemas 4
Analiza el siguiente mapa de interacciones y describe cómo funciona, contestando después a las preguntas. Ratón de campo
s e r a l p m e j E
Águila
Tiempo (días)
Cazador furtivo
a) Describe en una redacción lo que observas en cada una de las gráficas por separado y después conjuntamente. ¿A qué tipo de interacción biológica corresponden? ¿Por qué? b) ¿Cuál de las dos gráficas representa al depredador y cuál a la presa? ¿Por qué lo deduces así? c) Ha ocurrido un cambio ambiental importante en el momento señalado por la flecha sobre el eje de abscisas. ¿Cuál/es de las causas propuestas a continuación es/son las que mejor explican los datos representados en las gráficas?: • Envenenamiento del agua. • Desaparición del heterótrofo. • Desaparición del autótrofo. • Ausencia total de luz. • Desarrollo de un depredador. d) Supón que comienza a desarrollarse y reproducirse un tercer microorganismo (el depredador) en el charco. Representa gráficamente cómo cambiarían las tres poblaciones en el tiempo.
2
Semillas
Explica por qué no coinciden en el tiempo los valores máximos y mínimos de las poblaciones de microbios del ejercicio anterior.
154
Guarda forestal
a) ¿Qué efectos tienen los cazadores furtivos sobre la abundancia de ratones de campo? b) ¿Por qué la siembra de semillas podrá favorecer la reproducción del águila? c) ¿Qué clase de interacciones tienen lugar entre águilas y ratones o entre cazadores y águilas?
Investigación 5
Interésate por los métodos de lucha biológica contra las plagas. Entiende en qué consisten, cuál es su relación con los mecanismos de retroalimentación y piensa en sus posibles efectos secundarios sobre los ecosistemas, de no ser utilizados correctamente.
6
AMPLIACIÓN. Busca información sobre el funcionamiento de un hormiguero. Copia las funciones de cada casta y dibu ja los distintos ejemplares.
Test de actitudes La destrucción de controles naturales En muchos núcleos de la costa española, el desarrollo turístico incontrolado está produciendo graves daños ambientales, que terminan repercutiendo también en la propia economía de los pueblos. Ejemplos abundantes y notorios son las desecaciones de lagunas costeras y marismas a fin de conseguir terrenos donde construir urbanizaciones o, a veces, la eliminación de su fauna de insectos mediante tratamientos químicos prolongados. La destrucción de cañaverales y otros ecosistemas de ribera conlleva eliminar depredadores, que son los mecanismos naturales de control de plagas, y, a la vez, de toda posibilidad de autodepuración de los contaminantes.
Urbanización costera en Denia (Alicante).
Resultado: se consigue construir, pero gastando grandes presupuestos en depuradoras y productos químicos, en el mejor de los casos. • ¿Por qué aparecen «malos olores» cerca de las urbanizaciones construidas en antiguas lagunas? • Señala en el mapa de la costa mediterránea española las zonas turísticas donde existen o existían ecosistemas de humedal. • ¿Cuál es el futuro cercano del Mar Menor en Murcia, dado este proceso de destrucción en sus riberas? • ¿En qué criterios debería basarse el creciente (y positivo) desarrollo turístico para que pueda continuar de forma sostenible en los próximos años?
Espacio urbanizado en las marismas de Santoña (Cantabria).
Experiencia El hormiguero artificial y los depredadores Podemos construir un hormiguero artificial con dos vidrios o placas de metacrilato paralelos y separados 1 cm por masilla o silicona. Se llena con una mezcla de arena y arcilla algo húmeda y, antes de que se seque, hacemos algunos corredores en su seno con varillas o ramas para que las hormigas sigan excavando a partir de ellos. En un hormiguero natural, se buscan varias obreras y puestas de huevos, que se transportarán al nuestro. Una vez dentro, se les suministra fragmentos de hojas depositándolos en la superficie y se tapa todo con papel de aluminio para mantenerlo oscuro varios días. Poco después podemos observar las tareas del hormiguero destapándolo brevemente, y dibujar un esquema de su funcionamiento.
Cuando observes que el hormiguero funciona establemente, busca algunos insectos carnívoros e introdúcelos. Obsérvalo dos o tres veces al día y anota lo que suceda. Vuelve a dibujar la estructura del hormiguero, posiciones de huevos, crías, reina. Después de 10 días, ¿qué ha sucedido finalmente?
155
¿Qué hacer con los residuos? El problema de los residuos urbanos e industriales Los peces de una pecera necesitan un suministro diario de alimentos; también, que se les cambie el agua de vez en cuando, porque va contaminándose con sus propias deyecciones. De hecho, fallecen más por tal autoenvenenamiento que por inanición. Y esto mismo le sucede a cualquier organismo, incluso al ser humano. Hasta hace 40 o 50 años se tenía la idea de que la contaminación era sólo una molestia a tolerar, una inevitable consecuencia de la vida urbana ligada a la prosperidad; pero se ha demostrado que los efectos de la contaminación no son simples molestias, sino que influyen en la salud humana y en el funcionamiento de la naturaleza. No se puede sobrepasar la capacidad de autopurificación que tienen los ecosistemas, porque se producen modificaciones irreversibles en el ambiente que perturban la vida y causan mal funcionamiento y muerte.
La superpoblación humana, el crecimiento urbano y el desarrollo industrial incontrolados están generando cantidades enormes de residuos; son «nuestros venenos», principal amenaza para la supervivencia de muchos seres, incluidos nosotros. Residuos que vertemos al ambiente en forma sólida (basura), líquida o gaseosa. No obstante todo ello, debemos mantener un ritmo alto pero controlado de desarrollo social humano, respetando los principios elementales de no despilfarro de los recursos naturales, reciclado y reutilización de materiales y depuración de los residuos.
¿Qué se puede hacer con la basura? Tres son las formas de gestionar los residuos sólidos: a) Disminución en origen. Se trata de que todos, desde las personas hasta las grandes industrias, modifiquemos comportamientos y técnicas de producción para generar menos. No derrochar y reaprovechar parte de los residuos, recuperar la fracción útil en otras fábricas distintas y reciclarlos para su reutilización. La separación de los diferentes tipos de residuos en los propios domicilios es un factor clave.
Vertedero de basuras.
b) Transformación de las basuras para producir energía y otros productos útiles. Una de las técnicas a usar es el compostaje, degradación de la materia orgánica (restos de alimentos, excrementos...) por medio de microorganismos. c) Eliminación de residuos no reutilizables o transformables, o bien almacenarlos en depósitos de seguridad.
Contenedores para la recogida selectiva de basuras.
156
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA o duros» (estaciones depuradoras) aplican técnicas físicas, químicas y biológicas para concentrar o transformar los contaminantes del agua, para que puedan ser eliminados o reducidos; asimismo, se producen desde ellos biogás combustible, electricidad y compost o mantillo agrícola.
La descontaminación del aire
Se trata de devolver el agua al medio natural, una vez restituidas sus características físicas, químicas y biológicas normales casi por completo, para que sean los propios mecanismos naturales de autodepuración los que terminen. Existen unos sistemas de depuración «natural o blanda» (lagunaje, sobre todo) que imitan los procesos naturales bajo condiciones especiales, con pocos gastos de instalación y mantenimiento. Otros métodos, los «tecnológicos
La naturaleza es especialmente lenta eliminando estos tóxicos. Por ello, debemos aplicar medidas drásticas de corrección y prevención contra este grave problema. Las más eficaces son la información y educación ambiental, la planificación de usos del territorio y la reglamentación y persecución legal de las actividades contaminantes. Ahorrar combustible en calefacción es una medida excelente de prevención, por ejemplo. Existen varios métodos directos que limitan las fuentes de emisión de gases tóxicos, aerosoles y partículas en suspensión, a través de diversos filtros y procesos físico-químicos instalados en las industrias, chimeneas, máquinas y tubos de escape de los automóviles.
DEBATE
INVESTIGACIÓN
Los peligros del progreso
La contaminación atmosférica
Retomar la siguiente discusión entre alumnos de otra clase de ciencias, acerca de lo «malo» y lo «bueno» del progreso de la Humanidad.
Redacta una investigación sobre las posibles causas de la contaminación atmosférica y de las variaciones en la concentración de los contaminantes.
ALBERTO: Me parece que la tecnología y la ciencia son buenas porque permiten conocer los problemas y las repercusiones negativas sobre el medio ambiente que pueden ocasionar las industrias. ALFONSO: La investigación no llegará a tiempo para evitar los desastres mundiales de la contaminación. ARA: ¡Ya lo creo!, porque aunque se puedan conoS cer, eso no significa que sirvan para dar solución a todo eso. GUILLERMO: Algunos creen que el desarrollo y la riqueza de una parte de la sociedad son malos para los paí ses pobres y que nos conducirá a la destrucción total. T ERESA: No creo que haya que ser tan pesimista, porque también todos nosotros deberíamos exigir a los responsables y gobernantes que controlen a los que contaminan. I RENE : Yo pienso que se puede seguir progresando sin necesidad de desencadenar desastres ecológicos.
Puedes realizar una clasificación de los contaminantes según sus características físicas y químicas. ¿Qué es la lluvia ácida? ¿Qué contaminantes pueden generarla? ¿Cuál presenta una mayor incidencia según los datos? Describe algunos efectos en el hombre, en otros seres vivos y en los ecosistemas, por ejemplo del tipo repercusiones de la muerte de vegetales sobre los animales.
Depuradora de aguas.
La depuración del agua contaminada
157
09 Ciclos y flujos en los ecosistemas
EXPRESA LO QUE SABES 1. Contesta a las siguientes preguntas, que están relacionadas con las fotografías: • Una vez terminada la cocción en el recipiente, ¿se mantienen dentro las mismas materias? ¿Cuáles no? • ¿Qué ha sucedido con los materiales iniciales del guiso? • Explica el efecto del fuego en las transformaciones acontecidas durante la cocción. ¿Por qué es indispensable el calentamiento?
Contenidos 1. PANORAMA: Materia en ciclos, energía en flujos. 2. Materia y energía en las reacciones químicas de los seres vivos. 3. Los intercambios de materia entre biotopo y biocenosis. 4. Los ciclos ecológicos de la materia. 5. El flujo de energía. MEDIO AMBIENTE EN EL AULA • Sólo pueden usarse los excedentes naturales.
2. Compara los resultados de la cosecha, es decir, esos grandes troncos de árboles, con el guiso preparado finalmente en la olla. ¿Qué las ha hecho crecer durante meses a esas plantas? ¿A partir de qué materiales se han ido construyendo ellas mismas? 3. Expresa qué entiendes por reacción química y pon algunos ejemplos explicativos de reacciones químicas en los vegetales y en los animales. Ciertos microorganismos, como las levaduras, transforman azúcares en alcohol liberando calor hacia su exterior. ¿De dónde procede esa energía?
158
¿QUÉ DEBES SABER?
Conceptos previos de Química
• Los factores ambientales, el biotopo de un ecosistema, también está constituido por materias químicas (oxígeno del aire, sales del suelo...) y energía en diversas manifestaciones (luz, calor, electricidad...).
1. ¿Qué es una reacción química y cómo se lleva a cabo? • En una reacción cambian tanto los materiales como la energía.
2. Reacciones biológicas endergónicas y exergónicas.
• Es un tipo de transformación en la que unos átomos o moléculas se reordenan entre sí de forma diferente de como lo estaban antes de producirse.
• Las reacciones químicas que absorben energía para producirse se llaman endergónicas. Por ejemplo, en las hojas de las plantas tienen lugar las reacciones químicas de la fotosíntesis, las cuales necesitan energía solar que procede de su exterior. Al contrario, las reacciones químicas exergónicas son las que liberan energía. Por ejemplo, los músculos de las piernas se calientan al correr porque en sus células se están produciendo reacciones químicas que liberan energía calorífica.
• Las reacciones químicas son posibles porque las fuerzas que mantienen unidas a las materias iniciales dejan de existir durante un corto espacio de tiempo para permitirlas reorganizarse entre sí; al final, otras nuevas fuerzas dan solidez a los productos recién construidos.
o s a m i n u l í a r g E n e
Conceptos previos de Biología 1. ¿De qué están compuestos los ecosistemas? • En los ecosistemas no hay nada distinto químicamente del resto de la materia, aunque sí con distintas propiedades.
CO2
A
B
B
D
C
A
Principios inmediatos
B
D
D
A
D
D
A
Sales
PIENSA • ¿Cómo es la energía que absorben los vegetales? ¿Dónde está exactamente toda esa energía dentro de los productos finales de la fotosíntesis (por ejemplo, dónde está en el interior de un fragmento de nueva hoja fabricada)?
C B
O2
H2O
B
D
A C
C
A
C
B
C
3. Los seres vivos intercambian tanto materia como energía.
RECUERDA Y RESPONDE • Diferencia reacción química de cambios físicos de estado y de disolución.
• Cuando un ser vivo ingiere otro, se apropia de sus materiales químicos y de su energía; se «adueña» de ambas. • Sólo los vegetales («fotoautótrofos») y los organismos denominados «quimioautótrofos» (algunos microbios) son capaces de conseguir energía a partir del medio abiótico.
• La biocenosis es una entidad material formada por los organismos de seres vivos. Cada cuerpo vivo es un conjunto de materiales (elementos químicos y moléculas) y fuerzas de unión entre todos ellos.
159
TAREA 9.1: PANORAMA
Materia en ciclos, energía en flujos 1. Materia y energía en los seres vivos
3. Intercambios de energía y materia entre biotopo y biocenosis
No hay casi nada de química especial en los seres vivos: estamos constituidos por los mismos átomos que forman parte del mundo no vivo; no obstante, están ordenados dentro de nosotros en moléculas propias (principios inmediatos y otras). Sí que somos algo especiales en el sentido de que nuestras células realizan reacciones químicas muy peculiares entre diversas moléculas, mediante las cuales utilizamos energía en provecho nuestro.
En cualquier ecosistema hay dos actividades vitales imprescindibles: la fotosíntesis (quimiosíntesis, excepcionalmente) y la descomposición-degradación. Mediante la primera, se consigue incorporar materia y energía desde el biotopo hacia la biocenosis.
Los seres vivos de una biocenosis somos verdaderos expertos en captar dichos materiales y energías del exterior para usarlos y transferirlos a los que los necesiten. Las biocenosis ecológicas son, por tanto, sistemas naturales abiertos, ya que intercambian energía con su exterior.
2. ¿Cómo utilizan los ecosistemas la materia y la energía? Un ecosistema es uno de los métodos de este planeta que sirve para captar energía, y para utilizarla en las reacciones químicas de los seres vivientes. Gracias a esta energía, los organismos viven, es decir, son capaces de desarrollar todas las reacciones químicas que intervienen en las funciones de relación, reproducción, nutrición... Piensa que cada actividad vital consiste en unas reacciones químicas desarrolladas dentro de las células; cambios de ordenamiento entre sus materiales, en definitiva. La mayor parte de ellos (los átomos y moléculas de los seres vivos y del biotopo) se mantienen permanentemente dentro de cada ecosistema, con escasas pérdidas o ganancias. Se dice que la energía fluye entre los seres vivos de un ecosistema porque se reutiliza una vez que alguno de aquéllos la ha usado en sus reacciones químicas. Cuando esto sucede, la energía se degrada, pierde utilidad transformándose en calor.
Pensando en la idea de que la energía se mueve en un solo sentido desde las plantas hasta los descomponedores dentro de cada ecosistema, responde: • ¿Qué tipo de energía útil entra en ellos? • ¿Qué otro tipo se desprende por no ser ya útil? • ¿Qué organismos se encargan de uno y otro proceso? • ¿Podrías descartar alguno de los elementos señalados por no ser indispensable en los ecosistemas? ¿Por qué?
Por el contrario, los elementos químicos materiales siempre son útiles: son transferidos de unos a otros, reutilizados una y otra vez por todos y en el propio biotopo de cada ecosistema; se dice que siguen ciclos biogeoquímicos, algunos de los cuales describiremos en esta lección. Los ecosistemas son sistemas casi cerrados para la materia. 160
Fotosintetizadores Energía-luz (útil)
Fotosintetizadores o productores
Descomponedores
Descomponedores
Consumidores
Consumidores
ACTIVIDADES Energía-calor (inútil)
Los organismos descomponedores transfieren la materia desechada por los seres vivos (cadáveres, excrementos, fragmentos...) hacia el biotopo de su ecosistema y se aprovechan de los últimos restos de energía que queda en ellos. Como deducirás, los vegetales y los microorganismos desintegradores son indispensables en esas «máquinas naturales» que llamamos ecosistemas. Los animales no lo son; de hecho, existen y existieron antes ecosistemas sin ellos. Un símil que puede ayudarte a comprenderlo es éste: si un ecosistema fuera como una fábrica de latas de sardinas en conserva, los vegetales se encargarían de ordenar las sardinas (materia y energía) y cerrar las latas; los animales, de abrirlas y sacarlas para comérselas y los microbios descomponedores recogerían las latas usadas con restos de sardinas para reciclarlas.
Recordar 1. Define en qué consiste un organismo fotoautótrofo y otro heterótrofo. ¿En cuál de esas dos categorías incluirías a los animales herbívoros? ¿Y a los hongos? 2. Haz un dibujo alusivo al ejemplo de la fabricación y consumo de sardinas en lata, señalando en él dónde correspondería situar a los vegetales, animales y descomponedores. 3. Describe la importancia de la función fotosintética de las plantas en los ecosistemas terrestres. ¿Qué organismos desempeñan el mismo papel en los ecosistemas marinos?
Comprender 4. Imagina un ecosistema situado en una fosa abisal submarina, donde no hay luz solar. ¿Existirán vegetales? ¿Por qué? ¿De dónde obtienen los organismos la energía para sobrevivir?, es decir, ¿qué comen? ¿Son necesarios los descomponedores allí? ¿Qué sucedería si no existieran? 5. Piensa en otro lugar del planeta donde hay ecosistemas sin organismos fotosintetizadores.
161
TAREA 9.2
Materia y energía en las reacciones químicas de los EXPERIENCIA
OBSERVACIÓN
1. Una reacción química sencilla
3. La actividad de las levaduras
Deposita en un matraz 10 ml de agua y una pequeña cantidad de caliza (CaCO 3) y añade con precaución ácido sulfúrico. En el matraz tiene lugar la reacción química siguiente: CaCO3 ϩ H2SO4 CaSO4 ϩ CO2 ϩ H2O Explica: • ¿Qué le ha sucedido a la caliza? • ¿De qué son las burbujas que observas? • Toca el fondo del matraz y describe lo que notas. • ¿Dónde está el sulfato de calcio? • Si el calor es una forma más de energía, ¿de dónde procede? ¿Dónde estaba dicha energía antes de comenzar la reacción?
Pon en dos tubos de ensayo pequeñas cantidades de levadura natural de pan, que puedes encontrar en cualquier horno. Obsérvalas al microscopio. Después añade a uno de los tubos un poco de glucosa y tapa con papel aluminio. Calienta ambos a 36-38 ºC durante 5-15 minutos. Observa de nuevo al microscopio una muestra del fondo de ambos tubos, después de eliminar el líquido. • ¿En cuál de los dos ha saltado el tapón? ¿Por qué? • ¿Qué relación existe entre los gases y la glucosa? • Haz un dibujo de las células de levadura antes y después de calentar los tubos y resalta las diferencias. • Aplica tus conocimientos y explica: ¿por qué crece la masa de pan cuando se está cociendo?
2. Reacciones químicas, materia y energía Una reacción química es una reordenación de átomos o grupos de átomos en la que interviene energía, sin la cual no se desencadenaría. En la experiencia anterior, las fuerzas de unión entre el calcio y el grupo («anión») bicarbonato, o entre el hidrógeno y el sulfato han desaparecido momentáneamente, permitiendo que esos cuatro materiales químicos se reorganicen de otra forma como sulfato cálcico, dióxido de carbono y agua.
4. La actividad biológica se basa en reacciones bioquímicas Todas las funciones de cualquier ser vivo se desarrollan mediante reacciones químicas en sus células: la reproducción, la propia nutrición o la relación con el medio externo. Otro ejemplo es la actividad muscular durante un ejercicio físico. El músculo necesita captar algunas sustancias complejas para liberar la energía de los enlaces entre sus átomos, transformándolas en otras con menos carga energética y reordenando sus átomos en nuevas moléculas. Durante las reacciones químicas musculares se pierde parte de la energía en forma de calor, algo que es fácilmente constatable.
La energía que estaba contenida en tales fuerzas de unión se ha desatado y por eso han podido reaccionar ambos sustratos iniciales. Parte de dicha energía se ha reconvertido en las nuevas fuerzas de unión, pero otra parte se ha transformado en calor. Este ejemplo de transformación química no es propio de los seres vivos, pero existen muchos otros que sí lo son. La segunda experiencia muestra una de ellas: las células vivas de levadura, que es un hongo, son capaces de cambiar una sustancia química, el azúcar glucosa, en alcohol, dióxido de carbono gaseoso y agua, fabricando otra más complicada, llamada ATP. De este modo consiguen que la energía contenida en las fuerzas de unión de los átomos (C, H, O) de l a glucosa se reconvierta en nuevas fuerzas de unión dentro de otras sustancias que necesitan para vivir.
Cuando un pez ingiere a otro menor, se adueña de sus materiales químicos y de la energía que contienen las fuerzas de enlace entre ellos. En seguida, sus células reorganizarán los componentes químicos del cuerpo capturado a su gusto, fabricando con ellos nuevas células de su propio organismo. 162
seres vivos
Energía química de enlace
Energía solar
ACTIVIDADES Fotosíntesis
Comprender 1. Repite el esquema anterior de la fotosíntesis y aclara su importancia para el ecosistema. Observa el esquema y haz otros dos en los que se ilustre el papel bioquímico de los consumidores y de los descomponedores.
5. Las biocenosis, conjuntos bioquímicos Si sigues haciendo esta escalada mental, te darás cuenta de que los grandes grupos de seres vivos, las biocenosis, son grandes conjuntos de reacciones bioquímicas funcionando coordinadamente. Unos seres se encargan de construir nuevos materiales químicos con enlaces cargados de mucha energía (los vegetales o productores) y otros seres realizan lo contrario, aprovechando las materias y energía que les proporcionan los anteriores. Las plantas son «fábricas de conservas» en las que las sardinas serían las nuevas materias (azúcares, por ejemplo) que contienen mucha energía; «enlatan» energía solar. Los animales consumidores abrirían los recipientes utilizando la energía solar conservada en forma de fuerzas de agrupación de las sardinas, y los microbios descomponedores se encargarían, siguiendo el símil, de devolver a la fábrica los restos de latas reutilizables y de aprovechar lo poco que quedara en los residuos. Así como todo está calculado para no perder ninguna materia dentro de un ecosistema, no sucede lo mismo con la energía. Cuando un ser vivo usa la energía de un enlace químico, ésta pierde su utilidad y se transforma en una energía conocida como «calor». Poco a poco, todo el trabajo que las plantas se toman en hacer «conservas de energía» es destinado a permitir la vida de los demás seres. Los vegetales reciben energía solar útil que, finalmente, es eliminada como energía calorífica inútil. 163
2. ¿Podría existir un ecosistema dotado sólo de organismos autótrofos? ¿Y sólo de descomponedores? Razónalo. 3. Explica por qué el reciclaje de basura ahorra gastos a la sociedad. 4. Relaciona estos términos explicando tus argumentos. • Vegetal • Exergónico • Construcción
• Animal • Endergónico • Destrucción
Explicar 5. ¿Cuál o cuáles de estas entidades liberan energía calorífica? Pon algunos ejemplos de sus funciones que lo demuestren: • Un atleta • Un árbol • El agua del mar
• Un ordenador • La basura • Un bosque
6. De los casos anteriores, ¿cuál o cuáles captan energía no calorífica del exterior y la utilizan para desarrollar reacciones químicas? ¿Cuáles son seres vivos?
TAREA 9.3
Los intercambios de materia entre biotopo y biocenosis OBSERVACIÓN
EXPERIENCIA
1. ¿Invernaderos espaciales?
3. Experimento de Van Helmont (siglos XVI-XVII)
Los problemas principales de las largas estancias extraterrestres radicarán en mantener buena oxigenación del aire y en alimentar naturalmente a los astronautas. Se podrían solucionar con invernaderos autosuficientes. Pero, para lograrlo, necesitarían disponer de algunos recursos en su medio ambiente: suelos para vegetales, agua, dióxido de carbono y energía solar. ¿De dónde se obtendrían en la Luna o en Marte? ¿Piensas que sería posible? Analiza los inconvenientes de un viaje espacial según estas necesidades.
Seca 1 kg de suelo en el horno y colócalo en una maceta. Humedécelo con agua destilada y planta un poto de peso exacto conocido. Cubre la superficie del suelo y riégalo durante un mes, al menos. Pasado este tiempo, extrae la planta completa, pésala y valora de nuevo el total de suelo que queda, una vez desecado en el horno. Calcula el aumento de peso de la planta y la disminución de suelo. Compáralos y deduce de dónde procede el excedente de biomasa vegetal. A continuación responde: • ¿Por qué se necesita cubrir la maceta? Van Helmont pensó que la planta debía crecer sólo a partir del agua. ¿Estás de acuerdo? • ¿Para qué le ha servido a la planta su propia fotosíntesis?
4. Desde el biotopo hacia los seres vivos El experimento anterior demuestra que una planta, para sobrevivir, necesita suelo y agua; ya habrás deducido que también son indispensables aire y luz. La fotosíntesis es el principal proceso bioquímico que consigue pasar materiales desde el biotopo a la biocenosis de un ecosistema. Una vez incorporados como parte de los organismos autótrofos, los heterótrofos (por ejemplo, los animales) sólo tienen que aprovecharse de aquéllos; si le añades pequeñas cantidades de agua, todo está preparado para que el ecosistema entero comience a funcionar. Además, siempre habrá animales depredadores, carnívoros, que seguirán aprovechando los materiales de otros. Hay ecosistemas excepcionales (por ejemplo, las profundidades marinas) que carecen de vegetales productores porque no disponen de luz. Los encargados de conseguir materia a partir del biotopo son los microorganismos quimioautótrofos. Lo logran gracias a que consiguen desprender energía desde las fuerzas de enlace químico que existen en ciertas sustancias abundantes en su entorno.
Alimentos de los astronautas.
2. Sistemas abiertos y cerrados Cualquier conjunto de elementos integrados (recuerda la idea de «sistema») puede o no intercambiar materia y/o energía con su exterior mientras funcione. Un ordenador, por ejemplo, es un sistema abierto para la energía y la materia, puesto que recibe electricidad y expulsa luz, calor, sonido...; recibe papel limpio y lo devuelve escrito. Los ecosistemas naturales también son abiertos respecto a la energía: adquieren luz que devuelven como calor íntegramente al exterior. No obstante, casi todos ellos están bastante cerrados en lo relativo a la materia, ya que casi no reciben ni expulsan nada de ella, sustancias químicas desde o hacia fuera de ellos. Valga otro símil: una casa cerrada herméticamente sólo recibe luz solar y devuelve calor, pero no se intercambia ninguna materia. 164
5. Desde los restos de seres vivos hacia el biotopo: la desintegración Los vegetales podrían terminar con los recursos del suelo al cabo de cierto tiempo; además, los cadáveres, excrementos, residuos, etc., podrían ir envenenando poco a poco el ecosistema. Éstas son dos dificultades que los ecosistemas deben resolver para perdurar. Disponen de un buen método: la existencia de organismos descomponedores, especialmente en sus suelos, pero también en el agua o en los fondos.
Descomponer es desintegrar, desordenar las uniones entre átomos y moléculas existentes en los restos de organismos. Al desorganizarlos, quedan libres y pasan de nuevo a ser parte del suelo, recuperándose así para un nuevo uso. Los hongos son algunos de ellos. Los procesos de descomposición les proporcionan además cierta cantidad de energía, liberada al romperse dichas uniones entre átomos, la cual es suficiente para que vivan esos microbios. Existen otros muchos que no necesitan el oxígeno para vivir, sino que descomponen la materia orgánica (restos de seres vivos) en su ausencia; se les denomina anaerobios fermentadores. Por ejemplo, las bacterias del yogur o del queso son de este tipo. Se cierran así los ciclos de uso de todos los elementos químicos que forman parte de los seres vivos de los ecosistemas. Prácticamente, toda la materia se recicla dentro de ellos. No se necesitan nuevas materias, porque tampoco se pierden. Es un constante trasiego desde el biotopo hasta la biocenosis y viceversa. Sólo una intervención extraña, como los incendios o ciertos trabajos humanos, puede alterar dichos ciclos, provocando pérdidas químicas que empobrecen los ecosistemas hasta destruirlos. La contaminación, por ejemplo, es un sobreabastecimiento excesivo de sustancias químicas, tanto que los descomponedores disponibles no son suficientes para eliminarlas adecuadamente.
Energía solar (útil) Productores BIOCENOSIS Materia
BIOTOPO
Descomponedores Energía calor (inútil)
165
Los pelos absorbentes de las raíces se encargan de captar agua y sales minerales del suelo transfiriéndolas al interior de la planta. Piensa qué sucedería si en la parte interna de la raíz hubiera más agua que en el suelo.
ACTIVIDADES Recordar 1. Define qué son sistemas naturales abiertos y cerrados. ¿Cómo es un bosque respecto a la materia y energía? 2. Explica en detalle por qué un automóvil es otro sistema abierto para la materia y energía. 3. Reflexiona sobre si una célula interna de un animal es un sistema natural abierto. ¿En qué formas recibe y expulsa materia y energía?
Comprender 4. ¿Qué sucedería en una laguna si dejasen de vivir microbios descomponedores? ¿Por qué? ¿Cuáles son sus seres autótrofos? Pon ejemplos. 5. Piensa en cómo se realizan las siguientes transferencias de materia entre biotopo y biocenosis: • El agua, hacia la atmósfera; • El dióxido de carbono, hacia las plantas; • El oxígeno, hacia los animales; • El cloruro sódico, hacia el suelo; • El dióxido de carbono, desde el agua del mar.
TAREA 9.4
Los ciclos ecológicos de la materia OBSERVACIÓN
1. El ciclo ecológico del agua Compara las tres fotografías y piensa dónde y en qué estado físico está el agua en ellas. • ¿Dónde debe ser más abundante, si consideras el conjunto de todo el planeta? • Explica las posibles transferencias de agua entre esas tres fases de su ciclo, en todos los sentidos de que seas capaz. • Describe otras situaciones y ubicaciones del agua en cualquier ecosistema, por ejemplo, un encinar. ¿Cómo captan agua las plantas? • Haz un esquema con flechas que enlacen estas localizaciones del agua. ¿Cómo puede volver el agua al suelo desde un vegetal o un animal?
2. Ciclos ecológicos locales y globales
3. Un ejemplo de ciclo biogeoquímico: el ciclo del carbono
Ya hemos descrito cómo y por qué los organismos productores y los descomponedores son indispensables en la naturaleza, ya que se encargan de intercambiar las materias entre los seres vivos de los ecosistemas y sus biotopos en ambos sentidos. Pero todo es algo más complicado una vez que han entrado en los ecosistemas.
Describimos a continuación algunos de los cambios que pueden afectar al carbono. Este elemento químico es almacenado en la atmósfera. Las plantas absorben dióxido de carbono y lo combinan con el agua que procede del suelo para formar nuevo material vegetal. Si la planta muere, queda enterrada y con el tiempo puede formar parte de un yacimiento de carbón y éste podrá ser quemado liberando de nuevo dióxido de carbono al aire. La planta también puede ser ingerida por un animal, que la digiere y desintegra en su tubo digestivo, pasando el carbono a formar parte del cuerpo del animal.
En la observación anterior, se deduce que los elementos químicos son traspasados de unas situaciones a otras para su uso múltiple. Cada átomo y molécula sigue un camino muy complejo de transmisiones, pero siempre sin perderse del ecosistema; se dice que se mueven en ciclos biogeoquímicos cerrados. Cada materia química, sea cual sea, siempre está almacenada en gran cantidad en algún sitio de cada ecosistema para su uso .
El carbono abandonará al animal en sus excrementos, o volviendo a la atmósfera al ser exhalado, como CO2. Y también cuando muera, con su cadáver.
Si la reserva de una sustancia es la atmósfera (como sucede con el oxígeno o el dióxido de carbono), su ciclo de uso será global o atmosférico; si se almacena en el suelo o en el fondo marino, será local o sedimentario (como las sales minerales).
Excrementos y cadáveres alimentan a los organismos descomponedores y así el carbono pasa a formar parte de sus cuerpos. Durante las reacciones químicas de descomposición, parte de los átomos pasarán al suelo y otra parte irá de nuevo a la atmósfera. También el carbono pasa a formar parte de las semillas de la planta, que crecerán y aumentarán formando una nueva planta. Como todos los vegetales respiran, igual que los animales, también eliminan CO2 hacia el aire a través de las hojas. 166
Estos cambios constituyen un ciclo cerrado atmosférico. No hemos descrito todos los ciclos atmosféricos que existen. Los demás elementos químicos, tales como el nitrógeno o el oxígeno, también resultan transferidos constantemente de unas situaciones físicas y seres vivos a otros para serles de utilidad como parte de sus cuerpos o interviniendo en sus actividades. Si tienes curiosidad, piensa cómo es el ciclo del nitrógeno, sabiendo que su principal almacén también es la atmósfera.
4. La alimentación de algunos seres vivos y su composición química Se puede seguir el rastro de los átomos y moléculas en los ciclos biogeoquímicos sabiendo de qué se alimentan los diferentes seres vivos implicados en ellos y cuáles son sus composiciones químicas. Por ejemplo, a partir de una dieta humana equilibrada, se sabe que nuestro organismo contiene 63 % de hidrógeno (H), 25,5 % de O, 9,5 % de carbono (C)... En las células de la bacteria Escherichia coli hay 70% de agua (H2O), 15 % de proteínas, 3 % de hidratos de carbono... En la corteza terrestre hay 47 % de oxígeno (O), 28 % de silicio (Si), 0,19% de carbono (C) ... También se puede conocer el funcionamiento de los ciclos utilizando isótopos de ciertos átomos, ya que su radiactividad se mide fácilmente. Por ejemplo, podemos averiguar cuánto C asimilan las plantas mediante fotosíntesis, sin más que conseguir una atmósfera artificial con CO 2 de C radiactivo, cerrada en un recipiente en el que se colocan plantas controladas; con el tiempo, ese C marcado se habrá incorporado a los azúcares producidos en la fotosíntesis, que serán parte del propio organismo vegetal.
ACTIVIDADES Comprender 1. Dibuja un esquema de «cajas y flechas» que incluya todos los cambios del ciclo del carbono descritos en el texto. 2. ¿Cuáles de los siguientes elementos siguen ciclos biogeoquímicos globales y cuáles no?: • • • • •
Nitrógeno Azufre Potasio Hidrógeno Cobre
• • • •
Carbono Calcio Oxígeno Yodo
3. ¿Qué nombre reciben los procesos vitales que intervienen en las siguientes actividades?: • El paso de C desde un animal al aire. • La transferencia de N desde una hoja al suelo. • La incorporación de O desde el aire a un animal y a un vegetal. • La transmisión de H desde el suelo hasta los vegetales.
Explicar 4. ¿Por qué la cantidad de CO2 aumenta en el aire durante la noche y disminuye durante el día, en un experimento con plantas como el que se ha descrito en el texto?
Corte de una hoja, observado al microscopio óptico. En el centro se aprecia un estoma, estructura que permite a la planta el intercambio de gases con el medio.
167
5. Si los organismos de una especie animal, por ejemplo, la langosta, contienen un 27% de proteínas, ¿cómo habrá de ser su régimen alimenticio? ¿Por qué? Imagina que su dieta es pobre en proteínas. ¿Qué sucedería con la composición química de sus excrementos?
TAREA 9.5
El flujo de energía Es como si cada ser vivo fuera abriendo una lata de conservas cada vez más pequeña (recuerda el ejemplo). Pero no toda la energía que recibe un ser vivo puede pasársela al siguiente en una forma química que éste pueda aprovechar, ya que una buena fracción se necesita para realizar sus propias funciones vitales. Por término medio, cada eslabón de estas cadenas sólo transmite al siguiente un 1015 % de la energía que recibió; el resto es energía que se ha usado y transformado en calor. Por eso, un kilogramo de hierbas no se transforma en un kilogramo de carne de la vaca que las come, sino en mucho menos.
EXPERIENCIA
1. Transferencia de energía El valor energético de los alimentos se puede calcular sabiendo la proporción de cada materia nutriente y la cantidad de energía que desprenden como calor cuando se queman completamente en un horno. En este ejercicio práctico vas a valorar qué proporción de la energía inicialmente contenida en alimentos vegetales utiliza realmente un conejo, para después compararla con ese mismo dato relativo a un zorro que sólo ha comido un conejo de 2 kg; su dieta alimentaria está en la tabla. Si el zorro no ha engordado nada durante esos dos meses, ¿cuánta energía en forma de calor habrá desprendido en sus actividades?
Los seres vivos no disponemos de ningún mecanismo que nos permita reutilizar el calor; no es útil y sale de todos nosotros hacia fuera de los ecosistemas. Esto responde a dos principios generales de Física: • La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. • Todos los sistemas naturales utilizan energía continuamente; esta energía, al final del proceso, se transforma en calor, que es una de sus formas degeneradas. La energía solar es usada ampliamente por los ecosistemas.
VALORES MENSUALES
Hierbas 15 Zanahorias conejos Agua 1 zorro
Carne de conejo Carne de zorro
Total ingerido (kg)
Valor energético (kcal/kg)
Total (kcal)
234,70
240
56.228
011,25
360
4.050
090,00
0
.0
015,00
950
14.250
–
800
–
3. Las redes tróficas Cuantos más organismos intervengan en las cadenas alimentarias (tróficas), más se aprovechará la energía química inicial. O dicho de otra forma: los organismos superdepredadores, carnívoros de carnívoros, deben ser muy activos cazando porque sus presas contienen una proporción muy pequeña de la energía que fijó la fotosíntesis de un ecosistema. La red trófica es una forma de representar y comprender las transferencias de energía y materia que tienen lugar en su seno. La constituyen cadenas tróficas en cada una de las cuales figura un ser vivo de cada nivel trófico: un vegetal productor (fotosintético), un consumidor primario (animal herbívoro), un consumidor secundario (carnívoro), quizá un superdepredador ( consumidor de tercer orden) y, siempre, un descomponedor (hongos, bacterias). Estos tipos de seres vivos se denominan niveles tróficos: son los conjuntos de seres de una biocenosis que comparten una misma fuente general de energía.
2. La degradación continua de la energía Ya has visto en las tareas anteriores que la materia, los átomos y moléculas van pasando desde el biotopo a los vegetales y después a los diferentes animales y organismos descomponedores para volver al biotopo finalmente. Cada vez que se realiza una de estas transferencias, también se cede al siguiente eslabón de la cadena una cierta cantidad de energía que el segundo ser aprovechará gracias al funcionamiento de sus propias reacciones químicas. 168
Luz Productores Energía solar
Consumidores primarios
Calor
D A D I V I T C A
Superdepredadores Calor
Consumidores secundarios
Descomponedores
Consumidores primarios Calor
Consumidores secundarios
S O U D I S E R
Calor Productores
ACTIVIDADES Recordar
4. Pirámides ecológicas La degradación continua de la energía obliga a que en las cadenas alimentarias se precisen grandes cantidades de productores para mantener una comunidad regular de animales herbívoros; y éstos sólo pueden sostener a unos pocos carnívoros. Cuanto más largas sean las cadenas, mayores serán las pérdidas de energía hasta llegar al último nivel trófico. Si se representan las cantidades correspondientes a cada eslabón de todo el ecosistema, se obtiene una figura de pirámide, normalmente apuntada hacia arriba, que da idea de la constitución de la biocenosis. Existen pirámides de números de ejemplares, de sus biomasas (suma de sus pesos) y de las energías que almacenan en el conjunto de sus organismos. Las pirámides de energía no pueden estar invertidas, ya que nunca un nivel trófico superior puede contener más energía que los inferiores; esto significaría que, por ejemplo, algunos animales consumidores podrían captar energía externa (ya debes saber que sólo los seres autótrofos –vegetales, por ejemplo– pueden conseguirlo).
1. Define qué son los niveles tróficos y de qué está formado cada uno de ellos. Pon ejemplos explicativos. 2. Compara los esquemas de las tareas 1 y 5, señalando sus semejanzas y diferencias. 3. ¿Para qué sirven las pirámides ecológicas? ¿Por qué los ecólogos manejan tres tipos diferentes? 4. Indica y dibuja una red trófica localizada en una laguna, con todos los elementos que la integran.
Explicar 5. Representa gráficamente la cadena trófica de la experiencia de la página anterior, señalando el valor de las transferencias energéticas entre sus integrantes. ¿Qué proporción de la energía inicial total en los vegetales aprovecha realmente el zorro? ¿Por qué se pierde tanta? 6. Explica en qué consisten los dos principios de la Física termodinámica en un caso concreto, por ejemplo, la actividad de los músculos. 7. ¿Podrías imaginar alguna situación o momento de un ecosistema en el que una pirámide de números pudiera quedar invertida? ¿Y una de biomasa?
169
RESUMEN DE LA UNIDAD Como sistemas en funcionamiento que son, l os ecosistemas necesitan energía y materia para mantenerse en orden. Comprender cómo y por qué, hace necesario descender hasta las reacciones químicas que se desarrollan en las células de todos sus seres vivos: en cualquiera de ellas se desligan átomos que forman moléculas iniciales para reordenarse entre ellos como nuevas moléculas que necesiten. Cada una de estas reorganizaciones tiene lugar con ayuda de energía. Algunos seres son los encargados de construir las primeras moléculas de los organismos de un ecosistema: son los autótrofos, productores capaces de captar y usar energía luminosa (normalmente) y sustancias propias del biotopo, transformándolas en nuevas fuerzas de enlaces químicos entre átomos. La fotosíntesis es un conjunto de reacciones que fabrican nuevos materiales químicos (los principios inmediatos) de los propios cuerpos vegetales. Una vez construidas estas «latas de conservas químicas» de energía, los animales consumidores pueden aprovecharlas para su actividad vital. Los descomponedores culminan los ciclos devolviendo al biotopo los mismos materiales que utilizaron anteriores organismos y evitando así su empobrecimiento y la acumulación de sustancias tóxicas. Nada material se pierde en los ecosistemas. Casi todas las sustancias se reutilizan gracias a su trans-
Piensa sobre la importancia de la fotosíntesis en los grandes bosques tropicales y los efectos mundiales que tiene su deforestación en la composición química de la atmósfera.
ferencia entre biotopo y biocenosis y entre los propios seres vivos siguiendo ciclos biogeoquímicos. Unos son globales y otros locales, según que el elemento químico se almacene en el aire, en el suelo o en el fondo marino. La energía solar captada en forma de energía química de enlace se transforma en calor y, a medida que va siendo usada por los organismos, va perdiendo utilidad para ellos. La energía atraviesa cada ecosistema fluyendo a través de ellos en sentido único : los organismos no pueden reciclar energía.
Completa el mapa del tema la materia
se transmite en
la energía
se transmite en
en un ecosistema
la energía
pasa de unos seres a otros se utiliza en los seres mediante
CICLOS Y FLUJOS EN LOS ECOSISTEMAS
tras las cuales la energía no es utilizable, es decir
la materia las cadenas tróficas
pasa del biotopo a la biocenosis y se transmite en ésta siguiendo
productores
constan de en ellas los organismos se organizan en
170
que son
Actividades Test de conocimientos 1
Explica qué es una reacción bioquímica y en qué consisten sus cambios de materiales.
2
¿Cuál es la misión de la energía en el interior de una molécula biológica?
3
¿Qué tipo de organismos son los encargados de transformar la energía de la luz haciéndola útil para el resto de los seres vivos? Define qué entiendes por: a) Autótrofo. b) Heterótrofo. c) Fotosíntesis.
8
Describe partes de redes tróficas hipotéticas en cada uno de estos ecosistemas: a) b) c) d)
Bosque de encinas. Rías gallegas. Matorrales de alta montaña. Fondos marinos.
d) Quimiosíntesis. e) Productor. f) Descomponedor.
4
Completa un esquema simbólico de una ho ja en el que quede detallado el papel ecológico de la fotosíntesis. Diseña otro análogo relativo al funcionamiento de los organismos heterótrofos.
5
¿Por qué son indispensables los organismos descomponedores en todos los ecosistemas? Explica al menos dos razones de su existencia en relación con los elementos químicos.
6
Distingue entre ciclos biogeoquímicos locales y globales; cita algunos elementos químicos que siga cada uno de ellos.
7
Rotula el siguiente esquema:
9
AMPLIACIÓN. Sin saberlo, los agricultores procuran que las plantas reciban y retengan la mayor cantidad posible de energía solar y, cuanto más tiempo, mejor. Según esta idea de ciencia ecológica, explica las razones por las que realizan las siguientes tareas (aunque ellos actúen inconscientemente): a) b) c) d) e) f)
Energía-luz (útil)
Eliminación de hierbas grandes. Abonado de sus campos. Riegos abundantes. Eliminación de insectos fitófagos. Cultivo en invernaderos. Eliminación de animales grandes herbívoros.
• ¿Crees que los complejos bosques naturales lo consiguen mejor o peor que los cultivos artificiales? Razónalo.
171
Actividades Test de capacidades 1
2
3
Representa gráficamente en un par de ejes cartesianos (abscisa y ordenada) cómo varía la cantidad de calor liberado a lo largo de los diferentes niveles tróficos de cualquier ecosistema. Dedúcelo a partir de lo explicado en esta lección. ¿Qué sucedería en un ecosistema si una parte de la energía solar captada inicialmente no se expulsase de él en forma de calor? ¿Puedes imaginarte este problema en alguna situación ocasionada por el hombre? Interpreta y explica en qué consiste cada uno de los procesos indicados mediante flechas en el boceto adjunto. Atmósfera
5
Interpreta los resultados del siguiente experimento y contesta a las preguntas que siguen. La concentración del gas dióxido de carbono en el aire cercano a las hojas en un campo de hierba alta cambia en el transcurso de un día cualquiera. En la gráfica están representados los resultados de un análisis del aire a ciertas horas (mayo de 1961, Nudfield).
e r i a l e n e
400
2
O C e d 350 n 335 ó i c a r t n 300 e c n o C
250 0:00
Productores
6:00
12:00 Hora del día
18:00
a) Describe las variaciones que observes. ¿A qué horas hay más CO2 en el aire próximo a las hierbas? ¿Cuándo menos? ¿Por qué? b) ¿Qué otro factor ambiental debe influir en los datos representados en la gráfica?
Consumidores
• ¿Hay algún error? ¿Por qué?
4
Describe una red trófica a partir de la imagen aneja que representa un encinar mediterráneo; necesitarás informarte previamente sobre lo que comen los animales siguientes, que están en la figura: águila real, zorro, conejo, culebra de escalera, gorrión, caracol, avutarda, mariposa, abeja, saltamontes.
172
Test de actitudes 1
¿Qué influencias crees que ejercen las actividades humanas siguientes en los ciclos naturales de la materia existentes en los ecosistemas? Explícalas. a) b) c) d) e)
2
No reciclar los residuos sólidos urbanos. Derrochar papel en los centros educativos. Abonar demasiado los campos de cultivo. No aprovechar los transportes públicos. Calentar las casas demasiado en el invierno.
¿Qué repercusiones podría tener la deforestación de los grandes bosques tropicales sobre las hambrunas en África? ¿Por qué? Dedúcelo considerando las ideas sobre energía en los ecosistemas.
Experiencia
Composición de los residuos (en kg)
La generación de basuras domésticas
1953
1982
Polvo y cenizas
11,1
0,4
Papel y cartón
1,2
2,5
Vidrio
0,9
1,0
Las cantidades y composiciones de los cubos de la basura de cada hogar han variado en el tiempo, según se detalla en la tabla.
Metales
0,6
0,7
a) Calcula las cantidades de cada tipo de residuo que se generan en tu propio domicilio en una semana, pesándolos diariamente en una báscula doméstica; añade tus resultados a la tabla.
Comida y desechos
0,4
3,8
b) Construye tres gráficos de barras superpuestas representando las cantidades de residuos y estudia qué componentes han cambiado de 1953 a 1982 y desde este año hasta ahora.
Trapos y ropa
0,2
0,3
c) Propón causas que han podido influir en estos cambios temporales.
Plásticos
0,0
0,5
No clasificables
0,6
0,8
15,0
10,0
Todas las semanas se tiran a los contenedores unas 60.000 tm de basura por término medio aproximado en cada ciudad europea importante. Otras 50.000 tm de desechos son eliminadas por las oficinas, colegios y otras instalaciones públicas. Pero esto sólo es menos de la mitad del total, porque las industrias, hospitales, etc., suman mucha más cantidad de residuos sólidos. Como valor comparativo, piensa que un automóvil pesa de 1 a 1,5 tm aproximadamente.
d) ¿Cuáles de estos desechos podrían ser reciclados?
Total semanal
173
Actual.
Sólo pueden usarse los excedentes naturales Las sociedades humanas son «sumideros» de materia y energía Todos los ecosistemas son autosuficientes, es decir, disponen de bastante materia y energía para funcionar indefinidamente. De hecho, a muchos incluso les sobran recursos y capacidades para sobreponerse a daños de poca intensidad. La sociedad humana puede (y debe) aprovechar mejor esos excedentes, siempre y cuando no los expoliemos en demasía; si fuéramos capaces de conseguirlo, viviríamos integrados en la naturaleza, respetando sus límites, y podríamos seguir desarrollando nuestros avances técnicos y sociales de una forma sostenible en el futuro. Piensa que no debería existir el hambre en el mundo, ya que tales sobras de la naturaleza son suficientes para mantener a todos los humanos. Sin embargo, no lo hacemos. No nos conformamos con el uso de los recursos naturales sobrantes, sino que robamos materias y energía que necesitan los ecosistemas para ellos mismos. Por ejemplo, muchas presas no dejan discurrir un caudal mínimo ecológico que necesitan los ecosistemas fluviales.
Algunas formas sencillas de ahorrar Proteger la naturaleza no comporta «volver a las cavernas» perdiendo nuestro nivel de bienestar. Antes bien, supone conocer qué y cuánto podemos utilizar de ella, lo cual implica no derrochar los materiales y la energía que le extraemos. Existen muchos ejemplos de ello. ¿Sabías que casi la mitad del calor de calefacción se pierde por malas instalaciones en los edificios? Ventanas y puertas que no ajustan bien, sin burletes de aislamiento; cristales muy grandes orientados al norte; techos y paredes que no tienen un aislamiento térmico interior; calderas encendidas en invierno mientras tenemos las ventanas abiertas; temperaturas excesivas; radiadores situados en los tabiques exteriores o debajo de ventanas; tubos de calefacción sin protección... Te sugerimos que averigües cuáles de estos principios se cumplen en tu centro educativo y en tu casa. Toda la energía que gastamos para calentar las casas procede, en última instancia de la naturaleza, sea cual sea su fuente. 174
Paneles solares. La instalación de este tipo de sistemas que aprovechan las energías «limpias» es muy interesante, pero también tenemos que pensar en optimizar nuestro consumo energético mediante sencillas medidas de ahorro.
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA char: energía solar, eólica, geotérmica, mareomotriz, etc. Estos recursos son poco contaminantes. Bien entendido que nadie propugna una sustitución radical, sino más bien su uso complementario, disminuyendo los gastos de los recursos no renovables. Un país, comunidad o pueblo debe mantener y mejorar sus condiciones de vida diversificando las fuentes de energía y materia al máximo, lo cual significa no superar los límites que impone la naturaleza para su y nuestra supervivencia.
Recursos naturales alternativos En la actualidad, el petróleo es nuestra principal fuente energética, un recurso natural agotable y cuyo uso genera enormes cantidades de contaminantes. Ha sido la propia industria la que ha ido seleccionándolo en el siglo XX; pero no es el recurso más idóneo. Existen otros mucho más abundantes y menos peligrosos; sólo se necesita impulsar más la tecnología que permita usarlos, la cual existe desde hace mucho tiempo. La naturaleza dispone de estas otras fuentes en abundancia, con grandes excedentes que no necesita y que podemos aprove-
DEBATE
INVESTIGACIÓN
La contaminación y sus efectos
Las crisis del petróleo y el desarrollo de energías alternativas
Cualquier contaminante que entra en un ecosistema tiene un efecto acumulativo. El producto tóxico se concentra progresivamente en los organismos a medida que se transfiere entre ellos de unos niveles tróficos a los siguientes. En la tabla de datos adjunta quedan registradas las concentraciones de un insecticida en algunos organismos de la Albufera de Valencia (1972), tomando como unidad la cantidad que hay en el agua; observarás que su concentración puede ser más de 1.000 veces mayor en algunos peces. Propón una explicación que justifique este efecto acumulativo. Busca información de los efectos que pueden producir diversos contaminantes en los seres vivos y discútelos en clase. Plantea soluciones alternativas a estos problemas. DDT Agua Plancton Plantas acuáticas Mujil
1 50 100
En 1973, gobiernos de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) decidieron incrementar mucho el precio del barril de crudo. En l a década de los ochenta y en el año 2000 ha vuelto a suceder. Tres importantes «crisis del petróleo» que han tenido una influencia trascendental en todo el mundo, siendo tan grande la dependencia del petróleo en los sistemas sociales. Extrae algunas deducciones comparando el funcionamiento de una ciudad, como sistema que es, con un ecosistema. Valora la trascendencia y posibilidades de cada una de las fuentes alternativas de energía.
DDT Anguila
1.050
Pato cuchara
1.800
Focha
600
1.100
175
Dirección de arte: José Crespo Proyecto gráfico: Pep Carrió / Sonia Sánchez Equipo de diseño: Rosa Marín, Rosana Naveira, Rosa Barriga y Javier Tejeda Dibujos: David Menéndez, David Cabacas, José M.ª Valera, Carlos Aguilera y Domingo Benito Mapas: Ana Isabel Calvo Coordinación artística: Pedro García Dirección técnica: Ángel García Coordinación técnica: Francisco Moral Composición, confección y montaje: Fernando Calonge, Luis González y Francisco Moral Corrección: Gerardo Z. García y Ángeles San Román Cartografía: José Luis Gil Documentación y selección fotográfica: Nieves Marinas Fotografía: A. Domenech Alberdi; A. Viñas; Algar; Arthur McNichol; C. Jiménez; D. Brusi i Belmonte; D. Lezama; F. Morera; F. Ontañón; F. Po; GARCÍA-PELAYO / Juancho; I. Rovira; J. C. Martínez; J. C. Muñoz; J. J. Balbuena; J. Jaime; J. L. G. Grande; J. L. Gamazo Fernández; J. L. Potenciano; J. M. Barres; J. Merino; J. Segarra; J. V. Resino; Krauel; L. Olivenza; L. Valenciano; M. G. Vicente; M. Blanco; M. Izquierdo; M. Montes; M. Moreno; Michele di Piccione; O. Torres; P. Esgueva; P. López; PUIGDENGOLAS. FOTOGRAFIA; R. Vela; S. Cid; T. Gatti; A. G. E FOTOSTOCK; A. G. E FOTOSTOCK / David Parker; CONTIFOTO / François Merlet, Yann Arthus-Bertrand; COVER / SYGMA; COVER / SYGMA / Alain Nogues, Allan Tannenbaum, Christian Simonpietri, Dejean Christophe, Diego Goldberg, F. Soltan, J. Guichard, John Hyde, John Van Hasselt, Liz Gilbert, M. Attar, O. Baumgartner, Paul Romane, Philippe Eranian, R. Bossu, Stéphane Compoint, Yves Forestier; COVER / SYGMA / J. M. C. P.; COVER / SYGMA / VECTOREFLEX; CONTIFOTO / UPPA; CONTIFOTO / VISA REPORTAGE / H. Hugues; DIGITAL BANK; DIGITALVISION; EFE / AP PHOTO / Keith Weller; EFE / EPA PHOTO; EFE / EPA PHOTO / DPA / Andreas Altwein; EFE / EPA PHOTO AFP / OREGON STATE UNIVERSITY; EFE / SIPA IMAGE / Klein, Mark Newman; EFE / SIPA SANTÉ / F. Durand; EFE / SIPA-PRESS / C. Burmester, Dan Dancer, Decobecq, Dirk Heinrich, F. Durand, Ledoux, Mark Gamba, Olivier Jobard, Olympia, Patrice Lecoq, Probio America, Savino, Thomas Haley, Tony Lopez; EFE / SIPA-PRESS / BGPLC / Howie Garber; EFE / SIPA-PRESS / CHRISTIE'S; EFE / SIPA-PRESS / H. H. A.; EFE / SIPA-PRESS / HONOLULU STAR; FOTOGRAFÍA F3; JOHN FO XX IMAGES; KEYSTONE-NEMES; LOBO PRODUCCIONES / C. SANZ; MARGEN FOTOGRAFÍA / T. Arias; MICROS / J. M. Blanco; PHOTODISC; SABENA PHOTO; SAFI 2000; STOCKBYTE; TAVISA; THE BRIDGEMAN ART LIBRARY / this is the ape of form Love´s Labour´s Lost, Act V, scene II, Charles Darwin (1809-72) as an ape, 1861 (colour litho) by English; BIBLIOTECA NACIONAL, MADRID / Laboratorio Biblioteca Nacional; C. Brito / J. Núñez; CENTRO NACIONAL DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA / MINISTERIO DE FOMENTO / DIRECCIÓN GENERAL DEL INSTITUTO GEOGRÁFICO NACIONAL; CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS; Dra. Mercedes Durfort Coll / FACULTAD DE BIOLOGÍA DE BARCELONA; FUNDACIÓN CONJUNTO PALEONTOLÓGICO DE TERUEL; IBERDROLA, S. A.; INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO, ESPAÑA; J. Cerezo; MATTON-BILD; MUSEO NACIONAL DE HISTORIA Y ANTROPOLOGÍA, MÉXICO; NATURAL HISTORY MUSEUM, LONDON; REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES DE SAN FERNANDO; SERIDEC PHOTOIMAGENES CD; DIGITAL/VISION; THE METROPOLITAN MUSEUM OF ART, NEW YORK; ZEISS; ARCHIVO SANTILLANA
© 2003 by Santillana Educación, S. L. Torrelaguna, 60. 28043 Madrid PRINTED IN SPAIN Impreso en España por ISBN: 84-294-8343-8 Depósito legal:
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con la autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (artículos 270 y siguientes del Código Penal).
4
eso
Biología y Geología
El libro Biología y Geología para 4.º de ESO es una obra colectiva concebida, diseñada y creada por el Departamento de Biología y Geología de Santillana. En su realización han intervenido:
David Brusi Luis Miguel Aguilera Fernando Chaves Francisco Vives Arturo Majadas Dirección editorial
José Manuel Cerezo
Santillana
4
eso
Guía y recursos Biología y Geología Guía y recursos de Biología y Geología para 4.º de ESO es una obra colectiva concebida, diseñada y creada por el Departamento de Ciencias de la Naturaleza de Santillana. En su realización ha intervenido:
Francisco Javier Santos Dirección editorial
José Manuel Cerezo
Santillana
Contenidos Biología y Geología 4.o ESO Págs. del Libro del alumno
Unidad didáctica
Págs. de la Guía didáctica
TAREAS
Tema transversal
Bloque I. NUESTRO PLANETA CAMBIANTE Unidad 1. El modelado del relieve terrestre
1.1. PANORAMA: El relieve y los procesos que lo modelan. 1.2. ¿Cómo se ha formado el paisaje actual? 1.3. La meteorización y el suelo. 1.4. Los procesos fluviotorrenciales. 1.5. Los procesos marinos. El modelado litoral. 1.6. Los procesos eólicos y bióticos. 1.7. Modelado kárstico y modelado glaciar. 1.8. Sistemas morfoclimáticos. 1.9. Salvar el delta del Ebro.
Salvar el delta del Ebro
32
Unidad 2. Dinámica interna de la Tierra
2.1. PANORAMA: Investigando lo inaccesible. 2.2. La litosfera se mueve. 2.3. ¿Por qué se mueven las placas? 2.4. Terremotos y volcanes. 2.5. La formación de las cordilleras. 2.6. Estructuras tectónicas: pliegues y fallas.
Los volcanes en España
16
50
Unidad 3. Historia de la Tierra y de la vida
3.1. PANORAMA: Reconstruir el pasado de la Tierra. 3.2. El Precámbrico. 3.3. El Paleozoico. 3.4. El Mesozoico. 3.5. El Cenozoico.
¿Una nueva gran extinción?
24
8
6
Bloque II. LAS BASES DE LA BIOLOGÍA
70
Unidad 4. La célula
4.1. PANORAMA: La célula. Unidad estructural y funcional de la vida. 4.2. Anatomía de la célula. 4.3. La nutrición celular. 4.4. Metabolismo. 4.5. La reproducción celular. Mitosis y meiosis. 4.6. Las funciones de relación en la célula.
Los virus
30
88
Unidad 5. La herencia
5.1. PANORAMA: Conceptos básicos de Genética. 5.2. ¿Qué investigó Mendel? 5.3. ¿Dónde están los factores hereditarios? 5.5. La transmisión de los caracteres en el ser humano. 5.5. ¿Qué son las mutaciones?
Aplicaciones de la Genética
38
106
Unidad 6. Evolución
6.1. PANORAMA: ¿Por qué sabemos que los seres vivos evolucionan? 6.2. Teorías sobre la evolución. Teoría de Lamarck. 6.3. La teoría de Darwin-Wallace. 6.4. El neodarwinismo y la teoría sintética. 6.5. ¿Cómo se originan las especies?
El problema de la evolución en la sociedad
46
124
Unidad 7. Biomas y ecosistemas
7.1. PANORAMA: Biomas y ecosistemas. 7.2. ¿Cómo condiciona el ambiente a los seres vivos? 7.3. Los ecosistemas y su composición; los biomas. 7.4. Los cambios en los ecosistemas.
Desarrollo sostenible y medio ambiente
54
140
Unidad 8. Interacciones en los ecosistemas
8.1. PANORAMA: Integración del ecosistema. 8.2. La Cibernética en la Ecología. 8.3. Las agrupaciones interespecíficas (I). 8.4. Las agrupaciones interespecíficas (II). 8.5. Las interacciones entre organismos de una especie.
¿Qué hacer con los residuos?
62
158
Unidad 9. Ciclos y flujos en los ecosistemas
9.1. PANORAMA: Materia en ciclos, energía en flujos. 9.2. Materia y energía en las reacciones químicas de los seres vivos. 9.3. Los intercambios de materia entre biotopo y biocenosis. 9.4. Los ciclos ecológicos de la materia. 9.5. El flujo de energía.
Sólo pueden usarse los excedentes naturales
72
PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR
2
Metodología Las claves del Libro del alumno
Esta manera de plantear el aprendizaje plantea una doble posibilidad metodológica: ir del concepto a la práctica o de la práctica al concepto.
En Biología y Geología 4 destacan cuatro aspectos principales desde el punto de vista didáctico: la organización en tareas, la diversidad en las formas de adquisición del conocimiento, la importancia de los conocimientos previos y la atención a la diversidad.
Importancia de los conocimientos previos El repaso de los conocimientos previos aparece al comienzo de cada unidad y se plantea como resumen de lo estudiado en cursos o temas anteriores, no sólo como una lista de actividades. Los conocimientos fundamentales que se recogen son de diversas áreas: Biología, Geología, Física, Química y, si es necesario, Matemáticas.
La organización en tareas Todos los temas del Libro del alumno están organizados en tareas. Cada tarea se desarrolla en una doble página, con información y actividades propias, y constituye una unidad de aprendizaje. La primera tarea de cada tema, que denominamos Panorama, destaca sobre las otras por presentar la visión general e introductoria de los contenidos.
La atención a la diversidad La organización del Libro del alumno, la graduación de la dificultad de las actividades de las tareas y de final de unidad, la inclusión de los conocimientos previos, los resúmenes, mapas de la unidad y páginas finales de temas transversales son herramientas para atender a la diversidad. La Guía y la Adaptación Curricular proporcionan también recursos para adecuar el material a la realidad del aula.
Formas de adquisición del conocimiento Las tareas contienen tres maneras distintas de acceder a la información: mediante el texto expositivo, a través de observaciones pautadas y con experiencias o investigaciones.
Cómo trabajar con el Libro del alumno y con la Guía El siguiente esquema resume la organización de una unidad del Libro del alumno. Las letras A y R indican las secciones en las que existen más posibilidades de atender a la diversidad del alumnado. Página inicial: Expresa lo que sabes Exploración de conocimientos previos
ABREVIATURAS
¿Qué debes saber? Resumen de los conceptos previos necesarios, del área y de otras áreas.
A R
Tarea 1. Panorama Introducción y visión general de los contenidos de la unidad didáctica.
A R
Actividades de las tareas: Recordar, comprender y explicar.
Resto de las tareas Desarrollo de los contenidos de la unidad. Resumen y mapa del tema
Actividades
A
R
Test de conocimientos: conceptos.
Test de capacidades: procedimientos.
Experiencia: técnicas experimentales.
Test de responsabilidad: actitudes.
Página final: temas transversales
A
R
4
Debate Investigación
En los textos de esta Guía se usan las siguientes abreviaturas: • T1 a T5: tareas del Libro del alumno. • ES: expresa lo que sabes. • TC: test de conocimientos. • TP: test de capacidades. • TR: test de responsabilidad. • EX: experiencia. • B: dificultad baja. • M: dificultad media. • A: dificultad alta.
Planteamiento didáctico Criterios de evaluación de Biología y Geología de 4º
El área de Ciencias se orienta a desarrollar una cultura científica de base que prepare a los futuros ciudadanos para integrarse en una sociedad en la que la ciencia desempeña un papel fundamental. En el segundo ciclo de la ESO predomina el enfoque disciplinar y aparece la separación física entre la Biología-Geología y la Física-Química. Esta separación permite introducir los métodos propios de cada disciplina y aportar los principales conocimientos que constituyen su aportación al edificio de la Ciencia, así como sus métodos típicos de experimentación.
1. Reconocer en la naturaleza, o mediante fotos y diapositivas, indicadores de procesos de erosión, transporte y sedimentación en el relieve, indicando el agente causante. 2. Explicar los principales procesos kársticos. 3. Interpretación de mapas topográficos, localizando en los mismos los aspectos más relevantes del relieve, y realizar perfiles topográficos sencillos. 4. Explicar las principales manifestaciones de la dinámica interna de la Tierra (seÌsmos, volcanes, cordilleras, pliegues y fallas) a la luz de la Tectónica Global. 5. Realizar mapas mundiales y zonales en los que se indique la situación de las placas litosféricas y los fenómenos más importantes asociados a su movimiento. 6. Indicar las diversas unidades temporales de la historia de la Tierra, y explicar la importancia de los fósiles como testimonios estratigráficos y paleobióticos. 7. Situar en orden cronológico la aparición de los diferentes grupos de vertebrados y el tiempo geológico en el que se producen. 8. Describir la reproducción celular, señalando las diferencias principales entre meiosis y mitosis, así como la finalidad de ambas. 9. Resolver problemas sencillos de transmisión de caracteres hereditarios, incluyendo los relacionados con enfermedades en el hombre, aplicando los conocimientos de las leyes de Mendel. 10. Exponer razonadamente algunos datos sobre los que se apoya la teoría de la evolución, así como las controversias científicas y religiosas que suscitó esta teoría. 11. Explicar las principales adaptaciones al medio de los organismos mediante la observación de fotos. 12. Realizar un esquema y explicar los ciclos del carbono, nitrógeno y fósforo. 13. Identificar en un ecosistema los factores desencadenantes de desequilibrios y establecer estrategias para restablecer el equilibrio del mismo. 14. Analizar algunas actuaciones humanas sobre diferentes ecosistemas y exponer las actuaciones individuales, colectivas y administrativas para evitar el deterioro del medio ambiente.
Objetivos del área El programa oficial establece los siguientes objetivos para el área de Ciencias de la Naturaleza: 1. Iniciar al alumno en el conocimiento y aplicación del método científico. 2. Comprender y expresar mensajes científicos utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad, así como interpretar diagramas, gráficas, tablas, expresiones matemáticas sencillas y otros modelos de representación. 3. Interpretar científicamente los principales fenómenos naturales, así como sus posibles aplicaciones tecnológicas, utilizando las leyes y conceptos de las Ciencias de la Naturaleza. 4. Participar de manera responsable en la planificación y realización de actividades científicas. 5. Utilizar de forma autónoma diferentes fuentes de información, incluidas las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, con el fin de evaluar su contenido y adoptar actitudes personales críticas sobre cuestiones científicas y tecnológicas. 6. Adquirir conocimientos sobre el funcionamiento del organismo humano para desarrollar y afianzar hábitos de cuidado y salud corporal. 7. Aplicar los conocimientos adquiridos en las Ciencias de la Naturaleza para disfrutar del medio natural, valorándolo y participando en su conservación y mejora. 8. Reconocer y valorar las aportaciones de la ciencia para la mejora de las condiciones de existencia de los seres humanos, y apreciar la importancia de la formación científica. 9. Entender el conocimiento científico como algo integrado, que se compartimenta en distintas disciplinas para profundizar en los diferentes aspectos de la realidad. 5
01 El modelado del relieve terrestre PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Identificar los principales agentes geológicos externos, que modelan el relieve terrestre. • Conocer los procesos externos, a través de los cuales los agentes modelan el relieve terrestre. • Conocer las formas de actuación de algunos procesos internos, que ponen las bases del relieve. • Describir las formas resultantes en el relieve tras los procesos de modelado realizado por los distintos agentes externos. • Identificar algunas de las formas típicas del relieve debidas al modelado fluvial, torrencial, marino, eólico, kárstico y glaciar. • Diferenciar meteorización de erosión y poner ejemplos de paisajes y estructuras resultantes de su actuación. • Analizar la estructura del suelo y su proceso de formación. • Establecer una relación directa entre el clima y las formas del relieve que determina, analizando las diferencias entre las formas típicas del relieve en las zonas templadas y en las zonas áridas.
Con los contenidos de esta lección los alumnos van a comprender que el relieve es algo dinámico, que no es estático, que el relieve cambia. Desde la perspectiva de la dinámica externa, se presentan los agentes que determinan el modelado del relieve terrestre, los procesos externos que realizan esos agentes y las formaciones resultantes tras dichos procesos. De especial importancia es el apartado dedicado al suelo, teniendo en cuenta su evidente trascendencia en el relieve. El clima desempeña un papel decisivo y determina formas del relieve distintas, propias de cada una de las zonas climáticas, por ello trabajaremos en la unidad los diferentes sistemas morfoclimáticos. Se trata de una unidad muy interesante para que los alumnos puedan entender las características fundamentales del relieve que les rodea.
Contenidos
S O T P E C N O C
• • • • • • • •
Factores que determinan el modelado del relieve. Procesos geológicos que modifican el relieve. Los agentes externos. Los procesos externos. Las formas del relieve. La meteorización. El suelo. Los sistemas morfoclimáticos.
S O T N E I M I D E C O R P
• Utilización de imágenes para poder reconocer algunas formas del relieve con la finalidad de establecer una relación con los procesos y agentes externos que las han determinado. • Interpretación de algunos esquemas relacionados con la lección. • Modelización experimental de la dinámica fluvial.
S E D U T I T C A
• Despertar el interés por el conocimiento de las características asociadas al relieve que nos rodea. • Concienciar sobre el importante papel que desempeñamos en el modelado del relieve terrestre. 6
Contenidos transversales
Actividades de refuerzo Realizar diferentes paneles o murales que contengan cada uno un agente, los procesos y las formaciones que se puedan asociar a dicho agente. Es conveniente incorporar algunas imágenes y/o esquemas a dichos paneles para poder favorecer su comprensión. También sería interesante que los alumnos aportaran fotografías de lugares en los que hayan estado para intentar identificar los agentes, procesos y formaciones que se relacionan con el modelado del relieve de dichas fotografías.
Ciencia-tecnología-sociedad El conocimiento científico es una herramienta realmente útil. Conocer los agentes, procesos y formaciones que se determinan en un sistema morfoclimático puede llegar a ser de vital importancia. Si se conocen las señales de degradación inicial en el relieve de algunos parajes naturales, se pueden poner en práctica los medios necesarios para intentar evitar desastres, no sólo para el relieve de dichas zonas, sino también, para poder evitar posibles catástrofes y la potencial pérdida de vidas humanas.
Actividades de ampliación Se podrían intentar simular los agentes, procesos y formaciones que se relacionan con el modelado del relieve en distintas zonas climáticas de la Tierra. Podríamos utilizar cualquier espacio: el aula, el laboratorio, el patio y los materiales más variados posibles. También podríamos trabajar con muestras de distintos tipos de suelo para analizar las semejanzas y las diferencias entre los mismos.
Criterios de evaluación • Conocer los factores que influyen en el modelado del relieve. • Diferenciar entre procesos externos e internos que modifican la superficie terrestre. • Determinar los agentes externos que han actuado en el modelado de un relieve. • Reconocer los procesos externos que han sucedido para modelar un relieve. • Identificar formaciones resultantes en el modelado del relieve.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
• Conocer los factores que intervienen en la formación de un suelo.
La dinámica externa en- Actividades B M A globa muchos conceptos ES, pág. 8 2 1 que ya han visto los alum- T1, pág. 11 1 2 nos, incluso desde aquel T2, pág. 13 1,2 «lejano» Conocimiento T3, pág. 15 1 2 3 del Medio de Primaria, T4, pág. 17 1 2, 3 pero nunca lo han traba- T5, pág. 19 1, 2 3 4 jado con la profundidad T6, pág. 21 1, 2 3 4 con la que se trata en es2, 3, ta ocasión. Lo más impor- TC, pág. 27 1, 4 5, 6, 7, 10 tante es que manejen co8, 9 rrectamente y con fluidez TP, pág. 28 3 1, 2 el triángulo «Agente-Pro- TR, pág. 29 X ceso-Formación» y que lle- EX, pág. 29 X guen a establecer una relación directa entre el clima y las formas del relieve que éste pueda determinar. También comentar que la meteorización es, quizás, la parte que más les cueste situar en su esquema mental de la lección.
• Relacionar un clima específico con las formas del relieve que pueda producir.
Actividades Actividades de desarrollo Podríamos intercalar a lo largo del desarrollo didáctico de la lección diferentes vídeos y/o materiales informáticos multimedia que hagan referencia directa a la actuación de los diversos agentes y procesos o a la evolución de las distintas formaciones del relieve que vayan apareciendo durante el estudio. Completar las actividades del libro y, si es posible, desarrollar la experiencia propuesta al final de la unidad. 7
Soluciones de las actividades Presentación del Bloque I ( pág. 6 )
c) Porque el volcanismo es muy importante en las zonas de contacto de placas, donde se pueden producir fracturas en la litosfera que permiten la salida de materiales magmáticos de sus partes más profundas.
Las páginas 6 y 7 presentan una introducción general al bloque de temas dedicados a los cambios que se suceden en nuestro planeta con el paso del tiempo. Sirven de presentación y de exploración de conocimientos previos, por tanto, las soluciones propuestas a continuación son sólo orientativas. Es posible encontrar una gran diversidad de respuestas en función de los conocimientos de los alumnos y alumnas y de su interés por el tema.
d) Las rocas de la corteza terrestre se encuentran en estado sólido. Las rocas del manto también se encuentran en estado sólido, a excepción de las que forman parte de la astenosfera, que se encuentran en un estado semisólido, que las hace plásticas.
1. a) Llamamos relieve a las rugosidades y deformaciones presentes en la corteza terrestre. Decimos que cambia porque es algo dinámico, no es estático y está sujeto a los cambios que lo generan continuamente y a otros que lo «destruyen», los agentes externos.
e) Sí, hay una relación entre los fenómenos sísmicos y volcánicos fundamentalmente en aquellas zonas de alta actividad tectónica. Las regiones de alta actividad sísmica y volcánica suelen coincidir con los bordes de las placas, por lo que estas zonas presentan una elevada actividad tectónica.
b) Una cordillera es un conjunto de montañas relacionadas entre sí. No todas han existido siempre, algunas han surgido más tarde, es más, algunas aún siguen formándose.
Expresa lo que sabes ( pág. 8 ) 1. En la fotografía superior se observan unos acantilados al borde del mar y en la fotografía inferior se aprecia un cerro testigo en el centro de un gran valle. Los dos paisajes se diferencian en la fisonomía que tienen (descripción libre).
c) Un terremoto o seísmo es un temblor que se produce en la corteza terrestre. Un volcán es una abertura o grieta en la corteza terrestre por la que se expulsan materiales procedentes del interior de la Tierra a una temperatura muy alta.
Poseen estas formas debido al modelado que han sufrido por los agentes y procesos que han actuado sobre ellos. En el acantilado, sobre todo, ha actuado el mar y en el cerro testigo, fundamentalmente, un río.
2. a) Arenas, arcillas, limos, restos de seres vivos... La mayor parte suelen ser transportados nuevamente por las corrientes marinas y acaban sedimentando en algún punto.
El viento puede actuar en los dos paisajes pero quizás las brisas sean más frecuentes en la zona donde se encuentran los acantilados e influyen con mayor intensidad en el modelado de ese relieve.
b) El río fundamentalmente desgasta las rocas en el curso alto. Esta actuación se denomina erosión. c) Podemos llamar valle a la cuenca de un río. Los valles de los ríos tienen forma de «V». Cambian en los distintos cursos: en el alto es una «V» pronunciada, y se va suavizando a medida que el río recorre su camino hacia el mar.
2. Todas ellas de algún modo u otro se relacionan con el paisaje y su modelado.
¿Qué debes saber? ( pág. 9 )
3. a) El cráter es una abertura por la que sale material volcánico.
PIENSA Y RESPONDE. Fotografía de una muestra de pirita. Se trata de un mineral. Sabemos que es así, porque el texto nos indica que su composición es la misma, sea cual sea el lugar del que proceda la muestra. Ésta es una característica exclusiva de los minerales.
b) La lava que sale de los volcanes durante las erupciones procede de una cavidad situada en la base del volcán, el foco volcánico, en la que se almacena material caliente procedente del interior terrestre. 8
TAREA 1 Panorama: el relieve y los procesos que lo modelan ( pág. 10 )
torno, confiriendo nuevas características al biotopo de la zona y con la capacidad suficiente para influir en la biocenosis cercana. Los terremotos y las erupciones volcánicas influyen rápida y bruscamente en el modelado del paisaje y pueden tener connotaciones catastróficas e incluso peligrosas para nuestra propia seguridad.
Actividades Recordar 1.
Factores influyentes en el modelado del relieve
Ejemplos
Factores litológicos
Las rocas blandas dan lugar a relieves suaves. Las rocas duras dan lugar a relieves más angulosos.
Factores estructurales
En costas altas se pueden formar acantilados. En costas bajas se pueden formar playas o cordones litorales. En zonas de fuerte pendiente en los ríos predominan procesos de erosión. En zonas de pendientes suaves predominan procesos de transporte y sedimentación.
Factores dinámicos
La actuación de los diferentes agentes externos (ríos, mares, vientos, etc.) e internos que da lugar a paisajes diferentes.
Factores climáticos
En el desierto es mucho más importante la acción del viento que la del agua.
Factores antrópicos
Voladura de partes de montañas para la construcción de carreteras o la creación de embalses.
TAREA 2 ¿Cómo se ha formado el paisaje actual? ( pág. 12 ) Observación Ha cambiado a lo largo de los siglos como consecuencia del modelado externo que ha ido influyendo en su fisonomía con el paso del tiempo. El proceso responsable de la actual forma del valle ha sido el erosivo, producido fundamentalmente por un agente, el río, aunque no debemos olvidar el proceso erosivo debido al aire atmosférico, a las aguas salvajes o de arroyada, al viento o a los seres vivos.
Imagen activa 1. Cascada El movimiento del agua de los ríos es debido a la pendiente. La gravedad hace que las aguas discurran desde las cotas superiores hacia las inferiores.
Actividades
Explicar
Recordar
2. Por la ausencia de una atmósfera que genere agentes, procesos y formaciones característicos de un modelado externo.
1. Un proceso es el conjunto de fenómenos, estados y formas que resultan de la acción geológica de los distintos agentes. Un agente es un cuerpo material capaz de producir cambios sobre los materiales geológicos como consecuencia de una entrada de energía. Los factores condicionadores son aquellos factores que determinan la efectividad de la actuación de los agentes y de los procesos, y favorecen o dificultan la formación de un determinado relieve.
Denominamos destructores a los procesos externos por su acción transformadora de las formas preexistentes en el relieve, mientras que llamamos constructores a los procesos internos por dar origen a las grandes estructuras geológicas del planeta. El río tiene una misión de transporte hacia el mar de los elementos que ha ido erosionando a lo largo de su cauce. Si embalsamos las aguas, esta misión queda interrumpida y se produce menor sedimentación de materiales en la desembocadura del río. El río embalsado genera un nuevo ecosistema artificial en la zona a modo de gran lago que afectará microclimáticamente a su en-
2. Las fuentes de energía naturales que, en mayor o menor grado, permiten la acción de los agentes geológicos externos en la Tierra son: – La radiación solar. – La atracción gravitatoria de la Luna y el Sol. – La gravedad. 9
Soluciones de las actividades TAREA 3 La meteorización y el suelo ( pág. 14 )
Sí, el riego excesivo es contraproducente para una planta en una maceta o para un cultivo en el campo porque encharca la maceta o el terreno, impide la correcta aireación del mismo y no permite un buen desarrollo de las especies.
Observación Parece una zona más bien blanda. La zona inferior aparenta ser algo más dura, con rocas más o menos fragmentadas. Es fundamentalmente la meteorización la que hace que se fragmenten las rocas de la fotografía. La meteorización es un ejemplo de alteración de las rocas. Se produce cuando los agentes externos actúan fragmentando o descomponiendo las rocas casi sin desplazar los residuos que resultan de esa alteración.
TAREA 4 Los procesos fluviotorrenciales ( pág. 16 )
Actividades Recordar 1. Una cárcava es una zona abrupta donde aparecen conjuntos de surcos en «V» de diversa profundidad que canalizan las aguas de arroyada sobre materiales fácilmente erosionables.
Actividades Recordar 1. Se habla de meteorización física de una roca cuando ésta se fragmenta, se disgrega o se pulveriza por la acción de procesos mecánicos sin que tenga lugar ninguna transformación mineral, mientras que la meteorización química de una roca tiene lugar cuando los agentes atmosféricos, hidrosféricos o biológicos actúan sobre las rocas transformando los minerales que las forman.
Una chimenea de hada es una formación cónica, en la que es frecuente que un material resistente situado en la parte superior haya protegido de la erosión a los materiales más blandos que tiene por debajo. Una llanura aluvial es un extenso depósito de materiales que rellena el fondo de los valles.
2. Es habitual relacionar los cursos alto, medio y bajo de los ríos con los procesos de erosión, transporte y sedimentación, respectivamente, pero estos procesos se pueden producir en cualquier punto del recorrido. Que se dé un proceso u otro depende, fundamentalmente, de la velocidad del agua. A mayor velocidad se potencian los procesos de erosión y a menor velocidad se potencian los procesos de sedimentación. En la erosión también afecta el efecto de fricción que le aportan los sedimentos que transporta y la turbulencia del flujo. En el transporte influyen el tamaño y el peso de los materiales. En la disminución de la velocidad que potencia la sedimentación influyen el descenso del caudal, la disminución de pendiente o el aumento del volumen de sedimentos transportados.
2. Durante el día, el agua se infiltra en las grietas de las rocas; de noche, este agua se congela, aumenta de volumen y con ello se producen unas grietas mayores. Al día siguiente el hielo se ha fundido y permite que se infiltre una mayor cantidad de agua en las grietas. Repitiendo este proceso día tras día, se consigue al final que se fracturen las rocas. Comprender 3. No, porque que el crecimiento de cristales de hielo afecte a las rocas es necesario el proceso continuado de fusión-congelación del agua, y en un lugar permanente helado no se puede conseguir la fusión natural del hielo. El arado ayuda a mezclar los materiales del suelo y a airearlos, porque la aportación razonable de abono añade las sustancias necesarias para el correcto desarrollo de los cultivos, y con la rotación de éstos se consigue no agotar el suelo (ya que se alternan el cultivo de plantas que lo enriquecen con el de plantas que lo desgastan más).
Explicar 3. Para no facilitar una potencial erosión del terreno; si aramos de forma paralela a la pendiente, al circular agua por los surcos ésta alcanzaría cierta velocidad y por ello los iría haciendo cada vez más grandes. 10
Explicar
Porque disminuye la velocidad de la corriente debido bien al descenso del caudal, bien a la disminución de pendiente o bien al aumento del volumen de sedimentos transportados.
4. Sí, no es condición necesaria. El aporte de arena en este caso lo pueden realizar las corrientes marinas que la recogen desde otros puntos, aunque estén alejados de la isla.
TAREA 5 Los procesos marinos. El modelado litoral ( pág. 18 )
Porque son estructuras que hacen perder velocidad a las corrientes marinas en lugares donde anteriormente esto no sucedía de manera natural. Ello provoca una sedimentación de materiales en dichas zonas, sedimentación que previamente a la construcción de esas estructuras no se producía. Al perder sedimentos, estas corrientes recuperan parte de su potencial erosivo y pueden actuar erosionando algunos depósitos sedimentarios, como, por ejemplo las playas, erosión que de forma natural no se hubiera producido.
Observación Los acantilados tienen paredes verticales y escarpadas porque se excavan sobre rocas duras mediante un proceso de socavamiento progresivo de la base y posterior derrumbamiento por inestabilidad estructural de las zonas más altas. No se pueden formar en costas bajas, sólo aparecen en las altas.
Actividades
TAREA 6 Los procesos eólicos y bióticos
Recordar 1. Los acantilados son escarpamientos abruptos excavados sobre rocas duras por el socavamiento progresivo de la base y por el consiguiente derrumbamiento de las zonas altas. Las plataformas de abrasión son superficies rocosas planas o ligeramente inclinadas hacia el mar, producidas por el retroceso gradual hacia tierra del frente de un acantilado.
( pág. 20 )
2. Entre las formaciones más características de las costas bajas podemos encontrar las playas, que son depósitos marinos completamente unidos a la costa, y las barras o cordones litorales, que son depósitos marinos pero no unidos completamente a la costa entre los que podemos destacar la restiga o flecha (se unen a la costa por uno de sus extremos), la isla barrera (no se une al litoral) o el tómbolo (cuando enlazan la costa con un islote próximo). Una formación también característica de la costa baja es la albufera, que es una laguna litoral cerrada por una barra de arena.
Recordar
Imagen activa 1. Campo empedrado El campo empedrado de la imagen se originó por el arrastre selectivo por el viento de las partículas de dimensiones reducidas, quedando las más grandes sobre el terreno. El proceso se llama deflación.
Actividades 1. Hay dos tipos de actividad erosiva debidos al viento: la deflación, que es el arrastre selectivo por el viento de las partículas de dimensiones reducidas, quedando las más grandes sobre el terreno; y la corrasión o abrasión eólica, que es el desgaste causado en las rocas por el impacto repetido de las partículas que transporta el aire. 2. Entre las formaciones más típicas debidas a sedimentación eólica están las dunas, acumulaciones de arena que se desplazan sobre el suelo a causa del viento; y los depósitos de loess, acumulaciones de arcilla y limo.
Comprender
Comprender
3. Las playas se forman por la pérdida de fuerza y velocidad de las olas y la consecuente sedimentación de los materiales que transportan.
3. La acción geológica de los seres vivos puede ser constructiva y destructiva.
El origen de las olas se explica por los movimientos del aire, es decir, por el viento.
La acción destructiva de los seres vivos puede ser de dos tipos: mecánica y química. 11
Soluciones de las actividades 3. a) Las aguas salvajes corren sin curso fijo, las aguas de arroyada por regueros o canales.
La acción destructiva mecánica es disgregante y se lleva a cabo por las raíces de las plantas y los animales que excavan túneles.
b) El humus es la materia orgánica parcialmente descompuesta que contienen los suelos.
La acción destructiva química se debe a reacciones químicas y se lleva a cabo por microorganismos.
c) Una playa está totalmente unida a la costa; el cordón litoral, no.
La acción constructiva engloba la formación de rocas sedimentarias orgánicas con seres vivos; a veces son componentes orgánicos los que, tras su transformación, se convierten en yacimientos de carbón y petróleo, otras veces son los componentes inorgánicos los que producen formaciones geológicas, como los arrecifes.
d) La deflación es un arrastre selectivo; la abrasión eólica, un desgaste producido por el impacto de las partículas que transporta el aire. e) El valle fluvial tiene forma de «V» y el valle glaciar tiene forma de «U». f) El glaciar alpino es un «río de hielo», montañoso, con una larga lengua. Uno de casquete es una inmensa masa helada con numerosas lenguas que acaban en el mar y con desplazamiento del hielo más lento.
Las actividades constructivas y destructivas de la especie humana también modifican el paisaje.
Explicar 4. Reg significa «campo empedrado» y erg significa «campo de dunas».
g) La sima es un conducto vertical y la caverna, un conducto horizontal.
Porque esa profundidad del océano circundante puede facilitar la formación del atolón, bien por la existencia de fuertes corrientes marinas que puedan arrastrar elementos nutritivos necesarios para su correcto desarrollo, bien porque ese gran volumen de agua pueda servirle para mantener su óptimo margen termométrico cercano a los 20 ºC de temperatura del agua.
h) Un barján es una duna en forma de media luna, con los cuernos apuntando en el sentido en el que sopla el viento, y una duna parabólica también tiene forma de media luna, pero con los cuernos opuestos al sentido en el que sopla el viento. i) La estalactita cuelga del techo de la caverna, la estalagmita surge de la base. j) Un sistema morfoclimático comprende una región más o menos extensa de la Tierra, en la que existe un clima determinado y formas de relieve características, asociadas a los agentes modeladores más activos en ese clima.
Actividades Test de conocimientos ( pág. 27 ) 1. Las principales fuentes de energía que dinamizan los procesos externos son la radiación solar, la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol, y la gravedad.
4. Tipos Principales formas de procesos de erosión Fluviotorren- Valles en «V». Cárcavas. Chimeneas de ciales hadas. Gargantas. Desfiladeros. Cascadas. Meandros.
2. Muchas son las posibilidades del agua para realizar el recorrido a lo largo de su ciclo. Ejemplo: AGUA ATMOSFÉRICA T
P E
P E
P E
SERES VIVOS
SUELO
AGUA SUPERFICIAL
MARES
I A
I A
I A
AGUAS SUBTERRÁNEAS T: TRANSPIRACIÓN P: PRECIPITACIÓN E: EVAPORACIÓN A: APORTE I: INFILTRACIÓN
12
Principales formas de sedimentación Aluviones. Llanuras aluviales. Terrazas fluviales. Deltas.
Marinos
Acantilados. Platafor- Playas. mas de abrasión. Ra- Cordones litorales. sas costeras. Albuferas.
Eólicos
Campos empedrados. Dunas. Loess.
Glaciares
Valle con forma de U. Morrenas. Cantos estriados.
Bióticos
Horadamientos en el Rocas sedimentarias suelo. Metabolitos de orgánicas. materia orgánica.
5. Modelo de esquema: Procesos fluviotorrenciales Agentes: Aguas salvajes Aguas de arroyada Torrentes Aguas fluviales
9. a) Porque algunos de los procesos se suceden con gran rapidez y pueden llegar a resultar catastróficos poniendo en peligro la integridad física de las personas. Tan sólo pensando en tornados, avalanchas, riadas y muchos otros fenómenos relacionados con los procesos externos, podemos evidenciar tales riesgos.
Procesos marinos Agente: Aguas marinas
b) No. Porque los suelos no son simples acumulaciones de sedimentos. Se forman muy lentamente, bajo la influencia de la roca madre, del clima, de los seres vivos, de su posición en el paisaje y del paso del tiempo.
Procesos glaciares Agente: Masas de hielo
c) El delta de un río es una forma de sedimentación fluvial porque se genera mediante el aporte de los sedimentos que erosiona y transporta un río a lo largo de su cauce. Se puede observar que su mantenimiento es frágil y depende de que el río siga aportando dichos sedimentos. Es cierto que está también sujeto a los modelados marino o eólico pero, como tal, el delta se considera una forma de sedimentación fluvial.
Procesos eólicos Agente: Vientos Procesos bióticos Agente: Seres vivos 6. a) Erosión eólica, transporte eólico y sedimentación eólica.
10. a) Que en el pasado, antes de ser un valle fluvial fue un valle glaciar, ya que las tillitas son depósitos de sedimentos glaciares fósiles y son indicadores de la existencia de glaciares en el pasado.
b) La erosión eólica se produce cuando el viento ha alcanzado la fuerza y la velocidad suficientes para arrastrar selectivamente materiales en suspensión; primero afectará a los menos pesados y a medida que gane fuerza, a los más pesados. El transporte eólico tiene lugar mientras perdura esa fuerza y la velocidad del viento, porque, a medida que desciende la intensidad del viento y su velocidad, comienza a producirse la sedimentación eólica, de una manera selectiva. Primero sedimentaran los materiales más pesados y a medida que pierda fuerza, se depositarán los menos pesados.
b) La erosión será más importante en el valle glaciar. Esto es así porque el tipo de erosión que realizan los glaciares, que se denomina exaración, se debe a la fricción producida por el desplazamiento del hielo y de los materiales rocosos que éste transporta sobre el fondo y las paredes del valle glaciar. La sedimentación será más importante en las morrenas, ya que éstas son los depósitos donde se van recogiendo y acumulando todos los materiales que van siendo erosionados y arrastrados por el hielo del glaciar mientras se desliza por su valle. El circo es una zona de transformación de la nieve en hielo glaciar, y producirá en las rocosas paredes de la depresión que lo constituye, fundamentalmente, fenómenos erosivos y de transporte debidos a la fuerte presión ejercida por el gran volumen de hielo allí acumulado.
7. El agua arrastra las sales minerales y el resto de componentes necesarios para que los corales puedan generar su esqueleto externo mineral, que es el responsable de su acción constructiva. 8. La parte superior del reloj de arena correspondería a la cuenca de recepción. El canal de paso para la arena, al canal de desagüe del torrente. La parte inferior del reloj correspondería al cono de deyección. 13
Soluciones de las actividades Test de capacidades ( pág. 28 )
Test de responsabilidad ( pág. 29 )
1. a) La velocidad velocidad a la que que ha de disminuir disminuir la la corriente de agua para que las arenas comiencen a sedimentar es aproximadamente de 5 cm/s.
En esta unidad hemos estudiado que los seres vivos forman parte del grupo de agentes que modelan el paisaje, es por ello por lo que no debemos olvidar que el ser humano es uno de ellos. Tenemos en nuestra mano la posibilidad de cambiar el relieve rápida e intensamente. Debemos reflexionar siempre sobre nuestras actuaciones en relación con los objetivos que se buscan, valorar las consecuencias positivas y negativas de cada una de esas actuaciones y determinar si realmente merece la pena llegar a la consecución de esos objetivos a costa de asumir consecuencias negativas. Las actuaciones que realizamos deberían estar ligadas siempre a la idea de desarrollo sostenible del entorno, del que también formamos parte.
b) Serán retirada retiradass en primer primer lugar las de de menor peso, es decir, arcillas y limos. c) La velocidad velocidad a la que que ha de disminuir disminuir la la corriente de agua para que las arcillas que lleva en suspensión comiencen a sedimentar es aproximadamente de 0,1 cm/s. Estos valores se alcanzan en la desembocadura y en ambientes muy poco agitados. d) Porque Porque desciende desciende la velocidad velocidad del del agua y con ello la posibilidad de realizar el transporte de materia, produciéndose entonces la sedimentación de la arena.
Experiencia ( pág. 29 ) El montaje que se muestra en esta experiencia trata de simular parte de la dinámica fluvial para demostrar la influencia de la pendiente en dicha dinámica. Dependiendo de la inclinación que demos a la maqueta, que se va a relacionar de manera directamente proporcional con la velocidad del agua, conseguiremos un mayor o menor encajamiento del curso de agua o un mayor o menor curso sinuoso a modo de meandros. Podemos añadir a la arena elementos más pesados para ver su influencia en los procesos de erosión, transporte y sedimentación a distintas velocidades del agua.
2. Anchura ϭ 3 m ϭ 30 dm Profundidad máxima ϭ 50 cm ϭ 5 dm Velocidad media ϭ 3,33 cm/s ϭ 0,333 dm/s Caudal ϭ Área и Velocidad Área ϭ Anchura и Profundidad ϭ 2 ϭ 30 dm и 5 dm ϭ 150 dm Caudal ϭ 150 dm 2 и 0,333 dm/s ϭ 3 ϭ 49,95 dm /s ϭ 49,95 l/s Si hay menor superficie de paso para el mismo caudal de agua, la velocidad del agua en ese momento debe aumentar. Velocidad ϭ Caudal/Área ϭ 3 2 ϭ 49,95dm /s / 75 dm ϭ 0,666 dm/s
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
Salvar el delta del Ebro
Disminuye en este caso la capacidad de sedimentación y en función del peso de las partículas aumentan las posibilidades de transporte y erosión.
3. a) Para el modelado modelado de esta esta formación formación han inintervenido fundamentalmente las aguas de arroyada, y también el viento. b) Son cárcavas cárcavas,, formas formas de erosión erosión.. c) Los procesos procesos intern internos os han constr construido uido el el relieve, pero, en principio, no han influido en su modelado, mientras que el clima o el tipo de roca sí que lo han hecho. Por ejemplo, la cantidad de precipitaciones que caen influye notablemente en la formación de estas cárcavas. 14
Esta parte de la unidad tiene el objetivo de servir de ejemplo en la observación de cómo las actuaciones del ser humano pueden influir en la modelización del relieve y establecer una relación directa de dichas actuaciones con las repercusiones que puedan derivarse de las mismas, no sólo para el medio ambiente en general, sino también para nuestra sociedad en particular. La investigación propone realizar un estudio de las variables que intervienen directamente en la evolución del delta del Ebro, incluyendo por supuesto al ser humano, e intenta que los alumnos reflexionen sobre potenciales medidas para preservar este tan frágil fr ágil como interesante ecosistema en un futuro cercano.
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
• Un panel, un sistema morfoclimático. Vamos a pedir a cada alumno que se centre en un sistema morfoclimático y que realice un panel con la potencial ubicación geográfica del sistema, los principales agentes que intervienen, los procesos que pueden realizar estos agentes y con las formaciones que puedan determinarse en estos sistemas. Es bueno que incluya fotografías o dibujos porque así resultará más fácil la comprensión del panel para sus compañeros. Todos los alumnos deberán realizar una exposición oral de sus paneles, por lo que dicha exposición se puede organizar por grupos de alumnos con el mismo sistema.
• Glosario conceptual de autoevaluación. Se pueden ir realizando, a medida que se explica la unidad, pequeñas fichas que contengan un concepto de los que se estudian. Al final, con todas ellas, el alumno puede realizar un examen conceptual de autoevaluación. • Un panel, un agente. Vamos a pedir a cada alumno que se centre en un agente externo y que haga un panel en el que exponga los procesos que puede realizar ese agente y con las formaciones que puede determinar dicho agente. Es bueno que incluya fotografías o dibujos porque así resultará más fácil la comprensión del panel para sus compañeros. Todos los alumnos deberán realizar una exposición oral de sus paneles, por lo que ésta se puede organizar por grupos de alumnos con el mismo agente.
• Tu comunidad. El alumno debe investigar en el relieve de su comunidad y encontrar todos aquellos elementos que guarden relación con la unidad: agentes, procesos, formaciones, sistemas morfoclimáticos, etc., y realizar un trabajo escrito o preparar una exposición oral con la información obtenida.
• Modelado fotográfico. Pedimos a nuestros alumnos que traigan un pequeño informe de la actuación de los distintos agentes en algún paisa je en el que aparezcan ellos en una fotografía. Deben decirnos cuál es el agente modelador principal y cuáles actúan con menor determinación en dicho paisaje.
• Tipos de suelo. El alumno debe adentrarse en la edafología y estudiar más profundamente los suelos, especialmente la variedad de tipos de suelo existentes, sus características, la vegetación potencial que puede soportar, la relación climática, la potencial ubicación geográfica, etc., y realizar un trabajo escrito o preparar una exposición oral con la información obtenida.
• ¡¡Al cine!! Buscamos diferentes secuencias de películas conocidas (también pueden servir series de televisión) en las que aparezca algún paisaje que nos pueda dar pie para un comentario sobre el modelado del relieve.
• Desertización. Como consecuencia de la degradación natural de los suelos, se produce el fenómeno natural de la desertización, con la consiguiente pérdida potencial de suelo fértil. Es un proceso debido a causas naturales, aunque debemos resaltar que la actividad humana está acelerando mucho este potencial proceso natural y está desertificando desertificando muchas zonas. El alumno debe investigar sobre este tema y realizar un trabajo escrito o preparar una exposición oral con la i nformación obtenida.
• El juego causa-efecto. Se deben preparar tarjetas en las que por un lado se lea el nombre de un agente (causa) y por el otro se lea una de las formas que determina en el relieve (efecto). Un alumno enseñará a un compañero el efecto y éste deberá adivinar la causa. Las normas del juego y posibles variaciones son muchas y sería recomendable que las decidieran los propios alumnos con la idea de buscar una mayor implicación por su parte.
• Salida al campo. En la medida que podamos, ésta es una muy buena oportunidad para realizar una salida de campo y poder poner en práctica todos los conocimientos adquiridos durante la unidad. Debemos conocer las posibilidades que nos ofrece el relieve en las «cercanías» de nuestro Centro. Quizá no necesitemos el autobús o el tren para desplazarnos a un maravilloso paisaje y en los propios alrededores del centro podamos ver la actuación de las raíces de las plantas o las grietas de sucesivas dilataciones-contracciones o incluso las pequeñas formaciones acarcavadas en algún talud.
Actividades de ampliación • Simulando. Vamos a facilitar a nuestros alumnos imágenes de diferentes relieves, bien sea a través de fotografías, de películas, de material informático, etc. Ellos deben pensar y expresar mediante esquemas sencillos, cómo debió ser esa zona en el pasado y como puede llegar a ser en el futuro, justificando el porqué del resultado de ambas situaciones. 15
02 Dinámica interna de la Tierra PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Conocer Conocer la estructura estructura del del interior interior de la Tierra y las técnica técnicass que nos permiten identificar sus capas y composición. • Describir Describir los princip principales ales postulad postulados os de la teoría teoría de la tectónica de placas y los fenómenos asociados a la dinámica de la litosfera. • Enumerar Enumerar las principales principales placas placas litosféricas litosféricas (eurasiática (eurasiática,, africana, americana...), identificando en un mapa algunos de sus límites e indicando i ndicando si son convergentes, divergentes o transformantes. • Identificar, Identificar, a nivel nivel local, algunas algunas manifesta manifestacione cioness del movimiento de las placas litosféricas. • Relacionar Relacionar el origen origen de los movimientos movimientos sísmicos, sísmicos, volcánicos volcánicos y orogénicos con procesos que suceden en el interior de la Tierra. • Describir Describir los proceso procesoss que dan lugar lugar al llamado llamado ciclo ciclo de Wilson, de apertura y cierre de los océanos y formación de cordilleras.
Volcanes y terremotos son elementos de la dinámica interna terrestre que rápidamente pueden modelar el relieve de manera muy intensa. La Tierra parece, si cabe, aún más viva gracias a estos fenómenos, que pueden llegar a ser tan espectaculares como catastróficos. La unidad se centra en la estructura interna del planeta, que se manifiesta en ese puzle exterior que forman las distintas placas litosféricas en continuo movimiento, los diferentes e importantes procesos, como la orogénesis, que de ese movimiento se derivan, pliegues, fallas... en definitiva, se trabajan muchos conceptos que hacen que ésta sea una unidad muy importante en el estudio de la dinámica geológica terrestre.
• Identificar Identificar y describir describir algunas algunas deformacio deformaciones nes locales locales de la corteza terrestre (pliegues, fallas y sus asociaciones).
Contenidos
S O T P E C N O C
• • • • • • • •
Métodos Métodos de estudi estudio o del interior interior de de la Tierra. Tierra. La estructura estructura del interior interior de la Tierra. Tierra. La tectó tectónic nicaa de placas placas.. Los Los terre terremo moto tos. s. Los Los volca volcane nes. s. La formac formación ión de de montañ montañas. as. Plie Pliegu gues es.. Fal Fallas las.
S O T N E I M I D E C O R P
• • • •
Relación Relación de procesos internos internos con fenómenos fenómenos observado observadoss en superficie. Análisis de las pruebas que apoyan la teoría de la tectónica de de placas. Utilización Utilización de imágenes imágenes para el entendimie entendimiento nto de algunos conceptos conceptos.. Interpretació Interpretación n de algunos esquemas esquemas relacionado relacionadoss con la unidad. unidad.
S E D U T I T C A
• Despertar el interés por por el conocimiento de las características asociadas asociadas al relieve que nos rodea. • Valorar un correcto conocimiento de los fenómenos volcánicos y sísmicos para para poder prevenir situaciones de alto riesgo para la integridad de las personas. 16
Contenidos transversales
Actividades
Ciencia-tecnología-sociedad
Actividades de desarrollo Sería conveniente buscar algunas imágenes en vídeos o materiales multimedia sobre el movimiento de las placas y sus fenómenos asociados para ayudar a que se comprendan mejor. También sería interesante buscar algunas imágenes sobre erupciones volcánicas y terremotos. Completar, además, las actividades del libro.
Ya decíamos en la anterior unidad que el conocimiento científico es una herramienta realmente útil. En el caso que nos ocupa, llegar a conocer las causas que determinan los fenómenos volcánicos y sísmicos es muy importante desde el punto de vista científico, pero aún lo es más el hecho de conocer las características que se puedan registrar en los momentos previos tanto a erupciones volcánicas como a terremotos. Este conocimiento puede llegar a evitar catástrofes mayores y ser de vital importancia para la integridad de las personas. Si se conociesen bien las señales que acontecen previamente al desarrollo de fenómenos volcánicos y sísmicos, se podrían poner en funcionamiento las medidas y medios necesarios para intentar evitar lo más importante en estas circunstancias, y que no es otra cosa que la pérdida de vidas humanas. A lo largo del tema veremos algunas de estas señales de alerta y analizaremos las consecuencias de estos fenómenos.
Actividades de refuerzo Se pueden hacer moldes en plastilina u otros materiales de muchos de los procesos y estructuras que aparecen durante la unidad, como subducción, obducción, volcanes, pliegues, fallas, etc. También se pueden realizar diferentes paneles, cada uno de los cuales esté dedicado a estos procesos o estructuras.
Actividades de ampliación Se puede intentar simular una erupción volcánica mezclando bicarbonato y vinagre en un «volcánmatraz». También se pueden situar terremotos y volcanes sobre un mapamundi para establecer una correlación de su situación geográfica cerca de los límites de las placas. Profundizar en el estudio de las escalas sísmicas y en los aparatos que se utilizan para registrar la intensidad de los terremotos.
Criterios de evaluación • Explicar Explicar las distintas distintas formas formas de estudio estudio del del inteinterior de la Tierra. • Entender Entender cómo cómo es la estructu estructura ra del interio interiorr de la Tierra.
NIVEL Y DIFICUL DIFICULTAD DEL TEMA
• Diferenciar Diferenciar la teoría teoría de deriva deriva de los contin continentes entes de la teoría de la tectónica de placas.
Resulta difícil conseguir Actividades B M que los alumnos obtengan ES, pág. 32 1 una correcta comprensión T1, pág. 35 1 2 de todos los contenidos T3, T3, pág. 39 2 1, 3 que contempla esta uni- T4, pág. 41 1, 2 dad. Las dificultades se en- T5, pág. 43 1,2 3 cuentran en que muchas TC, TC, pág. 47 1-3 4, 5 de las explicaciones se ba- TP, pág. 47 1, 2 san en características que no se ven, en procesos que ocurren en el interior de nuestro planeta y que no se pueden observar directamente (aunque sí es posible ver en la superficie muchas de sus consecuencias). La multitud de conceptos y su complejidad hacen que el tema sea bastante difícil.
• Conocer Conocer las prueba pruebass que confirma confirman n la teoría teoría de la tectónica de placas. • Describir Describir las caracterís características ticas de las las placas litosfélitosféricas. • Identificar Identificar los los procesos procesos asociados asociados al al movimiento movimiento de las placas litosféricas. • Reconocer Reconocer los los elementos elementos de de un terremoto terremoto.. • Saber definir definir concepto conceptoss asociados asociados al vulcanism vulcanismo. o. • Comprender Comprender el ciclo ciclo de de Wilson. Wilson. • Distinguir Distinguir los los diferentes diferentes tipos tipos de estructuras estructuras tectectónicas. 17
A 2
6, 7 3
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 32 )
TAREA 1 Panorama: Investigando lo inaccesible ( pág. 34 )
1. En las fotos se puede apreciar tanto un volcán (foto superior) como una gran cordillera (en la parte inferior de la página). En la fotografía superior se produce una erupción volcánica, en la que se expulsan materiales sólidos, líquidos y gaseosos. Estos materiales provienen del interior de la litosfera terrestre.
Actividades Recordar 1. Los procesos indirectos más importantes que sirven para conocer la composición y la estructura del interior terrestre son los métodos geofísicos. Son métodos que se basan en principios de la física y en cálculos complejos a partir de los datos que proporcionan instrumentos muy sensibles. Entre ellos podemos destacar los siguientes: Los métodos eléctricos se basan en la evaluación de los cambios en el comportamiento de la la electricidad cuando ésta se transmite a través de las rocas. Aunque existe un campo eléctrico natural, muchas veces se aplican pequeñas descargas eléctricas provocadas artificialmente. Los métodos geotérmicos miden las anomalías de temperatura en las rocas de la superficie terrestre originadas por el flujo de calor proveniente del interior del planeta, cuando este flujo se propaga por los diferentes conjuntos rocosos. Los métodos magnéticos registran las leves variaciones locales de la intensidad del campo magnético terrestre, ya que afecta a cada tipo de material geológico de una forma distinta. Los métodos gravimétricos se basan en comparar el valor del campo gravitatorio registrado en cada punto de la superficie, para detectar los cambios de densidad de los conjuntos rocosos. Los métodos sísmicos se basan en la propagación en el interior de la Tierra de las ondas sísmicas producidas por los terremotos. También se pueden originar estas ondas con explosiones controladas.
Las inmensas masas rocosas que constituyen las cordilleras se forman por el plegamiento y posterior elevación de dichas masas mediante procesos tectónicos.
2. Porque, normalmente, los procesos que originan la actividad volcánica tienen lugar en los límites de las placas litosféricas. Del mismo modo, los movimientos sísmicos también se producen en esos límites y es por ello frecuente encontrar en las mismas zonas tanto actividad sísmica como volcánica.
¿Qué debes saber? (pág. 33) Imagen activa 1. PIENSA Y RESPONDE El basalto es una roca volcánica, extrusiva, más homogénea en su aspecto debido a su menor tiempo de cristalización, ya que el magma solidifica en la superficie terrestre o cerca de ella y por ello es una roca de cristales pequeños. El granito es una roca plutónica, intrusiva, más heterogénea en su aspecto debido a su mayor tiempo de cristalización, ya que el magma solidifica a gran profundidad, lo que permite el desarrollo de grandes cristales. A simple vista, parece formada por más de un mineral.
Imagen activa 2. Efectos de un terremoto Los terremotos se producen debido a que se libera, de una forma muy brusca, gran cantidad de energía que se genera tras los contactos existentes entre las distintas placas litosféricas. Esta liberación de energía provoca un intenso movimiento de la corteza terrestre. En el momento previo al terremoto se acumulan importantes tensiones en los con juntos rocosos, sometidos a grandes esfuerzos. Es la liberación de estas tensiones la que causa el temblor de tierra.
Explicar 2. No es posible hacer sondeos hasta el centro de la Tierra por problemas técnicos que impiden perforar hasta dichas profundidades, las altas temperaturas o las elevadas presiones suponen actualmente obstáculos insalvables para llevar a cabo dichos sondeos. Porque parte de la corteza continental también está cubierta por los océanos. 18
Se pueden producir artificialmente ondas sísmicas que permitan estudiar el interior terrestre mediante explosiones controladas.
Un volcán en erupción expulsa productos sólidos (cenizas, lapilli, bombas y bloques volcánicos), líquidos (lava) y gaseosos (vapor de agua, nitrógeno, hidrógeno, monóxido y dióxido de carbono, etc.).
TAREA 3 ¿Por qué se mueven las placas?
Sí, el epicentro de un terremoto puede situarse en un punto de la superficie de la corteza terrestre que se encuentre bajo las aguas de un océano. Este fenómeno se llama maremoto y una de las consecuencias más graves que puede tener para la costa es la formación de olas gigantescas denominadas tsunamis.
( pág. 38 )
Actividades Recordar 1. La parte más alta de una dorsal está formada por una doble cresta en cuyo eje central hay una fosa profunda, que es una abertura por donde emerge material del manto. El material que surge por la fosa es basáltico y forma a los dos lados extensas coladas, más finas a medida que se alejan de la dorsal. Este material basáltico, cuando se enfría, se transforma en corteza oceánica. La salida de material a las dorsales provoca la expansión del fondo oceánico.
2. Las ondas sísmicas que se transmiten por las capas superficiales de la Tierra y que producen las catástrofes son las ondas L, originadas a partir del epicentro. No es ni profundo ni intermedio ni superficial. Es irreal. El epicentro es un punto de la superficie. Si hablamos de profundidad, se trata del hipocentro. Si la actividad plantease que el hipocentro está a 500 km de profundidad, el terremoto sería profundo.
2. En una zona de subducción, el plano de Benioff es la zona de contacto entre la parte de la litosfera oceánica que subduce y la porción de la litosfera continental que queda por encima.
SUGERENCIAS Dentro del circuito comercial han existido muchas películas que se han relacionado con el tema que nos ocupa, como por ejemplo, Volcano o Terremoto. Podemos proponer a los alumnos que vean alguna, para más tarde, comentarla y debatirla. ¿Es realmente científico lo que nos muestran?
Comprender 3. La convección es un proceso por el que los materiales ascienden por el calor, se trasladan en horizontal cerca de la superficie y descienden al enfriarse. Para observarla en una cocina podríamos calentar agua en una olla.
TAREA 5 La formación de las cordilleras ( pág. 42 )
4. Se producen con más frecuencia en las zonas de contacto entre las placas litosféricas.
Actividades Recordar
TAREA 4 Terremotos y volcanes ( pág. 40 )
1. Los movimientos orogénicos son los mecanismos dominantes en los procesos de formación de las cordilleras. Estos movimientos conllevan desplazamientos de las masas rocosas en la horizontal. Por una parte, están las cordilleras producidas por la fricción o choque entre placas litosféricas en zonas en las que se desarrolla la progresiva elevación de depósitos sedimentarios que se integrarán en la futura cordillera (son límites destructivos, es dec ir, zonas en las que se producen
Actividades Recordar 1. En los límites de las placas litosféricas. Porque las zonas en las que se forman los volcanes son aquellas donde se producen fricciones y aumentos de temperatura por el contacto entre las placas litosféricas. 19
Soluciones de las actividades Resumen del tema ( pág. 46 )
la subducción y la obducción). Por otro lado, están las dorsales, enormes cordilleras generadas a partir de la salida de material del manto (son límites constructivos).
Imagen activa 1. Falla de San Andrés En la zona de contacto entre las dos placas se produce una fuerte fricción, que da lugar a una intensa actividad sísmica. Se trata de un límite transformante.
2. Entre las características geológicas más importantes de las cordilleras destaca la presencia de rocas plegadas o muy fracturadas. También son comunes las rocas volcánicas, las plutónicas y las sedimentarias, que, a veces, contienen fósiles marinos a miles de metros sobre el nivel actual del mar.
SUGERENCIAS Hablar con los alumnos sobre la llamada falla de San Andrés. Se trata de una formación geológica realmente impresionante, responsable de la intensa actividad sísmica del estado de California, en EE.UU. Dicha actividad causa importantes y frecuentes terremotos, que afectan especialmente a las dos grandes ciudades de la zona: San Francisco y Los Ángeles. Ambas ciudades están bien preparadas para resistir los terremotos. La construcción antisísmica es habitual en los nuevos edificios, y la red de prevención asegura una reacción rápida ante la amenaza de un terremoto. Los científicos de las estaciones de prevención y observación sismológica analizan constantemente las tensiones en la zona de la falla. Entre ellos existe la creencia de que las tensiones aumentan constantemente, y aunque los terremotos que se producen con frecuencia liberan parte de estas tensiones, no son suficiente para descargar las que se acumulan. Por ello, creen que, a medio plazo, se producirá un terrible terremoto, con un gran poder destructivo, que llaman «el Big One».
Comprender 3. Según el ciclo de Wilson, el origen de una dorsal oceánica se encuentra en la formación de una cuenca oceánica a partir de una zona de litosfera continental. Allí comienza a salir material del manto que va formando, poco a poco, una enorme cordillera, que constituirá la denominada dorsal oceánica. Explicar 4. Se producen cordilleras en los límites de las placas litosféricas, tanto en los límites constructivos (las dorsales en sí son enormes cordilleras submarinas) como en los límites destructivos (los procesos de subducción y obducción generan cordilleras, debido a las fuerzas de empuje que provocan el plegamiento y el levantamiento de los materiales). Un movimiento orogénico es un mecanismo de formación de cordilleras, que conlleva desplazamientos de masas rocosas en la horizontal e intensos plegamientos.
Actividades de la unidad Test de conocimientos ( pág. 47 ) 1. a) Las principales manifestaciones de la actividad interna de la Tierra son los volcanes y los terremotos.
Un geosinclinal es una zona oceánica deprimida cerca de los márgenes continentales, donde se acumula una gran cantidad de sedimentos. Un movimiento epirogénico es un mecanismo de formación de montañas que conlleva desplazamientos en la vertical. Estos movimientos son lentos y de ajuste, y se originan cuando se desarrolla una pérdida de peso en un bloque tectónico, lo que determina su ascenso.
b) Se producen fundamentalmente en los límites de las placas litosféricas.
Los movimientos epirogénicos son especialmente constatables en las zonas litorales. En estas regiones, pequeñas oscilaciones en el nivel relativo del mar pueden tener consecuencias muy evidentes en la línea de la costa.
d) La actividad interna de la Tierra causa el movimiento de las placas litosféricas, lo que determina, a largo plazo, un reajuste en la situación geográfica de todas las áreas continentales.
c) Cambian de manera brusca el relieve y pueden llegar a provocar verdaderas catástrofes que tienen un elevado riesgo para la integridad física de las personas.
20
2. a) La corteza y una parte del manto superior forman la litosfera.
4.
Placa
Situación geográfica
Tipo de placa
b) La astenosfera es una parte del manto con un comportamiento plástico, lo que posibilita el desplazamiento de los bloques que forman la litosfera.
Eurasiática
Europa, Asia (excepto la India y el noreste asiático)
Mixta
Africana
África
Mixta
c) Mientras que las placas continentales presentan corteza continental y oceánica, hallándose en los continentes y una parte de los fondos oceánicos, las placas oceánicas tienen sólo corteza oceánica, y forman exclusivamente los fondos oceánicos.
Arábiga
Península Arábiga
Continental
De las islas Kuriles
Región oceánica al este de Asia
Oceánica
De las islas Filipinas
Región oceánica al este de Asia
Oceánica
Indoaustraliana
Australia, parte del océano Índico
Mixta
Pacífica
Océano Pacífico
Oceánica
De la isla de Cocos
Región oceánica al oeste de América Central
Oceánica
De Nazca
Región oceánica al oeste de América del Sur
Oceánica
Del Caribe
Mar Caribe
Oceánica
Norteamericana
América del Norte
Mixta
Sudamericana
América del Sur
Mixta
Antártica
Antártida, océano Glacial Antártico
Mixta
3. a) Las dorsales son cordilleras enormes de miles de kilómetros, dispuestas a lo largo de las zonas centrales de los océanos. Son puntos de formación de litosfera oceánica: por su hendidura central surgen materiales que van solidificando y formando las placas oceánicas a ambos lados de la dorsal. Ver dibujo en la página 38 del libro del alumno. b) Suelen coincidir con los límites de las placas litosféricas y son áreas con numerosas fracturas en la litosfera que permiten la salida de materiales magmáticos de las zonas más profundas. Ver dibujo en la página 37 del libro del alumno (límite convergente). c) Desplazamiento preferente de masas rocosas en el plano vertical que determina la génesis de montañas mediante elevación de un bloque litosférico por reajuste isostático tras la pérdida de carga. Dibujo: libre (expresar con bloques el movimiento de compensación que se origina, por ejemplo, tras la pérdida de masa debida a la erosión superficial).
5. Los límites convergentes originan la formación de cordilleras, el acercamiento entre placas por destrucción de litosfera oceánica, la actividad sísmica y la actividad volcánica. Los límites divergentes producen formación de cordilleras (dorsales), separación entre placas por expansión de los fondos oceánicos, ruptura de continentes, formación de océanos, actividad sísmica y actividad volcánica. Los límites transformantes producen una fuerte fricción y actividad sísmica.
d) Un movimiento orogénico es un movimiento horizontal de la litosfera que ocasiona intensos plegamientos de los materiales y formación de las cordilleras en zonas donde contactan placas litosféricas. Ver dibujo en la página 43 del libro del alumno. e) Un sinclinal es la parte cóncava de un pliegue que se produce al deformarse la corteza terrestre durante esfuerzos compresivos. Ver dibujo en la pág. 44 del libro del alumno. f) Asociación de pliegues cuyos planos axiales convergen hacia arriba. Ver dibujo en la página 44 del libro del alumno.
6. a) Las corrientes de convección del fluido de la astenosfera surgen como en cualquier fluido que está en contacto con un foco de calor. El calor hace que los materiales suban, que se trasladen horizontalmente cerca de la superficie y que bajen al enfriarse. Así se forma una corriente cíclica que mueve las placas. Ver esquema en la página 38 del libro del alumno. 21
Soluciones de las actividades b) Este modelo plantea que las placas se mueven por las fuerzas que se ejercen en los límites entre ellas. La salida de materiales en una dorsal crea un impulso que provoca el deslizamiento a ambos lados de la dorsal.
materiales por una dorsal, lo que causa la expansión de los fondos oceánicos. El movimiento de la placa oceánica finaliza con la subducción de la misma bajo la placa continental (a la izquierda), con la consiguiente destrucción de litosfera oceánica.
7. Ver esquema del ciclo en la página 42 del libro del alumno.
Estos procesos se originan en los límites de las placas litosféricas. Estos procesos tienen lugar actualmente, por ejemplo, en el océano Atlántico (dorsal atlántica) y en la zona de contacto entre la placa sudamericana y la de Nazca.
El ciclo de Wilson describe el proceso por el que se produce la separación de dos áreas continentales, mediante la formación de una cuenca oceánica tras la aparición de una dorsal. Inmediatamente después de la aparición de la dorsal, tiene lugar la expansión de los fondos oceánicos a ambos lados de la misma. En las áreas continentales que se estaban separando de la dorsal aparecen zonas de subducción con la consiguiente formación de cordilleras. Poco a poco se va cerrando la cuenca oceánica y, al producirse la obducción, se genera una cordillera que cumple el papel de zona de sutura entre las dos placas antiguamente separadas.
b) Los límites de las placas litosféricas son zonas de alta actividad sísmica y volcánica debido a los contactos que existen entre las mismas. Los terremotos son más frecuentes e intensos en el plano de Benioff, en las zonas de subducción.
3. Se deben trazar en el mapa círculos con centro en cada una de las ciudades citadas y radio de las distancias mencionadas (transformados a la escala del mapa). Los círculos señalarán una zona del centro de Italia, concretamente entre Perugia y Asís.
Test de capacidades ( pág. 47 ) 1. a) Para resolver esta actividad hay que analizar el mapa, interpretar los movimientos de las zonas continentales y detectar aquellas zonas donde existe la posibilidad de que chocasen los continentes. Así, podríamos postular que aparecerían cordilleras en el este de Asia, en el contacto entre la placa norteamericana y la eurasiática. b) Sí. Nuevamente, analizando los movimientos descritos en el mapa, podemos imaginar que se producirá la fractura del continente americano, por la zona de América Central.
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
Los volcanes en España Esta parte de la unidad tiene el objetivo de conocer la existencia de los fenómenos volcánicos acontecidos en nuestro país (fundamentalmente en Cataluña y Canarias), así como adentrarnos en el campo de la vulcanología con un manejo de vocabulario algo más específico, propio de este campo. Es de destacar que, aunque solemos considerar que sólo las islas Canarias son territorios volcánicos, existen importantes y extensas manifestaciones de vulcanismo en el pasado de la península Ibérica. La zona más llamativa por los restos volcánicos es la Garrotxa. Pero también aparecen estos restos en el Campo de Calatrava (Ciudad Real), el Cabo de Gata (Almería), ciertas zonas del País Vasco, etc. Prestamos, en el informe, una mayor atención a las islas Canarias, por constituir el territorio volcánico de mayor importancia en la actualidad, puesto que se trata de la zona de nuestro territorio en la que se han registrado las erupciones más recientes.
c) Respuesta libre. Los alumnos deberán respetar las actuales líneas de colisión y de origen, así como las diferentes direcciones de desplazamiento. Deben repetir algunas de las ideas de las actividades anteriores: fractura de continentes, posibles nuevas cordilleras, apertura de cuencas oceánicas (por ejemplo, en el Valle del Rift africano), etc.
2. a) El esquema supone un resumen de los principales fenómenos que explica la tectónica de placas. A la derecha, se produce la salida de 22
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Glosario conceptual de autoevaluación. Como en la unidad anterior, proponemos la elaboración de pequeñas fichas que contengan un concepto para que al final, con todas ellas, el alumno pueda realizar un examen conceptual de autoevaluación. En este caso, los alumnos y alumnas encontrarán numerosos términos en la unidad, muchos de los cuales son bastante complejos. De ahí que esta actividad pueda ser muy interesante para que, al final, dispongan de un resumen bastante completo de la lección.
• Un volcán en erupción. Podemos decorar un matraz con plastilina u otros materiales simulando un cono volcánico. Mezclamos bicarbonato sódico con colorante de cocina y lo introducimos en el «volcán-matraz». Añadimos vinagre y se produce una «erupción». Se puede aprovechar para profundizar en las reacciones químicas producidas entre el bicarbonato sódico (NaHCO3) y el vinagre (CH3 –COOH). Aunque estas reacciones no son peligrosas, utilizar la práctica para recordar a los alumnos y alumnas las precauciones habituales en el laboratorio.
• El «quesito» terrestre. Se puede construir una representación de la estructura interna de la Tierra con los materiales que queramos, cartulina, porespan, madera, etc., en la que queden claramente reflejadas las diferentes partes en las que se divide el interior del planeta. Intentar que los alumnos respeten las proporciones entre las capas. No es necesario que construyan toda la esfera terrestre, basta con que realicen un modelo a escala de una porción, un «quesito». La parte externa (la correspondiente a la corteza) puede tener relieve: para ello basta con aplicar trozos de papel de periódico mojado (en cola diluida con agua), cubrirlos con papel higiénico o de cocina y pasar un pincel con cola blanca diluida. La superficie así realizada se puede pintar con témpera.
• La superficie activa de nuestro planeta. Realizar una investigación para encontrar las manifestaciones tanto sísmicas como volcánicas registradas en el planeta en los últimos años. Confeccionar una transparencia con las diferentes placas litosféricas (se puede utilizar el mapa que aparece en el libro del alumno), otra con las zonas con mayor actividad sísmica, una más con las zonas que registran mayor actividad volcánica, y otra con todos los países del mundo. Ir superponiendo unas con otras para reflejar la correlación existente entre los límites de las placas con zonas de alta actividad sísmica y volcánica. Podemos estudiar así la lista de los países con mayor riesgo de sufrir catástrofes a causa de estos procesos.
• Murales sobre los fenómenos sísmicos y volcánicos. Realizar paneles sobre los volcanes y los terremotos. En los de terremotos sería conveniente reflejar la diferencia entre los distintos tipos de ondas y en los de volcanes mencionar los diversos tipos de materiales expulsados, así como los diferentes tipos de erupciones volcánicas. Tomar información de la unidad, o bien proponer a los alumnos y alumnas la búsqueda de datos e imágenes en Internet.
• Escalas de la sismología. Proponer a los alumnos y alumnas que desarrollen un trabajo que profundice en el estudio de las ondas sísmicas (tipos, interpretación, etc.), las escalas sísmicas (Richter, Mercalli, etc.) y en los diferentes tipos de aparatos que se utilizan en la actualidad para registrar la intensidad de los terremotos. • Historia de la teoría de la tectónica de placas. Buscar lecturas de Alfred Wegener, de Tuzzo Wilson y de otros científicos relacionados con la tectónica de placas así como de sismólogos o vulcanólogos famosos. Proponer a los alumnos y alumnas que encuentren datos para responder a las siguientes preguntas: ¿Cuándo se inició el estudio de estos procesos?. ¿Cómo se investigaban antes?. Intentar que describan los métodos de investigación y las teorías, desde las más antiguas concepciones tectónicas, con los más rudimentarios métodos, hasta la visión global de nuestro planeta como un ente dinámico, obtenida gracias a las teorías más desarrolladas y a los instrumentos de estudio, bastante más precisos, de los que disponemos en la actualidad.
• Geoplástica. Realizar moldes en plastilina u otro tipo de material de los diferentes procesos y estructuras que aparecen durante la unidad, subducción, obducción, tipos de volcanes, así como diferentes estructuras tectónicas: pliegues y fallas. En este caso es de especial valor que los bloques que los alumnos construyan puedan moverse, de forma que representen varios tipos de fallas. Proponerles que utilicen plastilina de diferentes colores para hacer los «estratos» con los que se suelen representar gráficamente este tipo de formaciones, con el objeto de hacer más didáctica la representación. 23
03 Historia de la Tierra y de la vida PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Diferenciar los distintos métodos que nos permiten determinar la edad de la Tierra y de los materiales que la forman. • Conocer las principales claves del proceso de formación del planeta y algunos de los cambios que se han producido durante su historia. • Explicar qué es un fósil y valorar la información que podemos obtener de estos restos. • Establecer correctamente la sucesión de eras y períodos en la historia de la Tierra. • Identificar las principales características tectónicas, climáticas y biológicas de las diferentes eras y sus períodos en la historia del planeta. • Describir algunos de los más importantes seres vivos del pasado. • Situar correctamente en la línea del tiempo de la Tierra, la aparición de la especie humana.
Una de las muchas «bisagras» que hay entre las disciplinas que configuran el área de Ciencias de la Naturaleza y, en especial, entre la Biología y la Geología, es la unidad en la que nos encontramos: la historia de la Tierra y de la vida. El origen del planeta en el que vivimos, el origen de la vida, nuestro origen como especie son temas del mayor interés científico. Muchos de ellos están aún rodeados de enigmas, presentan numerosis aspectos todavía por investigar y cuestiones pendientes que no pueden ser resueltas por no disponer de la información adecuada. Investigar en este campo implica tener que confiar en gran medida en la suerte, en la escasa probabilidad de encontrar fósiles que nos permitan establecer nuevas relaciones y obtener nuevos datos sobre el pasado del planeta.
Contenidos S O T P E C N O C
• • • • • • •
Edad relativa. Edad absoluta. La era Precámbrica. Origen del planeta y de la vida. La era Paleozoica. Clima, flora y fauna. La era Mesozoica. Clima, flora y fauna. La era Cenozoica. Clima, flora y fauna. La evolución de la especie humana.
S O T N E I M I D E C O R P
• Interpretación de algunas tablas cronológicas relacionadas con el contenido de la unidad. • Reconocimiento de características tectónicas, climáticas y biológicas asociadas a las diferentes eras y períodos en la historia de la Tierra. • Observación de diversos fósiles determinando cronológicamente sus eras y períodos de existencia. • Utilización de imágenes para el entendimiento de algunos conceptos.
S E D U T I T C A
• Despertar el interés por comprender la importancia del pasado, y descubrir cómo el presente es determinante en nuestro futuro. • Adquirir concienciación de la importancia del clima en la evolución de la vida. • Valorar los esfuerzos desarrollados por muchos científicos para establecer conocimientos en esta área. 24
Contenidos transversales
Actividades
Educación ambiental
Actividades de desarrollo Sería conveniente que los alumnos realizaran algún tipo de cuadro-esquema personal, semejante al del resumen de la unidad, para ubicar correctamente, a medida que van estudiando la unidad, aquellos acontecimientos de la historia de la Tierra y de la vida que consideren más relevantes.
Nuestros alumnos y alumnas deben entender la importancia científica de conocer el pasado de la Tierra, esa sucesión de acontecimientos que ha determinado nuestra presencia actual en el planeta. Explicarles que éste ha sido un largo camino, y por ello es más importante aún que entiendan la importancia de nuestro presente. El día a día escribe ya las páginas de la historia del futuro, un futuro incierto por la contaminación, por la extinción de especies, por el aumento indiscriminado de los resíduos, por las enfermedades, por el hambre y la pobreza en buena parte del mundo, por la totalidad de problemas sociales y medioambientales que vivimos hoy y que son la base del mañana. Apreciar el presente es cuidar el clima y los ecosistemas, utilizar tecnologías limpias y respetuosas con el ambiente, disminuir los consumos energéticos, utilizar energías alternativas a los combustibles fósiles, reciclar, reutilizar, repartir, seguir el camino de un desarrollo sostenible, vivir en el entorno, no a costa del entorno. Apreciar el presente supone tener futuro.
Actividades de refuerzo Se pueden realizar diferentes paneles que contengan cada uno las características más importantes de las eras en las que se divide la historia de la Tierra. También se puede desarrollar algún tipo de juego que identifique cronológicamente diferentes acontecimientos de la historia de la Tierra y de la vida.
Actividades de ampliación Los alumnos pueden indagar en los distintos procesos de fosilización. También los alumnos pueden investigar más profundamente sobre el proceso de formación del planeta y de sus distintas capas, tanto interiores (corteza, manto y núcleo) como exteriores (atmósfera, hidrosfera y biosfera), o estudiar los diferentes métodos de datación absoluta de materiales.
Criterios de evaluación • Explicar las distintas formas de conocer la edad de la Tierra y sus materiales.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
• Ubicar correctamente las distintas eras y períodos en los que se divide la historia de la Tierra.
En nuestra escala tempo- Actividades B M ral, toda la historia de la ES, pág. 50 1 humanidad puede llegar T2, pág. 55 1 2 a ser considerada como T3, pág. 57 1, 2 mucho tiempo, pero, a es- T4, pág. 59 2 cala geológica, no es prác- T5, pág. 61 1 2 ticamente nada. La difi2,4, cultad de este tema radica TC, pág. 63 1, 5 6 en manejar períodos de TP, pág. 64 tiempo que son inimagi- TR, pág. 65 X nables, comparados con la EX, pág. 65 X duración de nuestra vida. Una vez que se ajusta la mente para manejar correctamente semejantes rangos temporales, se superan las posibles dificultades y el tema resulta de fácil comprensión para el alumnado.
• Describir los procesos acontecidos en el Precámbrico. • Conocer las características más importantes del Paleozoico. • Conocer las características más importantes del Mesozoico. • Conocer las características más importantes del Cenozoico. • Enumerar los principales homínidos fósiles y ordenarlos según la época en que vivieron. • Identificar cronológicamente diferentes acontecimientos de la historia de la Tierra y de la vida. 25
A 3 3 1 3
1
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 50 )
PIENSA Y RESPONDE
1. Son fósiles. Se originan al enterrarse esas estructuras junto con otros depósitos, en condiciones adecuadas que permiten la fosilización. El más bajo. El más alto. Porque los estratos inferiores se depositan antes que los superiores. Que las estructuras de los estratos inferiores se dan con anterioridad a las estructuras de los estratos superiores. Podemos, de esta manera, ir reconstruyendo cronológicamente la aparición y desaparición de diferentes grupos de fauna y flora, además de obtener conocimiento de otras muchas características de la historia de la Tierra. No. Han existido períodos glaciares en los que gran parte de la superficie estaba cubierta por los hielos. Los procesos evolutivos de las especies con una continua adaptación a las cambiantes condiciones del medio han ido determinando los diferentes cambios biológicos desde el origen de la Tierra. Desde los individuos procariotas, unicelulares, anaerobios, y sencillos a la hora de cumplir con las funciones vitales, se ha pasado a la existencia de individuos eucariotas, pluricelulares, aerobios y altamente especializados en dichas funciones, colonizadores de todos los medios y sustratos y en los que el desarrollo de un sistema nervioso cada vez más complejo ha determinado la capacidad, incluso, de poder pensar y razonar. Sí, los seres vivos se relacionan con muchas moléculas que desempeñan papeles muy importantes en las condiciones físico-químicas del planeta. Por ejemplo, el CO 2 interviene en los incrementos del efecto invernadero que produce un excesivo calentamiento global del planeta y, a la vez, interviene en los procesos de respiración y fotosíntesis en seres vivos. Además, sólo pensar en la capacidad que tiene el ser humano para contaminar física y químicamente el planeta justificaría una postura afirmativa en esta respuesta.
En la fotografía podemos llegar a identificar once estratos (aunque este número depende mucho de qué consideremos estrato, por lo que podemos admitir cualquier respuesta por parte del alumnado, la clave es la actividad siguiente, referente al orden de su depósito). El más alto será el número 11 y el más bajo, el número 1 porque es el primero que se ha depositado.
¿Qué debes saber? ( pág. 51 )
2. La transformación metamórfica de las rocas en esta era destruyó muchos de los restos orgánicos de los seres vivos, que ya eran escasos y de una estructura simple y poco fosilizable. Por otra parte, al ser los fósiles más antiguos, han estado expuestos a millones de años de dinámica de la Tierra, que los ha hecho realmente escasos.
2. Respuestas personales. 150.000 metros para situar el origen de una célula eucariótica, 250.000 metros para situar el de la fotosíntesis, 380.000 metros para el de la vida y 450.000 metros para el de la Tierra. 26
Imagen activa 1. Pez fósil Las partes del pez pasaron a formar parte de la propia roca sedimentaria, mediante un proceso de fosilización, manteniendo la estructura que tenían cuando fueron enterrados. Esas impresiones de los estratos son, pues, fósiles, restos estructurales de seres vivos, huellas y otros restos orgánicos (como los excrementos), que se mineralizaron durante la formación de la roca sedimentaria en la que están incluidos.
TAREA 2 El Precámbrico ( pág. 54 ) Actividades Recordar 1. En el período Arcaico, que es en el que se han encontrado los restos más antiguos de seres vivos, se originó una atmósfera formada por los gases procedentes de los magmas incandescentes. Esta atmósfera estaba constituida por una combinación de dióxido de carbono (CO 2), nitrógeno, amoniaco (NH 3), metano (CH 4) y vapor de agua. La atmósfera era reductora debido a la ausencia total de oxígeno, por lo que, además, no se podía formar ozono y, como consecuencia, la radiación ultravioleta llegaba en su totalidad a la superficie terrestre. El clima fue frío y húmedo durante todo el Precámbrico.
Comprender
TAREA 5
3. Se originaron estos materiales en unas condiciones ambientales poco cálidas; el clima fue frío y húmedo durante todo el Precámbrico, lo que facilitó el desarrollo de los procesos citados. Aparecieron reacciones oxidativas, contra las que aquellos seres vivos debieron protegerse, y adaptarse a las nuevas circunstancias aerobias.
El Cenozoico ( pág. 60 )
TAREA 3 El Paleozoico ( pág. 56 )
2. Se acentuaron las diferencias estacionales y esa permanente variación anual climática potenció el aumento de especies de árboles de hoja caduca.
Actividades Explicar 1. Durante la colisión de la India con Eurasia se origina la cordillera del Himalaya. Esta cordillera se engloba en la orogenia Alpina.
Actividades
3. La forma de crecimiento de las gramíneas es una adaptación a la forma de comer de los herbívoros. Estos animales debían alimentarse de las partes superiores de estas hierbas, dejando sin comer la parte del tallo cercana al suelo (no apuraban la planta hasta ras de suelo). Las gramíneas, gracias a su especializado sistema de crecimiento, que les permitía desarrollarse a partir de los tejidos no comidos por los herbívoros, pudieron sobrevivir, y así lograron expandirse durante el Terciario a pesar de que grandes manadas de herbívoros pastaran en las praderas.
Explicar 1. Porque no consiguieron desarrollar los mecanismos adaptativos necesarios para independizarse del agua. Los reptiles. Tenían la epidermis cubierta de escamas y una cubierta impermeable. 2. El clima en el norte de Europa en aquella época era cálido y desértico. 3. Muchas cosas influyen. El movimiento de las placas tectónicas determina la ubicación geográfica de los continentes sobre la superficie terrestre a lo largo del tiempo, el movimiento del eje de la Tierra influye en una mayor o menor incidencia perpendicular de los rayos solares, los cambios naturales en la atmósfera pueden influir en un mayor o menor calentamiento terrestre, incluso los seres vivos pueden influir; pero, y sobre todo, la contaminación provocada por el ser humano.
Actividades de la unidad Test de conocimientos ( pág. 63 ) 1. Trilobite: Paleozoico. Ammonites: Mesozoico. Huella de dinosaurio: Mesozoico. Cráneo de homínido: Cenozoico. Mamut: Cenozoico. Helecho: Paleozoico.
TAREA 4 El Mesozoico ( pág. 58 )
2. Durante el Precámbrico existen indicios de que tres continentes del hemisferio Norte y dos del Sur colisionaron formando el continente llamado Pangea l. Durante el Paleozoico se fragmenta en cuatro continentes, tres en el hemisferio Norte y uno en el Sur, que vuelven otra vez a juntarse a finales de esta era formando el continente Pangea II. Durante el Mesozoico se vuelve a fragmentar y la separación entre los distintos continentes nos llega hasta la actualidad en la era Cenozoica.
Actividades Explicar 1. Que tenían un comportamiento familiar o gregario, posiblemente una o varias familias marchaban juntas para facilitar tareas de ataque, defensa, vigilancia, etc. 2. Sugiere que a partir de los reptiles evolucionaron tanto aves como mamíferos. 27
Soluciones de las actividades Durante el Precámbrico el clima fue frío y húmedo, más tarde, en el Paleozoico, se dio la alternancia de períodos cálidos y templados con épocas glaciares, que termina con glaciaciones en el continente Austral y clima cálido y desértico en el Norte. La mayor parte del Mesozoico fue cálido hasta el enfriamiento final y en el Cenozoico asistimos a un calentamiento paulatino durante el Terciario, el clima se enfría al final de esta era y comienza una alternancia de períodos glaciares e interglaciares que dura hasta la actualidad. En el Precámbrico se origina la vida y podemos observar las primeras bacterias, algas multicelulares y animales de cuerpo blando. En el Paleozoico se produce la expansión de los invertebrados, aparecen los primeros peces, anfibios, reptiles, helechos y gimnospermas. Durante el Mesozoico tiene lugar la expansión de los helechos y equisetos, sustituidos más tarde por el auge de las coníferas, la aparición de angiospermas, la proliferación de los peces óseos, la expansión y extinción de los grandes reptiles y la aparición de las primeras aves y mamíferos. En el Cenozoico, la expansión de angiospermas y de los mamíferos y el origen del ser humano.
3. Los fósiles más abundantes en las rocas son los trilobites, aunque también encontramos muchos braquiópodos. Debido a esa abundancia, nuestra elección serían los trilobites. 4. Plantas
Células Vasos Fotoeucaconduc- Flores Frutos síntesis riotas tores
Pteridófitos
X
X
X
Gimnospermas
X
X
X
X
Angiospermas
X
X
X
X
X
El criterio que nos permie relacionarlas es que todas las plantas tienen células eucariotas, realizan la fotosíntesis y tienen vasos conductores. Animales
Células eucariotas
Esqueleto óseo
Invertebrados Peces Anfibios Reptiles Aves Mamíferos
X X X X X X
X X X X X
Independencia del agua
X X X
28
Todos los animales tienen células eucariotas. Además, tienen tejidos y son heterótrofos.
5. Proterozoico: Precámbrico (1.930 m.a.). Cretácico: Mesozoico (80 m.a.). Cuaternario: Cenozoico (0,01 m.a.). Jurásico: Mesozoico (63 m.a.). Pérmico: Paleozoico (45 m.a.). Ordovícico: Paleozoico (71 m.a.). 6. El superior corresponde al Precámbrico. El intermedio, al Mesozoico. El inferior, al Paleozoico.
Test de capacidades ( pág. 64 ) 1. Indican que dentro de la alternancia climática que ofreció el Paleozoico, el Carbonífero tuvo un período de clima cálido y templado. Se formó carbón. Restos vegetales quedan en-terrados en depósitos sedimentarios y van ganando poco a poco profundidad en unas condiciones anaerobias, en las que se da el ambiente adecuado para las reacciones químicas necesarias, que transforman esos restos orgánicos en carbón. Se originan por un proceso de evaporación que se desarrolla en un período cálido del final del Paleozoico. Estos fósiles son buenos indicadores de un clima cálido. Es un rasgo que caracteriza a los grupos animales que intentan independizarse del agua para colonizar ambientes terrestres. Estos rasgos se pueden interpretar como los inicios de los estomas y de los vasos conductores de las gimnospermas actuales. Las arcillas y los caparazones de crustáceos podrían hacernos dudar en un principio sobre su pertenencia a ambientes sedimentarios terrestres o marinos, pero las huellas de los cuadrúpedos nos orientan definitivamente a pensar que esos nichos arenosos se depositaron en un ambiente específicamente terrestre. Durante el Cuaternario se alternaron cuatro épocas muy frías, llamadas glaciares, con otras cuatro épocas, llamadas interglaciares, más cálidas. Esta alternancia climática fue la causante en esta época de la alternancia periódica entre formaciones vegetales con especies adaptadas a temperaturas bajas y otras formaciones, constituidas por plantas que estaban adaptadas a temperaturas altas.
Test de responsabilidad ( pág. 65 )
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
¿Una nueva gran extinción?
Esta parte del tema hace reflexionar al alumnado sobre la importancia del patrimonio geológico. Se tiende a pensar exclusivamente en la conservación de especies y formaciones biológicas, sin reflexionar que gran parte de la historia de la Tierra ha quedado registrada en restos inertes. Conservar los yacimientos de fósiles puede ayudar a obtener información de gran interés científico.
La historia de la Tierra ha reflejado la desaparición de grupos animales que dominaban la superficie terrestre, por ejemplo, el caso de los dinosaurios. ¿Nos tocará «desaparecer» a nosotros de forma natural, como mantienen algunas teorías o seremos capaces de manejar el ambiente de tal manera que podamos evitarlo? ¿Acaso, en vez de intentar evitarla, estamos potenciando con algunos factores «cotidianos» nuestra propia desaparición? Lo que parece evidente y necesario es que debemos respetar el ambiente en el que vivimos, llegar a un consenso global de desarrollo sostenible que facilite la satisfacción de las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas, en definitiva, vivir en armonía con el entorno. No dilapidemos en el presente nuestro propio futuro. La investigación trata estas cuestiones.
Experiencia ( pág. 65 ) Esta práctica simula el depósito de materiales en una cuenca sedimentaria. Se intenta reflejar cómo los materiales más pesados sedimentan primero y los menos pesados se depositan más tarde. Se puede intentar mezclar todos los materiales a la vez pero, para que se reflejase correctamente el proceso natural y quedasen los materiales claramente en esa lógica disposición, haría falta un gran volumen de agua y una mayor profundidad del recipiente.
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Un carrete fotográfico con la historia de la Tierra y de la vida. Se puede construir una tira larga de papel que contenga los acontecimientos más importantes de la historia de la Tierra y de la vida. Luego se puede enrollar a modo de carrete fotográfico para que lo primero que «salga del carrete» sea el origen del planeta. Es recomendable dibujar en el papel porque las fotografías pegadas se enrollan peor.
• Fabricando fósiles. Los alumnos podrían simular restos fósiles. Se puede utilizar plastilina, arcilla, una pastilla de jabón o cualquier material fácil de trabajar. Después se puede completar la actividad con un trabajo sobre el fósil sin olvidar la correcta clasificación del mismo. • ¿Qué hubo aquí? Intentar reconstruir el ambiente que hubo en la zona donde se sitúa el centro a lo largo de las diferentes eras. ¿Qué climas ha habido en esta zona a lo largo de los diferentes períodos geológicos? ¿Qué especies vegetales y animales se han ubicado en esta zona?
• Paneles con historia. Proponer a los alumnos y alumnas realizar paneles sobre las distintas eras de la historia de la Tierra. Reflejar siempre las cuatro características que va marcando el libro: situación de la litosfera, clima, flora y fauna, volcanes y terremotos. Buscar fotografías de los fósiles más importantes de cada era (la fuente más indicada es Internet).
• Diaporama cronológico. Realizar una presentación multimedia con música e imágenes que resuma la historia de la Tierra y de la vida. Importante: dejar clara la transición de unas eras a otras. • La era que viene. Poner nombre a la próxima era (se puede dividir también en períodos) e intentar imaginar y debatir sobre los cuatro aspectos que va marcando la unidad a lo largo de todas las eras: situación de la litosfera, clima, flora y fauna de la futura era.
• Juego cronológico. Los alumnos y alumnas podrían inventar algún tipo de juego que asociara acontecimientos de la historia de la Tierra y de la vida con eras o períodos determinados. Podría ser un juego del tipo «preguntas y respuestas».
29
04 La célula PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Definir la célula como unidad mínima de la vida, aplicando además los postulados de la teoría celular a la descripción de las células y de los seres vivos. • Conocer claramente la anatomía celular, relacionando los diferentes orgánulos y partes de la célula con las funciones que llevan a cabo. • Diferenciar los tipos de células: procariotas y eucariotas, y dentro de éstas, vegetales y animales. • Describir la nutrición celular. Comprender el concepto de metabolismo y el acoplamiento entre las reacciones del catabolismo y el anabolismo. • Analizar los procesos relacionados con la reproducción celular. Describir las diferentes fases de la mitosis y algunas de la meiosis, y explicar cuál es el objetivo de cada una de estas formas de división celular. • Estudiar la relación de la célula con el medio. Describir las formas de respuesta de las células ante los estímulos que captan en el entorno.
Nos adentramos en la Biología estudiando la unidad funcional y estructural mínima de los seres vivos, la célula. En esta lección los alumnos y alumnas deben reflexionar sobre la trascendencia de la célula para el mundo de lo vivo, e intentar comprender la complejidad celular en cuanto a anatomía, diversidad y cumplimiento de funciones vitales como si de un completo ser vivo se tratara: nutrición, reproducción y relación celular. Deben saber que mientras la célula es nexo común entre todos los seres vivos, parece que otras estructuras, los virus, desempeñan un papel fronterizo entre lo vivo y lo inerte. Los alumnos y alumnas deben tener muy claro que no se pueden entender bien las claves de la Biología si previamente no se conoce bien la célula, de ahí la importancia de esta unidad.
Contenidos
S O T P E C N O C
• • • • • • • • •
La teoría celular. Las funciones celulares. Membrana, citoplasma, núcleo y orgánulos celulares. Célula vegetal y célula animal. Nutrición y metabolismo celular. El ciclo celular. El material genético. Mitosis y meiosis. Respuesta celular a estímulos.
S O T N E I M I D E C O R P
• • • •
Utilización de imágenes para poder reconocer algunas formas y procesos celulares. Interpretación de algunos esquemas relacionados con la lección. Análisis de tablas conceptuales de la lección. Reconocimiento experimental de tipos celulares.
S E D U T I T C A
• Despertar el interés por el conocimiento de aquello que nos determina como parte del mundo vivo. • Concienciar sobre el importante papel que desempeña en la sociedad actual la investigación científica sobre las características y los procesos relacionados con las células. 30
Contenidos transversales
• Comprender el proceso de división celular mitótico.
Ciencia-tecnología-sociedad
• Comprender el proceso de división celular meiótico.
Los avances tecnológicos permiten cada vez un mayor conocimiento del mundo celular. Desde los primeros microscopios, desde las primeras técnicas citológicas, ha pasado ya mucho tiempo. Hoy, mejores aparatos y mejores técnicas de trabajo han dando sus frutos y se han realizado trascendentes descubrimientos en el campo de la citología. Ya miramos a las estrellas, al universo galáctico, pero aun así no debemos olvidarnos de progresar aún más en la observación del universo celular. Cada elemento de cada célula desempeña un papel importante para el desarrollo de cada vida y muchos de esos papeles están aún por descubrir. Serán ciertamente los avances tecnológicos los que nos ayudarán a progresar aún más en el estudio de las células.
• Explicar las respuestas celulares a determinados estímulos.
Actividades Actividades de desarrollo A lo largo del desarrollo didáctico de esta unidad podríamos ir completando un gran esquema que refle jase con claridad los conceptos más importantes. Actividades de refuerzo Construir una célula con porespán, plastilina, arcilla u otros materiales, diferenciando partes y orgánulos. Otra posibilidad sería realizar distintos paneles que contengan cada uno un concepto importante de la lección.
Educación para la salud Conocer las funciones vitales celulares es importante, ya que lo que hace un ser vivo lo hace también la célula. Un ser vivo se nutre, tiene un metabolismo y la célula también. Un ser vivo se reproduce y la célula también. Un ser vivo se relaciona con el medio y la célula también. De este modo, podríamos decir que la salud de los seres vivos guarda también relación con la salud de sus células. El hecho de conocerlas muy bien anatómica y funcionalmente, puede servirnos de ayuda para comprender otros aspectos relacionados con nuestra salud.
Actividades de ampliación Se pueden realizar más prácticas en el laboratorio, además de la que recomienda el libro de texto, por ejemplo se podrían preparar y observar algunas células de otros tejidos vegetales distintos del epidérmico o algunas células de tejidos animales, como las de nuestra propia mucosa bucal o las de tejidos diversos de diferentes animales.
Criterios de evaluación
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
• Definir correctamente la célula como unidad funcional y estructural de la vida.
Un elemento clave en Actividades B M A cuanto a la dificultad del ES, pág. 70 1 2 tema es el habitual con- T1, pág. 73 2 1 3 cepto erróneo, inducido a T2, pág. 75 1 y 2 3 4 veces por las representa- T3, pág. 77 1y2 ciones de los libros, rela- T4, pág. 80 3 1 y 2 cionado con la bidimen- T5, pág. 81 1 2 sionalidad de la célula. TC, pág. 83 1 y 2 5 y 6 3 y 4 Tratar de hacer entender TP, pág. 84 1-3 4 a los alumnos que las cé- TR, pág 85 X lulas tienen volumen, no EX, pág 85 X son seres «planos».
• Conocer la anatomía celular. • Diferenciar los tipos de células. • Reconocer los procesos de intercambio de sustancias en la nutrición celular. • Describir las características más importantes del metabolismo celular. • Entender la estructura y función del material genético celular. 31
Soluciones de las actividades Presentación del Bloque II ( pág. 68 )
Expresa lo que sabes ( pág. 70 )
Las páginas 68 y 69 presentan una introducción general al bloque de temas dedicados a aspectos fundamentales en Biología, como lo son la célula, la genética y la evolución. Sirven de presentación y de exploración de conocimientos previos, por tanto, las soluciones propuestas a continuación son sólo orientativas. Es posible encontrar una gran diversidad de respuestas en función de los conocimientos de los alumnos y de su interés por el tema.
1. Respuesta libre. Todas ellas son células eucariotas, heterótrofas, y animales, pero, al margen de esas características comunes, el organismo de un niño está formado por tipos celulares distintos. Epiteliales, musculares, óseas, nerviosas, etc. 2. No, no todas las células son iguales. Membrana exterior, citoplasma, material genético y cumplen las funciones vitales. Eucariotas o procariotas en función de si tienen o no un núcleo diferenciado. Autótrofas o heterótrofas si incorporan sólo materia inorgánica a la hora de realizar su nutrición o también incorporan materia orgánica.
1. a) La célula es la estructura más pequeña dotada de vida. Se compone de membrana plasmática, citoplasma y núcleo. b) No, no todas las células son iguales. Sí, hay seres vivos con una sola célula. No, en un ser vivo pluricelular las células no son idénticas. c) Material genético en ambos casos. El mismo.
¿Qué debes saber? ( pág. 71 )
2. a) Porque información genética de los padres es transmitida a los hijos.
RECUERDA Y RESPONDE. Diversidad celular
b) No, ni son todos iguales entre sí, ni son idénticos a los progenitores. Tienen en común las características propias de la especie y cambian aquellos caracteres hereditarios que están sujetos a variabilidad genética.
Son eucariotas, heterótrofas, no tienen pared celular, carecen de plastos, sólo presentan pequeñas vesículas y tienen centriolos.
c) Sí, un hombre y una mujer morenos pueden tener un hijo rubio si se dan las características hereditarias adecuadas.
Para poder ver las células se utilizan microscopios. Las unidades de longitud en el estudio de las células son el nanómetro, la micra y el milímetro. 1 nm ϭ 9 m, 1 micra ϭ 10 6 m y 1 mm ϭ 10 3 m. ϭ10
RECUERDA Y RESPONDE. Tamaños
Ϫ
3. a) El clavel cultivado ha ganado pétalos, tiene colores muy diversos y más intensos y resiste más tiempo cuando se corta. b) A lo largo de los años, los floricultores han seleccionado aquellos ejemplares con mejor aspecto. Han producido cambios en el número de pétalos, en la cantidad y calidad de colores y en la resistencia tras su corte. Cultivan claveles con variaciones que aparecen al azar y que en la naturaleza no se hubieran mantenido, porque no son realmente ventajosas. c) La naturaleza podría llevar a cabo dicho proceso manteniendo aspectos que fueran ventajosos, aparecidos por cambios al azar. Porque si es realmente una variación ventajosa, va a ayudar a dejar un mayor número de descendientes a la siguiente generación con esa misma información genética. 32
Ϫ
Ϫ
TAREA 1 Panorama: La célula. Unidad funcional y estructural de la vida ( pág. 72 )
Actividades Comprender 1. No, porque la teoría celular nos dice que todos los seres vivos tienen células y toda célula proviene de otra célula. Por ello, sabemos que no es posible la aparición de vida espontánea, partiendo de la nada. 2. Respuesta gráfica. Seguir un modelo similar al de la página 82 del libro del alumno.
Explicar
maño (las vesículas de secreción). Almacena sustancias procedentes del retículo endoplasmático que generalmente van a ser secretadas al exterior de la célula. El centríolo es un orgánulo exclusivo de las células animales. Es una estructura cilíndrica próxima al núcleo, que interviene en la división celular. Tanto cilios como flagelos son prolongaciones de la membrana plasmática. En sus bases se encuentran estructuras similares a los centriolos y ambos están relacionados con el movimiento celular. Sin embargo, mientras que los cilios son numerosos y cortos, los flagelos son muy largos y se presentan en menor número. Las vacuolas son bolsas limitadas por una membrana que acumulan en su interior sustancias de reserva o de desecho. El sistema vacuolar está mucho más desarrollado en las células vegetales que en las animales. Las mitocondrias son unas estructuras de forma ovoide. Están limitadas por una doble membrana, una exterior lisa y otra interior que forma pliegues hacia dentro, denominados crestas mitocondriales. Dentro queda un espacio, la matriz. En las mitocondrias se producen la mayor parte de las reacciones metabólicas destinadas a la obtención de energía para la actividad celular. Los plastos son orgánulos generalmente ovoides, presentes únicamente en células vegetales, los más importantes son los cloroplastos, que contienen la clorofila y en ellos se produce la fotosíntesis. La membrana nuclear es la estructura que rodea al núcleo celular, es doble y está perforada por poros. Comunica con el retículo endoplasmático rugoso. Su función es regular el intercambio de sustancias entre núcleo y citoplasma. Un nucleolo es una estructura esférica sin membrana formada por ácidos nucleicos y proteínas. En el interior del núcleo se encuentra una sustancia, la cromatina, que está constituida por ADN y proteínas. Es la sustancia que almacena, codificada en su molécula, la información genética.
3. 1 milímetro ϭ 103 micras. Si cada célula de la piel mide 15 micras de longitud, en una distancia de 1.000 micras caben 66 de estas células.
TAREA 2 Anatomía de la célula ( pág. 74 ) Actividades Recordar 1. Modelo de resumen. Los alumnos pueden realizar uno mucho menos completo, o presentarlo como un esquema o un cuadro. La membrana plasmática es una lámina formada por una doble capa de fosfolípidos y proteínas que separa el interior y exterior celular. Regula todo el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular, protege a la célula y la identifica frente a otras células. La pared celular es una lámina dura de celulosa que tienen las células vegetales cubriendo la membrana plasmática. El citoplasma es la zona situada entre la membrana plasmática y la membrana nuclear, está ocupada por un fluido (hialoplasma) donde se encuentran los orgánulos y los filamentos de proteínas que dan forma a la célula (citoesqueleto). Los ribosomas son partículas esféricas con dos subunidades de tamaño diferente, muy abundantes, libres en el citoplasma o asociadas a membranas. Se encargan de la síntesis de proteínas. El retículo endoplasmático es un conjunto de membranas que limita cavidades, tubos y cisternas comunicadas entre sí, y con la membrana plasmática y con la nuclear. Existen dos tipos: retículo endoplasmático rugoso, próximo al núcleo y en contacto con su envoltura, con ribosomas adosados a sus membranas; y retículo endoplasmático liso, alejado del núcleo y sin ribosomas. La función del retículo endoplasmático es el transporte de sustancias, especialmente de las proteínas fabricadas por los ribosomas de su membrana. El aparato de Golgi está formado por vesículas que se apilan entre sí, denominadas dictiosomas, rodeadas de otras vesículas de menor ta-
2. La cromatina es una sustancia amorfa que ocupa la mayor parte del núcleo. Está formada por ADN asociado a proteínas. Estas cadenas de ADN contienen la información genética de la célula. 33
Soluciones de las actividades TAREA 4 La reproducción celular. Mitosis y meiosis ( pág. 78 )
Los cromosomas se visualizan durante la división celular y son estructuras gruesas y visibles que provienen de la condensación de la cromatina.
Comprender
Actividades
3. Fotosíntesis: cloroplastos. Intercambio de sustancias: membrana plasmática. Información genética: núcleo. Síntesis de proteínas: ribosomas. Respiración: mitocondrias. Transporte: retículo endoplasmático. Digestión: lisosomas. 4. La función del aparato de Golgi es almacenar sustancias que generalmente van a ser secretadas al exterior de la célula. El páncreas produce el jugo pancreático que interviene en el proceso digestivo humano, por lo que las células del páncreas tienen muy desarrollado el aparato de Golgi con el objetivo de poder almacenar ese jugo para cuando se necesite realizar dicha función.
Recordar 1. Su número haploide sería 13 cromosomas. El número de pares de cromosomas homólogos sería 13. Los 26 cromosomas forman 13 parejas. Al final de la primera división meiótica tendría 13 cromosomas. El número de cromosomas en cada una de las cuatro células que se producen tras su proceso meiótico completo sería 13 cromosomas. Comprender 2. Porque una célula haploide sólo presenta una serie de cromosomas y, por ello, en la anafase I de la meiosis no pueden emigrar a los polos cromosomas homólogos enteros.
TAREA 3 La nutrición celular. Metabolismo ( pág. 76 )
3. Proceso a llevar a cabo por el alumno. Vigilar la simulación fase a fase en ambos procesos y al final deberían aparecer dos células con cuatro cromosomas después del proceso mitótico y cuatro células con dos cromosomas después del proceso meiótico.
Actividades Comprender 1. Las células almacenan dicha energía química en forma de ATP (adenosín trifosfato), que es una molécula que almacena energía en sus enlaces. Las enzimas son las proteínas que controlan todas las reacciones del metabolismo celular.
TAREA 5 Las funciones de relación en la célula ( pág. 81 )
Explicar 2. Son dos procesos del metabolismo celular, pero mientras el anabolismo produce moléculas para la construcción de la propia materia celular y consume energía, el catabolismo degrada moléculas complejas y libera energía. Ambos procesos incorporan materia inorgánica para realizar la nutrición celular, pero el metabolismo heterótrofo también incorpora materia orgánica para tal fin. La energía solar es energía radiante, y comprende energía luminosa y calor. Sólo la energía luminosa es utilizada por los seres fotoautótrofos, con el objetivo de transformarla, durante el proceso fotosintético, en energía química utilizable por los mismos.
Imagen activa 1. Ameba A pesar de ser unicelular, debe tener mecanismos de obtención de información del entorno y poder llevar a cabo respuestas adecuadas, aunque serán bastante simples.
Actividades Recordar 1. Las respuestas de las células a los diferentes estímulos del medio pueden ser muy distintas y pueden manifestarse en cambio de forma, movimiento, cambios en el metabolismo, secreciones, etc. 34
En algunas ocasiones, cuando las condiciones ambientales son muy adversas, las células se enquistan, recubriéndose de una pared protectora dura y resistente, y reduciendo al mínimo su actividad metabólica.
mático rugoso (izquierda) y centríolo (derecha). Ver la página 75 del libro del alumno para las partes que se pueden identificar en cada uno.
3. Porque la mitosis es una división celular conservadora, es decir, las células hijas que se forman conservan el mismo número de cromosomas e idéntica información genética que la célula que las origina. Porque al principio, las primeras células generadas de una misma célula huevo son totipotenciales, no están aún tan diferenciadas, pero, poco a poco, las células que posteriormente se van produciendo van expresando únicamente la información que requieren las características propias de los tejidos y órganos de los que van a formar parte.
2. Que no se conseguiría el funcionamiento integral y coordinado de tejidos y órganos. A estímulos químicos en el primer caso y a estímulos luminosos en el segundo.
Actividades de la unidad Test de conocimientos ( pág. 83 ) 1. El retículo endoplasmático rugoso se encuentra próximo al núcleo y es un conjunto de membranas que limita a cavidades, tubos y cisternas comunicadas entre sí y con la membrana nuclear. La cromatina es una sustancia amorfa que ocupa la mayor parte del núcleo y está formada por ADN asociada a proteínas. La membrana plasmática es una lámina formada por una doble capa de fosfolípidos y proteínas que separa el interior y exterior celular. La membrana nuclear es la estructura que rodea al núcleo celular, es doble y está perforada por poros. Los tilacoides son las láminas y sacos aplanados que forma la membrana interior de los cloroplastos. Los ribosomas son partículas esféricas formadas por dos subunidades de diferentes tamaños que se encuentran en gran número en el citoplasma o asociadas a membranas. El aparato de Golgi es un conjunto de vesículas que se apilan entre sí, denominadas dictiosomas, rodeadas de otras vesículas de menor tamaño (las vesículas de secreción). Se encuentra normalmente cerca del retículo endoplasmático. El nucleoplasma es la sustancia que ocupa el interior del núcleo celular donde se encuentran inmersos la cromatina y el nucléolo. Las crestas mitocondriales son los pliegues que forma la membrana interior de las mitocondrias.
4. El cariotipo pertenece a una célula diploide porque se puede observar perfectamente la existencia de dos series de cromosomas iguales dos a dos. Porque en las células diploides se pueden observar parejas de cromosomas homólogos iguales dos a dos. 5. Las reacciones primera y tercera son reacciones catabólicas porque degradan moléculas comple jas liberando energía y las reacciones segunda y cuarta son reacciones anabólicas porque producen moléculas complejas consumiendo energía. 6.
Mitosis
Meiosis
Pueden realizarla todas las células
Sólo la realizan células diploides
Se produce una sola división
Se producen dos divisiones sucesivas
Resultan dos células hijas
Resultan cuatro células hijas
Mantenimiento total de la información genética
La información genética se reduce a la mitad
Mientras que después del proceso mitótico deben quedar dos células de idéntica información a la célula original, tras el desarrollo del proceso meiótico deben quedar cuatro células con la mitad de la información genética de la célula original. En la anafase I, los cromosomas no se rompen en sus cromátidas, sino que emigran enteros a los polos, de tal forma que, si un cromosoma emigra a un polo, su homólogo lo hace al
2. Arriba, mitocondria (izquierda) y flagelo (derecha). En el centro, aparato de Golgi (izquierda) y cloroplasto (derecha). Abajo, retículo endoplas35
Soluciones de las actividades 4. Completar el dibujo poniendo encima de catabolismo «moléculas complejas» y debajo «moléculas simples», y poniendo encima de anabolismo «moléculas para la construcción de la propia materia celular» y debajo «moléculas simples». Porque la energía y los productos que se generan en reacciones catabólicas son utilizados en reacciones anabólicas. Energía en forma de ATP. No, porque desconocemos la fuente primaria de materia y energía, no sabemos si es el alimento (como en una célula heterótrofa) o materia inorgánica junto con energía luminosa (como en una autótrofa). Habría que añadir la fotosíntesis al esquema, como parte del anabolismo, como fuente de moléculas simples que podrían ser convertidas en la propia materia de la célula.
opuesto. Como consecuencia de ello, en esta fase tienen lugar la reducción del número de cromosomas a la mitad. Este proceso sucede para conseguir el objetivo de la meiosis, que no es otro que obtener la división del material genético en las células hijas. La meiosis se produce para que en la fecundación se restablezca el número total y correcto de cromosomas que debe tener nuestra célula huevo inicial (46 cromosomas): la mitad de los cromosomas provienen del hombre y la otra mitad de la mujer y así, normalmente, no hay ni cromosomas de más ni de menos, que tan graves problemas podrían acarrear. Sin la meiosis, en la fecundación humana se produciría una célula huevo inicial con 92 cromosomas. Si se produjera un proceso meiótico durante el crecimiento de un tejido no sexual, las células así obtenidas carecerían de la mitad de la información necesaria para desarrollar las características propias del tejido del que van a formar parte.
Test de responsabilidad ( pág. 85 )
Test de capacidades ( pág. 84 ) 1. Es una célula eucariota. No se distinguen cloroplastos ni pared celular, por ello se puede pensar que es una célula animal. En la fotografía sólo se aprecian la membrana plasmática, el núcleo y algunas vacuolas.
En este apartado se trabaja el cáncer como enfermedad celular y se investiga en los factores que pueden determinar su desarrollo. Ni que decir tiene que debemos resaltar la trascendental importancia de todos los esfuerzos humanos y económicos que se llevan a cabo en la investigación de las causas exactas del cáncer, así como en sus posibles soluciones.
Experiencia ( pág. 85 ) Siguiendo los pasos marcados en la experiencia podemos observar células epidérmicas vegetales. Investigar las variaciones en los distintos tipos de ho jas, no sólo de diferentes tipos de plantas, sino incluso dentro de una misma planta.
2. El protozoo y las bacterias son organismos unicelulares (aunque éstas vivan agrupadas). El tejido pertenece a un organismo pluricelular. Las bacterias son procariotas. El protozoo y el tejido están formados por células eucariotas. Las bacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas, los protozoos son heterótrofos y el tejido, por la forma poligonal de sus células, parece vegetal y, por lo tanto, autótrofo.
SALUD EN EL AULA
Los virus Estas estructuras acelulares se encuentran en la frontera de la vida, y son, por cierto, estructuras de gran diversidad. Normalmente no se consideran seres vivos. Aparecen siempre asociados a malas situaciones, pero ¿sólo causan enfermedades? ¿No puede servirnos para algo su especial metabolismo? ¿Acaso no hemos descubierto aún su verdadero potencial como lo hemos hecho con las bacterias? Debemos investigar este interesante grupo de estructuras, ya que quizá en un futuro no tan le jano sean la base para la solución de importantes problemas de nuestra salud.
3. Es una reacción catabólica, consiste en la degradación del adenosín trifosfato en adenosín difosfato + ácido fosfórico, con la consiguiente liberación de energía. La doble flecha expresa que el ADP se puede convertir, a su vez, en ATP, en este caso con aporte de energía. El ATP es la forma de almacenamiento de energía química que utilizan las células, es como una «moneda» energética. Los enlaces en esta molécula son ricos en energía. 36
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Glosario conceptual de autoevaluación. Debido a la gran complejidad terminológica de esta unidad, puede ser interesante volver a realizar un glosario con fichas en las que aparezca cada concepto y su definición. Al finalizar el estudio de la unidad se puede proponer a los alumnos y alumnas un control simple, sacando algunas de las fichas y pidiéndoles que expliquen de forma sencilla los conceptos correspondientes.
• Electrotablero celular. Vamos a trabajar sobre la base de un marco de madera sobre el que colocamos una tabla y encima de la misma una imagen de una célula animal o vegetal. Situamos pequeñas chinchetas metálicas en aquellos puntos de la anatomía celular que nos interese destacar. Colocamos una lista con los nombres de los puntos anatómicos celulares destacados, y pinchamos otra chincheta metálica al lado de dichos nombres. En una de las esquinas colocamos una pequeña luz (valdría con una bombilla de las de los juguetes). Por debajo del marco realizamos las conexiones eléctricas necesarias para que cuando se pongan correctamente en contacto un punto de la anatomía celular con su correspondiente nombre se encienda la luz. Opcionalmente se puede incluir también algún tipo de sonido o complicar de cualquier otro modo el entramado eléctrico del sistema.
• El mundo celular. Podemos construir con diferentes materiales: porespán, plastilina, arcilla, etc., una «gran célula» en la que debe quedar claramente reflejada la anatomía celular. Sería conveniente jugar con una amplia variedad de colores para diferenciar todas las estructuras. Un objetivo importante que tiene esta actividad es reflejar el aspecto tridimensional que tienen las células, característica a menudo olvidada por los alumnos y alumnas, y que ya mencionamos en el apartado sobre la dificultad del tema. Proponerles que realicen esta actividad de forma cooperativa y en equipo, inspirándose en los dibujos que aparecen en la unidad.
• Citología hoy día. Los alumnos pueden investigar en Internet sobre los descubrimientos más importantes que se están llevando a cabo en los últimos tiempos en el campo de la Citología, para realizar un trabajo sobre dichos descubrimientos. Es muy importante siempre dejar claro el objetivo buscado por los científicos en sus investigaciones, así como las posibles aplicaciones derivadas de las mismas.
• Juego celular estructura-función. Diseñar algún tipo de juego en el que se relacionen las diferentes estructuras celulares con su función en la célula. El modelo de juego puede ser sugerido por los alumnos. Cartas o fichas de dominó «celulares» pueden ser muy adecuadas para desarrollar este juego. El más simple consistiría simplemente en el juego de las parejas (uniendo, por ejemplo, estructuras con sus funciones), pero podemos pensar en algún sistema que lo complique (grupos de fichas, formas de puntuación, etc.).
• Histología. Nuestros alumnos pueden realizar investigaciones sobre distintos tipos de tejidos: tejido nervioso, tejido epitelial, tejido muscular, etc. y al final realizar una exposición oral en el aula apoyados por dibujos, transparencias e incluso algún tipo de experiencia.
• Paneles sobre funciones vitales celulares. Los alumnos pueden realizar unos paneles en los que se visualice la correspondencia entre las funciones vitales de los seres vivos con las funciones vitales celulares, debiendo reflejar los procesos y orgánulos celulares implicados en las mismas.
• Técnicas citológicas. Los alumnos pueden practicar algunas técnicas utilizadas para una correcta visualización de las preparaciones microscópicas: la utilización del microtomo, los diferentes reactivos y procedimientos utilizados para las distintas tinciones, la optimización del microscopio, etc.. Se pueden organizar unas sesiones para visualizar preparaciones realizadas por los propios alumnos y alumnas, complementarias a la experiencia citada en el libro.
• Paneles para la diferenciación de los distintos tipos o grupos de células. Con hojas de transparencias de acetato, los alumnos pueden realizar unos paneles dobles en los que se analicen seme janzas y diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y entre una célula vegetal y una animal. Se pueden realizar con dos transparencias, que irán levantando o añadiendo, según las características que se determinen para cada uno de los paneles dobles.
• Historia del microscopio. Desde las primeras lupas hasta los microscopios electrónicos. Realizar un trabajo sobre la historia de esta fundamental herramienta para el campo de la citología. Parece importante reflejar su coevolución con el desarrollo de una disciplina de la Física, la óptica. 37
05 La herencia PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Manejar el vocabulario y las formas de representación relacionadas con la Genética. • Reconocer la existencia de caracteres hereditarios en los seres vivos. Mencionar algunos de ellos, propios de la especie humana. • Conocer las leyes de Mendel. • Resolver problemas relacionados con la herencia. • Asociar la información genética al ADN y a los cromosomas. • Comprender cómo se transmiten los caracteres hereditarios en el ser humano. • Conocer las mutaciones y algunas de sus formas principales.
El objetivo de esta unidad es asentar unos conocimientos claros sobre diferentes aspectos que guardan relación con la herencia. Los alumnos van a estudiar desde los orígenes de la genética hasta sus aplicaciones más actuales. Deben reflexionar sobre la importancia de todos y cada uno de los aspectos tratados en la unidad, no sólo a un nivel individual, sino también a un nivel evolutivo de las especies (ya veremos más adelante cómo la evolución se apoya en una base hereditaria). Hablaremos de genoma humano, manipulación genética, terapia génica, alimentos transgénicos, clonación, un vocabulario nuevo que crece día a día al igual que crecen los conocimientos en este campo... ¡Si Mendel levantara la cabeza...!
Contenidos
S O T P E C N O C
• • • • • • • • •
Vocabulario genético. Esquemas y formas de representación propios de la genética. Las leyes de Mendel. La codominancia. El ADN. Los cromosomas. Genes y alelos. Herencia del sexo y herencia ligada al sexo en la especie humana. Herencia poligénica humana. Herencia multialélica humana. Las mutaciones.
S O T N E I M I D E C O R P
• • • •
Utilización de imágenes para poder reconocer algunas formas y procesos celulares. Interpretación de algunos esquemas relacionados con la lección. Análisis de la información reflejada en cuadros relacionados con la lección. Reconocimiento de información en tablas relacionadas con la lección.
S E D U T I T C A
• Interés por el conocimiento de los procesos y estructuras que guardan relación con la transmisión de información de una a otra generación. • Concienciar sobre el importante papel que desempeña en la sociedad actual la investigación científica sobre las características y los procesos relacionados con la herencia.
38
Contenidos transversales
Actividades
Ciencia-tecnología-sociedad
Actividades de desarrollo Aprovechando cualquier momento a lo largo del desarrollo didáctico de esta unidad, deberíamos dejar completamente claros los tres tipos de esquemas que ofrecen información genética: los cruces, los cuadros de Punnet y los árboles genealógicos. La mejor forma de afianzar conceptos es ir resolviendo las diferentes actividades que ofrece el libro, pudiendo ampliar con algunos problemas más y, si es posible, desarrollar la experiencia.
Los avances tecnológicos permiten cada vez un mayor conocimiento del mecanismo de la herencia y de sus potenciales aplicaciones. Desde que Mendel publicó sus investigaciones, en 1866, hasta el reciente descubrimiento del genoma humano se han ido sucediendo diferentes logros en estrecha relación con el desarrollo de la tecnología. Las me joras en técnicas y herramientas para la investigación han posibilitado en los últimos tiempos un impulso muy importante en este campo.
Actividades de refuerzo
Educación para la salud
Se pueden construir unos paneles que reflejen los distintos tipos de esquemas que ofrecen información genética. Se puede proponer un juego de vocabulario genético y también se incentivar la invención de problemas de fácil resolución.
Una gran parte de las posibles aplicaciones de la genética guarda relación con la salud humana. Prevenir enfermedades hereditarias o la terapia génica son claros exponentes de los importantes avances que se están realizando en esta disciplina científica. Ni que decir tiene que todo esfuerzo económico y humano que se centre en la mejora de nuestra salud es positivo, más aún cuando se ha llegado en los últimos años a unos niveles de actuación impensables no hace tanto tiempo. Posiblemente, en un futuro no tan lejano, las aplicaciones genéticas permitan desarrollar tratamientos y técnicas terapéuticas para enfermedades que actualmente son incurables
Actividades de ampliación Se puede realizar un trabajo de investigación sobre los últimos descubrimientos y aplicaciones en este campo, o bien sobre los investigadores más famosos relacionados con la genética y sus descubrimientos. Se puede incentivar la invención de problemas de alto grado de dificultad.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
Criterios de evaluación
Para el correcto entendi- Actividades B M A miento de esta unidad es ES, pág. 88 1y2 muy importante conocer T1, pág. 91 1 2y4 3 el vocabulario básico que T2, pág. 93 1 2 3 se utiliza. Trabajamos en T3, pág. 95 1 2y3 este tema con los compo- T4, pág. 97 1 2 3 nentes hereditarios, con T5, pág. 99 1 y 2 3 las bases de la genética, el 2, 3, ADN, estructura portado- TC, pág. 101 1, 6 5 y 7 4 y 8 ra de la información ge- TP, pág. 100 1y2 3 nética y entender que la TR, pág. 103 X expresión fenotípica del EX, pág. 103 X genotipo (algo, en suma, molecular) es lo que determina formas, colores, aspectos, comportamientos, etc., puede ser complicado para los alumnos y alumnas.
• Definir correctamente los conceptos básicos relacionados con la herencia. • Entender los sistemas de representación de información genética. • Comprender las leyes de Mendel. • Reconocer las características del material hereditario. • Explicar la transmisión de los caracteres en el ser humano. • Describir las características más importantes de las mutaciones. • Resolver problemas relacionados con la herencia. 39
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 88 )
TAREA 1 Panorama: Conceptos básicos de genética ( pág. 90 )
1. Porque esa característica debe estar controlada por algún factor que, a su vez, presenta gran diversidad. Depende de la información genética. Porque con esa estructura se puede dividir con mayor facilidad, repartiéndose mejor entre las células hijas. Que está asociada a factores hereditarios.
PIENSA Y RESPONDE. Una familia Real Se transmite la forma de la nariz y los labios. Podemos predecir nuevos casos realizando un árbol genealógico de la familia, observando el comportamiento del carácter y determinando la probabilidad de aparición de futuros individuos. Este estudio no sirve para rasgos no hereditarios, porque éstos no trascienden en la información genética que fluye de una a otra generación.
2. Se transmiten de padres a hijos: color de los ojos, número de huesos del cuerpo, color del pelo, posición de las orejas. No se transmiten de padres a hijos: musculatura del atleta (se transmiten el número de músculos del cuerpo pero no su desarrollo), inteligencia (se transmiten el número y la organización de las neuronas del encéfalo, pero no el alto desarrollo de las mismas o el número de conexiones que pueden establecer), los tatuajes (son marcas posteriores al nacimiento y que no se rigen por factores hereditarios), y la obesidad (se transmite la información para tener células adiposas, pero no el hecho de que éstas adquieran más desarrollo).
Actividades Recordar 1. Llamamos gen a cada fragmento del ADN del núcleo celular en el que está localizada la información para un carácter. Se simboliza con letras: A, a, B, b, etc. Hay siempre una pareja de genes para cada carácter. Cada uno de esos genes, alelos, de esa pareja puede ser de tipo dominante (impide la expresión del compañero en su pare ja) y se simboliza con letras mayúsculas, A, B... o de tipo recesivo (no se expresa si su compañero de pareja es dominante) y se simboliza con letras minúsculas, a, b, etc. Si un individuo para un carácter determinado tiene los dos alelos iguales, decimos que el individuo es homocigótico o de raza pura para ese carácter, y se simboliza con parejas de letras iguales, AA, aa, BB, bb, etc. Si un individuo para un carácter determinado tiene los dos distintos, decimos que el individuo es heterocigótico o híbrido para ese carácter y se simboliza con parejas de letras una mayúscula y otra minúscula, Aa, Bb, etc.
¿Qué debes saber? ( pág. 71 ) PIENSA Y RESPONDE. La mitosis Sí, en principio, todas las células pueden duplicar su material genético para dividirse. De hecho, todas lo hacen durante el desarrollo embrionario, hasta que se alcanza el número celular adecuado. No, sólo se dividen por meiosis las células que van a formar los gametos. No, sólo los gametos pueden participar en la fecundación.
Imagen activa. Manada de caballos
2. Se colocan los padres indicando sus fenotipos y sus genotipos, separados por un aspa ( ϫ). Se indican los gametos que produce cada uno con sus genotipos y porcentajes. Se combinan mediante flechas cada gameto de padre con cada uno de la madre, y viceversa, para obtener las combinaciones posibles. Se indican los hijos resultantes con sus genotipos, fenotipos y porcentajes de ambos.
Los caballos se encuentran en proporción 1/20, es decir, por cada caballo blanco hay 20 castaños. Hay un 4,76% de caballos blancos. La probabilidad de coger un caballo al azar y que sea castaño es de 160/168 y de que sea blanco, de 8/168. Para calcularla aplicamos la fórmula matemática de la probabilidad: número de casos favorables a un suceso (8 en el caso de los caballos blancos) partido por el total de casos posibles (168).
3. Respuesta personal. 40
Comprender
Ley de la segregación independiente: los dos factores hereditarios que informan sobre un mismo carácter no se fusionan, y durante el proceso de formación de los gametos se segregan, o sea, se separan. Los descendientes híbridos para un carácter (llevan la información genética de las dos posibilidades de expresión) separan dicha información en la gametogénesis. Las plantas de piel de fruto lisa obtenidas anteriormente son híbridas. Cuando se desarrollen sus aparatos reproductores y generen óvulos y espermatozoides, unos portarán la información «lisa» y otros portarán la información «rugosa». Ley de la combinación independiente: cuando varios caracteres se combinaban entre sí, se heredan de forma independiente. Mendel decía que el tipo de herencia de un carácter era independiente del tipo de herencia para otro carácter. Si el color rojo del fruto de nuestras plantas domina sobre el amarillo y cruzamos plantas de color de fruto rojo y piel lisa con plantas de color de fruto amarillo y piel rugosa obtendríamos todos los descendientes de fruto color rojo y piel lisa, pero si cruzase a su vez dos de estas plantas obtendría plantas de fruto rojo y piel lisa, plantas de fruto rojo y piel rugosa, plantas de fruto amarillo y piel lisa y plantas de fruto amarillo y piel rugosa.
4. Porque hay que colocar en la primera columna los gametos posibles del padre, y en la primera fila, los gametos posibles de la madre. Significa que existe la posibilidad de que la mitad de los descendientes de dos individuos carezcan de pigmentación.
TAREA 2 ¿Qué investigó Mendel? ( pág. 92 ) Observación 1. Se siembra una semilla, germina una nueva planta, se desarrollan sus aparatos reproductores, se produce una polinización, el polen fecunda al óvulo y se genera una nueva semilla para comenzar el ciclo de nuevo. Porque es fácil de cultivar, tiene caracteres fácilmente distinguibles y produce muchos descendientes. 2. Mendel seleccionó siete caracteres de los guisantes: – Textura de la semilla. – Color de la semilla. – Color de los pétalos. – Forma de la vaina. – Color de la vaina. – Lugar de floración. – Longitud del tallo.
2. Necesitamos cruzamientos con un individuo puro recesivo (aa) Si todos los descendientes salen con el carácter recesivo el otro individuo también es puro recesivo (homocigótico).
Actividades
aa ϫ aa
Recordar
Todos aa y expresan el carácter a
1. Ley de la uniformidad: si se cruzan dos individuos diferentes pero homocigóticos (de razas puras), su descendencia es uniforme (todos iguales). En el cruce de dos individuos distintos para un mismo carácter (pero de raza pura), todos sus descendientes salen iguales para ese carácter. Cruzo una planta con fruto de piel lisa (puro para el carácter del aspecto exterior de la piel del fruto y dominante) con una planta con fruto de piel rugosa (puro para el carácter del aspecto exterior de la piel del fruto y recesivo) y todos los descendientes salen con la forma de la piel del fruto lisa.
Si todos los descendientes salen con el carácter dominante, el otro individuo es puro dominante (homocigótico). aa ϫ AA
Todos Aa y expresan el carácter A Si la mitad sale con el carácter dominante y la otra mitad con el carácter recesivo, el otro individuo es híbrido (heterocigótico). aa ϫ Aa
Mitad Aa que expresan el carácter A y mitad aa que expresan el carácter a 41
Soluciones de las actividades Comprender 3. El carácter rojo de las semillas domina sobre el marrón: se han cruzado dos individuos rojos híbridos. Todos los descendientes serán grises. Primera generación: todos AaBb. Segunda generación: AABB, AABb, AAbb, AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb y aabb.
TAREA 3 ¿Dónde están los factores hereditarios? ( pág. 94 )
2. Respuesta gráfica. Los alumnos pueden copiar un cromosoma similar al de Drosophila, de la página 95 del libro, y rotular en uno de sus brazos los tres genes ligados. Comprender 3. Grano de polen: 17 cromosomas. Hoja: 34. Cuando Mendel hizo sus experimentos no se conocía dónde se encontraba la información genética, ni la materia (ADN) que la llevaba.
TAREA 4 La transmisión de los caracteres en el ser humano ( pág. 96 )
Observación 1. Cromosoma significa cuerpo con color. El instrumento que necesitamos para observarlos es un microscopio. Los genes están compuestos por ácido desoxirribonucleico (ADN). 2. Gen, cromátida, cromosoma y cariotipo.
Actividades Recordar
PIENSA Y RESPONDE. La información genética. De manera análoga a la lectura de un libro: un cromosoma está constituido por ADN, que tiene codificada la información en su secuencia de nucleótidos. PIENSA Y RESPONDE. Tabla de cromosomas. Que son seres vivos diploides y por ello tienen el número de cromosomas pares.
1. Un carácter ligado al sexo se diferencia de otro que no lo está porque se determina por genes que se encuentran en un cromosoma sexual. 2. El daltonismo es una enfermedad asociada al cromosoma X . El cruce será el siguiente: X d Y ϫ XX
Tendremos un 50% de mujeres portadoras ( X d X ) Tendremos un 50% de hombres normales ( XY )
Comprender
PIENSA Y RESPONDE. Cariotipo. Pertenece a la especie humana. Se deduce contando los cromosomas: son 46.
3. La probabilidad será de 1/4. Sí, se podría de un cruce OO ϫ AB (padre grupo O y madre grupo AB) obtener un descendiente de genotipo AO que expresa el grupo sanguíneo A. Nunca, no podríamos obtener un genotipo AA o AO que expresa el grupo sanguíneo A de un cruce OO ϫ BB o de un cruce OO ϫ BO (en ambos padre grupo O y madre grupo B).
PIENSA Y RESPONDE. Drosophila. No se heredan de forma independiente, ya que se encuentran en el mismo cromosoma (se heredan juntos, como una unidad).
Actividades Recordar
TAREA 5 ¿Qué son las mutaciones? ( pág. 98 )
1. Un cromosoma metafásico está formado por dos bastoncitos (cromátidas) unidos por un punto que les da el aspecto de una X. Cada cromosoma tiene dos cromátidas, pues se han duplicado para poder dividirse. Un cromosoma interfásico no es más que un acúmulo cromatínico sin ya la forma típica del cromosoma anteriormente expuesta.
Observación 1. Mutante significa el que toma otro estado. No, se produce espontáneamente y al azar. Mantendrá el cambio producido en el ADN de los descendientes. 42
Actividades de la unidad
2. Agentes inductores de mutaciones son: Físicos: rayos X, rayos γ, rayos α, rayos β, luz ultravioleta, ultrasonidos, choques térmicos, traumatismos repetitivos. Químicos: gas mostaza, agua oxigenada, pesticidas, algunos productos industriales, nicotina, cafeína, algunos fármacos y algunas drogas. Se utilizaron agentes de este tipo en la guerra de Vietnam y en la Segunda Guerra Mundial.
Test de conocimientos ( pág. 83 ) 1. Mutación, gen, genotipo, gameto, alelo, cigoto, recesivo, genoma, fenotipo, cromosoma. 2. a) Genotipo es el conjunto de genes que lleva un ser vivo en cada una de sus células, el fenotipo es el conjunto de características que se expresan o se manifiestan en un ser vivo. b) Gen es cada trozo del ADN en el que se localiza la información genética para un carácter, y hay siempre una pareja de genes para cada carácter. A cada uno de esos genes de esa pareja que da información sobre un carácter en la célula se le llama alelo: pueden o no tener la misma información para ese carácter.
Imagen activa. Tigre albino No, el tigre albino sigue siendo de la misma especie que sus padres, pero con el carácter del color de la piel diferente a ellos, por la falta de pigmentación.
Actividades
c) Dominante es el gen que impide la expresión de su compañero. Recesivo es el gen que deja de expresarse si su compañero es dominante.
Recordar 1. Mientras una mutación numérica afecta al número de cromosomas, que aumenta o disminuye, una mutación estructural afecta a porciones de un cromosoma.
3. Ver las páginas 92 y 93 del libro del alumno. 4. a) A: marrón y a: blanco. Cruce: Aa ϫ aa 50 % marrones heterocigóticos ( Aa) y 50 % blancos homocigóticos ( aa).
2. Las clases de mutaciones son: Según la célula donde suceda: – Mutación somática. – Mutación gamética. Según el efecto que produzca en el ser vivo: – Mutación indiferente. – Mutación beneficiosa. – Mutación perjudicial. – Mutación letal. Según la cantidad de material genético afectado: – Mutaciones numéricas. – Mutaciones estructurales.
b) R: rojo y r : amarillo. Cruce: Rr ϫ Rr Salen tres genotipos: RR (1/4), Rr (1/2) y rr (1/4) y dos fenotipos: rojos (3/4) y amarillos (1/4). c) Su hijo es AB. Cruce: AB ϫ AB Salen los grupos A (AA), B (BB) y AB (AB) d) X e Y ; cromosomas normales, y X d : cromosoma con daltonismo ligado. Cruce: X d X ϫ X d Y. Salen mujeres daltónicas ( X d X d ), mujeres portadoras ( X d X ), hombres daltónicos ( X d Y ) y hombres normales ( XY ).
5. Un cromosoma metafásico está formado por dos bastoncitos unidos en forma de X, a cada uno de los cuales se le llama cromátida, por lo que parece que cada cromosoma posee dos cromátidas. En realidad, estamos viéndolos en un momento crucial: se han duplicado para dividirse y por ello podemos decir que el cromosoma tiene información genética doble. Las mujeres tienen una pareja de cromosomas sexuales o heterocromosomas iguales entre sí y con la típica forma de X durante la metafase, por lo que se dice que las hembras son XX .
Comprender 3. Porque han podido estar expuestos durante más tiempo a los distintos agentes mutágenos.
Resumen de la unidad Imagen activa 1 Este hecho se debe a la combinación de genes. Ésta sucede al azar y puede dar lugar a semejanzas y diferencias entre los parientes. 43
Soluciones de las actividades Cuando el problema genético que determina una enfermedad se encuentra ligado al cromosoma X , si un hombre lo posee manifiesta la enfermedad, mientras que para que la manifieste una mujer tiene que tenerlo en sus dos cromosomas X . Si sólo lo tienen en uno, únicamente sería portadora. Por ejemplo, un cromosoma femenino normal se simbolizaría X pero si tuviera ligada la enfermedad del daltonismo se simbolizaría X d . Una mujer XX sería una mujer normal, una X d X sería portadora, pero no manifestaría la enfermedad, y una X d X d sería daltónica. No existen hombres portadores. Si un hombre lleva el cromosoma X normal ( XY ) no manifiesta la enfermedad y sería un hombre normal, pero si lleva el X d (X d Y ) sería daltónico.
6. a) homocigótico - alelos b) cromosomas - diploide
b) De que la madre sea cada vez más mayor. c) Cuanto más mayor es la madre, potencialmente ha podido estar durante más tiempo expuesta a agentes mutagénicos que puedan determinar alteraciones hereditarias en sus descendientes.
2. MN
Mn
Mn
mn
MN
MMNN
MMNn
MmNN
MmNn
Mn
MMNn
MMnn
MmNn
Mmnn
nM
MmNN
MmNn
mmNN
mmNn
mn
MmNn
Mmnn
mmNn
mmnn
Progenitor 1: MmNn
Progenitor 2: MmNn
Gametos
Gametos
MN
MN
c) independientes - cromosomas
Mn
Mn
d) mutaciones - génicas
MN
mN
Mn
mn
7. Color de piel: herencia poligénica. Hemofilia: ligada al sexo. Grupo sanguíneo: multialélica. Lunar cutáneo: mutación. Color del guisante: mendeliana. Color flores: codominancia.
3. a) Parece que esta persona sufre el síndrome de Turner (44 ϩ XO), lo que significa la ausencia de uno de los cromosomas sexuales. Esto conlleva una problemática para poder determinar correctamente un determinado sexo.
8. Son los preferidos para el consumo. Desde la época de Mendel son los que se han seleccionado. Si cruzamos guisantes verdes, los descendientes siempre serán verdes (carácter recesivo). Se seleccionan individuos mutados, incapaces de fabricar el pigmento que determina el color amarillo y que muestran únicamente el color verde de la clorofila, como el resto de la planta; se realizan fecundaciones entre ellos, de tal manera que se erradica el alelo que contiene la información dominante que manifiesta color amarillo, produciéndose únicamente cruces entre individuos recesivos para ese carácter, cuyos descendientes sólo pueden manifestar el color verde. No, en este caso no se puede hablar de herencia mendeliana. Podríamos quizá hablar de codominancia, en la que los descendientes expresan los dos fenotipos de sus progenitores.
b) En la segunda generación son portadoras las mujeres 2 y 5 y en la tercera generación pueden ser portadoras las mujeres 5 y 7. c) El macho sustituye uno de los cromosomas X de la hembra por uno Y . En una célula de la mosca hay 8 cromosomas. En un espermatozoide de la mosca habrá 4 cromosomas.
Test de responsabilidad ( pág. 103 ) Trabajar con los alumnos los aspectos de bioética relacionados con los últimos avances: clonación, biotecnología para la reproducción asistida, etc. SALUD EN EL AULA
Aplicaciones de la genética Asociar esta parte de la unidad a los aspectos bioéticos mencionados en la página 103. Pedir a los alumnos y alumnas que reflexionen sobre los contenidos de estas páginas y que analicen las ventajas y los inconvenientes de estas técnicas.
Test de capacidades ( pág. 102 ) 1. a) Respuesta gráfica (la representación más adecuada es un gráfico de barras). 44
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Glosario conceptual de autoevaluación. Nuevamente es interesante repetir esta idea, en este caso con todos los alumnos y alumnas, ya que el tema tiene una terminología abundante y exclusiva, y su dominio es imprescindible para la comprensión de los contenidos. Proponer a los alumnos que, en lugar de rellenar fichas con los conceptos, realicen un pequeño diccionario. Pueden anotar, para comenzar, los conceptos que aparecen en la primera tarea de la unidad y añadir las definiciones importantes de las otras tareas.
• Genética en la actualidad. Nuestros alumnos y alumnas pueden investigar sobre los descubrimientos más importantes que se están llevando a cabo en los últimos tiempos en el campo de la genética, en especial sobre los aspectos de la biotecnología y la ingeniería genética, para realizar un trabajo sobre los mismos. Es muy importante siempre que tengan claro el objetivo buscado por los científicos en sus investigaciones, así como las posibles aplicaciones derivadas de las mismas. • El proyecto genoma humano. Durante su etapa de planificación y realización, el proyecto genoma humano fue habitual fuente de noticias. Pedir a los alumnos y alumnas que busquen en libros, archivos de periódicos (en Internet), etc., algunas de las noticias relativas a las últimas fases del proyecto. Proponerles que investiguen cuáles son las ventajas que puede tener conocer a la perfección nuestro genoma y establecer un mapa genético de la especie humana. También puede ser interesante que busquen información sobre cómo se secuenció el ADN humano, en qué consistió este trabajo, quién o quiénes lo realizaron, las diferencias de técnica entre los equipos de investigación que participaron, etc.
• Paneles sobre formas de representación en Genética. Los alumnos pueden realizar unos paneles en los que se visualicen los tipos de esquemas de representación en genética, el cruce, el cuadro de Punnet y el árbol genealógico. Puede complementarse la información con algún ejemplo. Utilizar los cruces que aparecen a lo largo de la unidad. • Juego sobre el vocabulario de la herencia. Los alumnos pueden inventar algún tipo de juego en el que se repitan continuamente los conceptos básicos que se relacionan con la herencia. El objetivo es que se relacionen rápidamente con estos conceptos, por lo que debería ser una de las primeras actividades a desarrollar en la programación. Sugerencias: palabras encadenadas, preguntas y respuestas, etc.
• Historia de la herencia. Se puede confeccionar una especie de línea del tiempo en la que se haga un repaso desde los orígenes de la genética hasta nuestros días haciendo especial hincapié en la aportación de aquellas personas que, por alguna circunstancia, han destacado en este campo de las ciencias.
• Paneles con las leyes de Mendel. Los alumnos pueden representar en paneles las tres leyes de Mendel complementándolo con el mismo ejemplo que utilizó en sus experiencias o pensar en otro ejemplo distinto. Proponerles que realicen murales con los cruces, utilizando para representar los guisantes botones de los colores adecuados, o pegatinas amarillas y verdes, etc.
• Agentes mutágenos. Los alumnos pueden realizar una investigación sobre aquellas fuentes cercanas a nosotros de potencial riesgo de inducción a enfermedades hereditarias, las cuales, a su vez, también pueden ser estudiadas algo más ampliamente. Pedirles que elaboren una lista con los agentes mutágenos a los que estamos expuestos continuamente, incluyendo en ella los perjuicios o posibles enfermedades que pueden provocarnos.
• Maratón de problemas sencillos. Los alumnos y alumnas pueden confeccionar varios problemas sencillos y con todos ellos realizar una especie de maratón de problemas de genética. Los problemas pueden ser simples variaciones de los que se proponen en las actividades del tema, o derivar de los cruces que figuran en la exposición de los contenidos. Se pueden fijar unas normas de tiempos de realización, número y disposición total de participantes, etc. El profesor o profesora puede colaborar en la redacción de los problemas o en sugerir posibles cruces, así como en la revisión de la dificultad de las actividades que planteen los alumnos.
• Maratón de problemas complejos. Los alumnos pueden confeccionar varios problemas complicados y con todos ellos realizar una especie de maratón de problemas de genética. Como orientación, es conveniente seleccionar problemas en los que intervengan dos caracteres (dos parejas de alelos). Se pueden fijar unas normas de tiempos de realización, número y disposición total de participantes, etc.
45
06 Evolución PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Entender el proceso de evolución de las especies, y justificarlo aplicando algunos de los hechos observables en la naturaleza y que consideran pruebas del mismo proceso. • Diferenciar entre ideas fijistas y evolucionistas, mencionando algunos científicos significativos que defendieron unas u otras ideas, y comparándolas con las interpretaciones clásicas. • Diferenciar las distintas teorías que intentan explicar cómo y por qué se produce el proceso evolutivo. • Explicar las diferencias entre la teoría de la evolución de Lamarck y la de Darwin-Wallace, indicando los puntos de la primera que están en conflicto con las leyes de la genética y, por tanto, hacen que no pueda considerarse válida.
En esta unidad los alumnos van a intentar entender el porqué y el proceso en sí de aquellos cambios que acontecen en los seres vivos a lo largo de generaciones; van a adentrarse en el terreno de la evolución. Desde las concepciones más inmovilistas hasta las teorías que se fusionan con aspectos genéticos, la evolución ha dado cabida a un grupo de destacados científicos que han aportado su conocimiento a través de diferentes teorías con la firme intención de buscar una luz en este importante proceso biológico, que aún hoy continúa.
• Aplicar algunos de los conocimientos actuales de la biología a los postulados de la teoría de la evolución de DarwinWallace. • Indicar los puntos fundamentales de la teoría sintética y relacionarlos con los conocimientos de los alumnos y alumnas sobre la célula y la genética. • Comprender el concepto de especie y los procesos de especiación más habituales.
Contenidos S O T P E C N O C
• • • • • •
Definición de teorías fijistas y evolucionistas. Las pruebas de la evolución. La teoría de Lamarck. La teoría de Darwin-Wallace. El neodarwinismo y la teoría sintética. Determinación del concepto de especie.
S O T N E I M I D E C O R P
• • • • •
Utilización de imágenes para el entendimiento de algunos conceptos. Reconocimiento de algunas características clave para el entendimiento del proceso evolutivo. Interpretación de algunos datos experimentales. Análisis crítico de determinadas teorías en función de su situación histórica. Manejo de clasificaciones taxonómicas.
S E D U T I T C A
• Interés por el conocimiento del proceso evolutivo de las especies y, por tanto, de la nuestra. • Valoración del esfuerzo de los científicos a lo largo de la historia para concentrar el conocimiento actual. 46
Contenidos transversales
Actividades de refuerzo Realizar unos paneles que reflejen los aspectos más relevantes de las diferentes teorías que se han trabajado. También se puede proponer redactar noticias divulgativas de las diferentes teorías como si fueran a ir publicadas en periódicos de la época en la que aparecieron.
Ciencia-tecnología-sociedad Entendiendo la Biología como campo científico su jeto a continuo desarrollo y debate, no nos debe extrañar que los postulados creacionistas sigan vivos. La actividad científica continúa trabajando en el campo de la evolución para validar o invalidar las hipótesis que lo rodean. No olvidemos que el saber científico se concentra después del esfuerzo de muchos científicos que han trabajado siguiendo una determinada dirección, aunque muchas veces no en el sentido correcto. Aun así, es cierto que de los errores se aprende y afortunadamente la ciencia prosigue su rumbo.
Actividades de ampliación Se podría investigar profundamente en la línea evolutiva que determine la aparición de la especie humana para ver la problemática que encierra su estudio y conocer los últimos descubrimientos realizados. También se pueden proponer algunas lecturas de los principales científicos que aparecen en esta unidad. Es particularmente interesante recomendar la lectura de El origen de las especies , de Darwin, aunque se trate de un libro con un lenguaje un poco críptico para los alumnos de esta edad.
Criterios de evaluación • Explicar las pruebas de la evolución y destacar su importancia frente a las teorías fijistas. • Identificar órganos análogos y homólogos, y establecer relaciones de los mismos con la convergencia y la divergencia adaptativa.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
• Conocer y valorar correctamente la teoría de Lamarck.
La evolución es un tema Actividades B M A que raramente han tra- ES,pág. 106 1, 2 bajado los alumnos antes T1,pág. 109 1 2 de una forma tan explíci- T2,pág. 111 1, 2 3 ta, y pueden aparecer di- T3,pág. 113 1, 2 ficultades al tratar deter- T4,pág. 115 2 minados conceptos sobre T5,pág. 117 1, 2 3 los que hasta ahora no ha- TC, pág. 119 1, 2 3-5 6, 7 bían reflexionado. Una de las dificultades que puede guardar la unidad radica en que los alumnos sepan diferenciar entre lo que son los cambios producidos a lo largo de la vida de un ser vivo y lo que son los potenciales cambios evolutivos de la especie a la que pertenece ese ser vivo. Deben también entender que la evolución no es un proceso ocurrido en el pasado, sino que es algo con lo que convivimos hoy día. También el concepto de especie, el proceso por el que surge (la especiación) y su relación con los procesos evolutivos son puntos a tratar detenidamente para llegar a conseguir un claro entendimiento por parte del alumnado.
• Saber determinar los puntos clave de la teoría de Darwin y Wallace. • Entender qué es una mutación y determinar su importancia en el proceso evolutivo. • Expresar claramente ejemplos evolutivos. • Comprender el concepto de especie y conocer las causas que determinan la aparición de nuevas especies.
Actividades Actividades de desarrollo Completar las actividades del libro y, cuando se vaya llegando a la finalización del desarrollo didáctico de esta unidad, se puede visualizar un vídeo o algún material informático que haga un repaso a las diferentes teorías evolutivas y que, incluso, pueda reflejar el desarrollo evolutivo de la especie humana. 47
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 106 )
Imagen activa. ADN de una bacteria
1. Podemos observar dentro del reino animal varios buitres leonados, un águila, algunos ciervos, varias cabras montesas, algunos osos pardos y también identificar las dos especies fósiles. Dentro del reino vegetal destaca la presencia de algunas encinas. Es difícil determinar si esos seres vivos (no las especies fósiles, por supuesto) conforman poblaciones en sí o faltan individuos de dichas poblaciones en la figura; el águila, por sí sola, no es población, salvo que fuera el único ejemplar que quedase; mientras que de encinas seguro que hay más individuos en la población que no aparecen en la figura y que forman parte de la misma. Una especie se origina a partir de otra especie, por el proceso denominado especiación. Las especies van evolucionando a lo largo del tiempo, unas quedan atrás y otras llegan hasta nuestros días siendo difícil encontrarlas en épocas tan lejanas, puesto que no existían aún como tales especies. Con el tiempo se han ido transformando, de unas han surgido otras, han evolucionado hasta nuestros días y el proceso continúa.
La expresión del genotipo es el fenotipo, es decir, los rasgos estructurales que se pueden observar en los seres vivos son reflejo de la expresión de la información que se encuentra en los genes.
TAREA 1 Panorama: ¿por qué sabemos que los seres vivos evolucionan? ( pág. 108 )
Actividades Recordar 1. Destacamos cuatro pruebas: • Relaciones de parentesco basadas en la anatomía: extremidades anteriores de topo (mamífero) y grillotopo (insecto) como ejemplo de órganos análogos, y la aleta de delfín y el ala de un murciélago, como ejemplo de órganos homólogos. • Fósiles: podemos observar las imágenes de los antepasados del caballo actual y tenemos al Echippus de hace 54 m.a. o al Merychippus, de hace 5 m.a. • Biogeografía: marsupiales de la fauna de América del Sur y de Australia. • Pruebas bioquímicas: similitud de algunas moléculas entre primates.
2. Expresarán la opinión que crean dando las razones que estimen pertinentes y después de escuchar todas las argumentaciones posibles sería conveniente realizar una presentación general del tema determinando que la evolución biológica es un hecho (c), es una realidad que se ha intentado explicar a lo largo de la historia de la ciencia mediante diferentes teorías.
SUGERENCIAS Es un buen momento para mostrar algunos fósiles y trabajar con ellos. Se podrían desarrollar muchas tareas: realizar una detallada descripción, dibujarlos, medir diferentes parámetros, como longitudes, secciones, masa o volumen. Sería conveniente intentar relacionar diferentes fósiles atendiendo a distintas características: grupo, forma, etc., e incluso intentar colocarlos cronológicamente en la serie evolutiva de los seres vivos.
¿Qué debes saber? ( pág. 107 ) RECUERDA Y RESPONDE Los fósiles son restos de especies que vivieron en la Tierra en el pasado.
PIENSA Comprender
Sí, porque parece que se han ido sucediendo transformaciones desde el más antiguo hasta el actual en dos hechos fundamentales: el aumento del tamaño del cuerpo y la pérdida de dedos en las extremidades, que incluye la transformación del dedo central en el casco típico de los caballos.
2. Los resultados de la tabla corroboran las pruebas bioquímicas de la evolución, ya que entre especies más emparentadas evolutivamente las diferencias en los aminoácidos que conforman el citocromo C son menores. 48
TAREA 2 Teorías sobre la evolución. La teoría de Lamarck ( pág. 110 )
TAREA 3 La teoría de Darwin-Wallace
Actividades
Imagen activa 1
Recordar
Algunas jirafas tienen el cuello más largo que otras debido a la variedad en la descendencia y si la escasez de vegetales permanece como una característica ambiental, dichas jirafas pueden alimentarse algo mejor que las que tienen el cuello más corto, porque pueden abarcar un margen espacial de alimentación más grande, lo que les permite tener más posibilidades de éxito reproductivo al estar mejor alimentadas, seleccionándose de esta manera de forma natural aquellas jirafas que puedan de jar más descendientes seleccionados ya positivamente a la siguiente generación.
( pág. 112 )
1. La transformación de las especies para Lamarck se origina como respuesta adaptativa a los cambios del ambiente. Las especies se están esforzando continuamente en adaptarse al medio en el que viven, y el uso que hacen de los órganos en este esfuerzo es la causa de la transformación progresiva de los mismos; además, estas nuevas características adquiridas por el uso y el desuso de los órganos son heredables, de manera que se transmiten a la descendencia. De este modo, las plantas tendrían las raíces cada vez más largas conforme hubiera cada vez menor cantidad de agua disponible en el suelo y esta característica se transmitiría a la descendencia. También tendrían las hojas cada vez más grandes conforme hubiera cada vez menor cantidad de luz disponible y esta característica también se transmitiría a la descendencia.
Actividades Recordar 1. Los puntos clave de la teoría de Darwin-Wallace son: • Principio de variación: en todas las poblaciones, se producen continuamente cambios al azar de las características de sus individuos. • Principio de la herencia: los individuos de una especie se parecen a sus progenitores porque heredan de ellos sus características. • Principio de la selección: el medio va seleccionando a aquellos individuos que acumularon las variaciones ventajosas. Mediante la herencia, estas variaciones se extienden por la población durante sucesivas generaciones, produciendo el cambio de la misma.
2. Según la interpretación de los diferentes textos se pueden clasificar: • Explicaciones fijistas: poemas babilónicos, Génesis, Anaximandro, Empédocles, Demócrito y Linneo. • Explicaciones evolucionistas: Lamarck, Darwin y E. Mayr. 3. No existe ningún método para hacer teorías científicas, pero sí existe un método científico, y de seguimiento riguroso, para probar una teoría científica. En el método científico, al margen del diseño y análisis de experiencias que sirvan para contradecir o apoyar las predicciones de las teorías, éstas se deben poder utilizar para explicar racionalmente nuevos descubrimientos, comprobando su eficacia en la predicción de sucesos naturales. Desde la perspectiva de las explicaciones fijistas, parece bastante complicado satisfacer esas cuestiones. Por el contrario, es mucho más fácil poder hacerlo desde la perspectiva de las explicaciones evolucionistas, más centradas en una observación científica que en creencias.
2. La selección natural es el proceso por el que, de los individuos de una población, sobreviven aquellos que, por sus características o su fisiología, están mejor adaptados al medio. Debido a la variedad en la descendencia, el cuello es más largo en unas jirafas que en otras. Si la escasez de vegetales permanece como una característica ambiental, las jirafas de cuello largo consiguen mejor el alimento y es más probable que se reproduzcan. Los hijos de las jirafas de cuello largo heredan este carácter de sus padres y, con el tiempo, las jirafas de cuello corto han sido eliminadas en favor de las de cuello largo. 49
Soluciones de las actividades Comprender
La diversidad genética actual porque potencialmente tiene mayor posibilidad de variación fenotípica, algo que siempre es positivo ante la posibilidad de que se sufran diferentes cambios en el entorno en el que se vive.
Debido a la variedad en la descendencia, algunos patos tendrían algo más de piel en la base que une los dedos y podrían capturar más fácilmente presas que aquellos que tienen algo menos de piel en la base que une los dedos. Si la escasez de presas permanece como una característica ambiental, los patos con algo más de piel pueden alimentarse mejor que los que tienen algo menos de piel en la base que une los dedos, lo que les permite tener más posibilidades de éxito reproductivo al estar mejor alimentados, seleccionándose de esta manera de forma natural aquellos patos que puedan dejar más descendientes seleccionados ya positivamente a la siguiente generación.
TAREA 5 ¿Cómo se originan las especies? ( pág. 116 )
Imagen activa 1 Poblaciones de la misma especie de tortuga dejaron de intercambiar su genoma y las mutaciones que se produjeron en ellas y perduraron como adaptaciones seleccionadas por el medio las iban diferenciando del resto hasta convertirlas en una especie nueva.
TAREA 4 El neodarwinismo y la teoría sintética ( pág. 114 )
Imagen activa 2 La barrera geográfica que en este caso produce la separación de poblaciones de seres vivos al vivir en una isla es el mar.
Actividades Explicar 1. Eran más frecuentes las mariposas claras antes de la Revolución Industrial porque estaban seleccionadas positivamente ante la ausencia de contaminación. Porque con esa coloración en un ambiente contaminado pasan más desapercibidas frente a sus potenciales depredadores. No, porque Lamarck se centra más en la transformación de órganos para determinar la evolución de las especies como respuestas adaptativa a los cambios ambientales en donde las especies se están esforzando continuamente por adaptarse al medio en el que viven, y el uso que hacen de los órganos en este esfuerzo es la causa de la transformación progresiva de los mismos. En el caso de la teoría neodarwinista, si contamos dentro del análisis de los datos sobre la mariposa del abedul con los datos genéticos, las observaciones sí podrían probar la teoría neodarwinista, ya que también recoge los postulados de Darwin y contempla la selección positiva en la que sobreviven aquellos individuos y en definitiva, aquellas especies que, por sus características o su fisiología, están mejor adaptadas al medio. Podría concluir que sería la propia contaminación la que provocase la producción de mariposas oscuras.
SUGERENCIAS Podríamos proyectar alguna película que se relacionase con el tema, como, por ejemplo, En busca del fuego, para más tarde, comentarla y debatirla. ¿Es científico todo lo que nos muestra? ¿Algún detalle de la película desentona con lo que se sabe que realmente ocurrió?
Actividades Recordar 1. Son aquellas situaciones que determinan una imposibilidad de establecer un proceso de reproducción sexual completo y normal entre individuos de poblaciones diferentes. 2. Ejemplos que determinan evitar la reproducción sexual:
• Una barrera geográfica infranqueable. • Maduración de las células sexuales de ambos sexos no acompasadas en el tiempo. Ejemplos que determinan el aislamiento reproductivo tras la reproducción:
• Inviabilidad de un cigoto tras la fecundación. • Esterilidad de la descendencia en la primera o en posteriores generaciones. 50
Explicar
2.
3. La aparición de nuevas especies de seres vivos se produce mediante un proceso de especiación en el que una población de una especie deja de intercambiar su genoma con el resto de poblaciones de dicha especie y se va diferenciando poco a poco, tanto que pasa a convertirse en una especie nueva. Unas formas prevalecen sobre otras gracias al principio de selección determinado en la teoría de Darwin-Wallace, que postula que el medio va seleccionando a aquellos individuos que acumularon las variaciones más ventajosas y que, mediante la herencia, estas variaciones se extienden por la población durante sucesivas generaciones, produciendo el cambio de la misma. La aparición de nuevas variedades, diferentes variaciones, puede ser explicada por la teoría neodarwinista gracias a los cambios que se producen en la composición genética de las especies, en definitiva, gracias a las mutaciones. Combinando ambas teorías podemos afirmar que sólo aquellas mutaciones que suponen una ventaja competitiva para la especie, son las que se fijan y se heredan, siendo, de alguna forma, el motor de la selección natural.
Actividades de la unidad Test de conocimientos ( pág. 119 ) 1. La evolución es el conjunto de cambios que se han producido y que se producen en las características de las especies de seres vivos a lo largo del tiempo. Actualmente se admite que es un hecho porque las teorías evolucionistas se sustentan claramente con muchas pruebas evidentes que así lo demuestran. Las observaciones que se pueden hacer en la naturaleza y que permiten deducir que las especies de seres vivos evolucionan se centran en el estudio de las relaciones de parentesco basadas en la anatomía, en el estudio de los fósiles, en el estudio de la biogeografía y en el estudio de pruebas bioquímicas. Si por alguna causa una o varias poblaciones quedan aisladas, dejan de intercambiar genes y las variaciones acumuladas por ellas las van diferenciando gradualmente hasta transformarlas en especies diferentes.
¿Cómo se originan las especies? Linneo
Linneo dijo: «Puesto que no hay especies nuevas, puesto que un ser dado produce siempre un ser similar, puesto que en toda especie hay una unidad que preside el orden, debemos atribuir, necesariamente, esta unidad progenitora a cierto Ser Todopoderoso y Omnisciente; es decir, Dios, cuya obra se llama creación».
Lamarck
Lamarck dijo: «Nada más notable que el producto de los hábitos de los mamíferos herbívoros. El hábito de permanecer sobre cuatro patas, durante la mayor parte del día, para pastar, hizo nacer el casco espeso que envuelve la extremidad de los dedos de sus pies (la función crea el órgano). Todo cambio adquirido en un órgano por un hábito sostenido se conserva en seguida por la generación (los caracteres adquiridos se heredan).
Darwin
Darwin dijo: «Al considerar el origen de las especies se concibe perfectamente que un naturalista, reflexionando sobre las afinidades mutuas de los seres orgánicos, sobre sus relaciones embriológicas, su distribución geográfica, sucesión geológica y otros hechos seme jantes, puede llegar a la conclusi ón de que las especies no han sido independientemente creadas, sino que han descendido, como las variedades, de otras especies. Sin embargo, esta conclusión, aunque estuviese bien fundada, no sería satisfactoria hasta tanto que pudiese demostrarse cómo las innumerables especies que habitan el mundo se han modificado». Darwin se basaba en los conceptos de variedad en la descendencia (semejanza de los hijos con los padres pero diferenciados entre sí y de los padres en algunas características) y selección natural (supervivencia de los individuos mejor adaptados al medio) como pilares fundamentales del proceso evolutivo.
3. a) El hecho de pasar mucho tiempo en los árboles y querer pasar desapercibido de los potenciales predadores es lo que hace crear la morfología que vemos. b) Los individuos de una generación que por su morfología se parezcan más al entorno (en este caso a las ramas de los vegetales), en cuanto a colores, formas, etc., están mejor adaptados al mismo y son seleccionados de forma natural para dejar nuevos descendientes a la siguiente generación. c) Se han producido algunas mutaciones genéticas que han tenido un efecto favorable para los insectos hoja y les permiten vivir mejor, más tiempo y reproducirse con más eficacia. 51
Soluciones de las actividades 4. El hecho de permanecer mucho tiempo junto al insecticida y deber sobreponerse a él para poder subsistir genera una fisiología adecuada para resistirlo. Los individuos de una generación que por su propia fisiología estén mejor adaptados al entorno (en este caso, ante la presencia de DDT) son seleccionados de forma natural para dejar nuevos descendientes a la siguiente generación. Se han producido algunas mutaciones genéticas que han tenido un efecto favorable para los insectos, permitiéndoles adquirir resistencia ante el DDT y con ello poder vivir mejor, más tiempo y reproducirse con más eficacia.
cuada para resistirlo. Las bacterias de una generación que por su propia fisiología estén mejor adaptadas al entorno (en este caso ante la presencia del fármaco) son seleccionadas de forma natural para dejar nuevos descendientes a la siguiente generación. En unas condiciones de toma de dosis menores que las recomendadas y durante menor número de días, las bacterias sensibles son eliminadas con mayor dificultad, mientras que las bacterias resistentes al antibiótico, usado incorrectamente, podrán potencialmente proliferar. La forma de evitar este hecho es tomar las dosis adecuadas durante el tiempo necesario.
5. Sí, ya que la selección natural también tiene una finalidad, que es el ir seleccionando a aquellos individuos que han acumulado las variaciones más ventajosas en relación a las condiciones medioambientales que continuamente se van determinando y, mediante la herencia, poder extender estas variaciones por la población durante sucesivas generaciones, produciendo el cambio de la misma. 6. Este descubrimiento apoya más a la teoría darwinista, ya que el concepto de especie está tan ligado al de población que los podemos reunir al definir de nuevo la especie como un grupo de poblaciones que poseen un conjunto de genes comunes, el genoma de la especie, y que pueden intercambiarlo entre sí originando nuevas combinaciones dentro del mismo genoma, algunas de las cuales existen pero no tienen función, se generan, surgen, pero sin función determinada, como si, debido a las circunstancias medioambientales, no hubieran sido seleccionadas de manera natural para su expresión.
CIENCIA, TÉCNICA Y SOCIEDAD
El problema de la evolución en la sociedad Cuando Darwin postuló que el hombre desciende del mono, sus afirmaciones constituyeron una bomba científica para su época. Comentar a los alumnos y alumnas tanto la trascendencia social de las publicaciones de Darwin como la entereza que demostró el científico, necesaria para defender sus descubrimientos. La ciencia, gracias al método científico, dió la razón a Darwin, pero no sin que previamente éste sufriera un largo periodo de controversias y acusaciones. Explicar a los alumnos qué sucede cuando el creacionismo se toma como una teoría. Una cosa es contar lo que se cree que pasó, o sea, relatar, y otra muy distinta es validar una teoría mediante investigaciones y experiencias científicas para intentar explicar los hechos observados, incluso los incuestionables. En relación con estos temas, se puede plantear que la ingeniería genética, y, más concretamente, la clonación, ¿atenta contra la variabilidad de la descendencia? ¿Atenta contra la selección natural? Parece que sí pero, ¿tiene una finalidad? ¿Seleccionamos artificialmente? Debatamos en clase al respecto.
7. Significa que aun en presencia de estos fármacos se puede llegar a producir la proliferación de las mismas. Los antibióticos se crean contra un amplio abanico de bacterias para poder eliminarlas de un determinado medio, pero puede aparecer una bacteria desconocida hasta el momento cuya fisiología le permita ser resistente al antibiótico.
La investigación tiene como finalidad buscar las relaciones que podemos llegar a encontrar entre religión y ciencia, entre textos religiosos como la Biblia y postulados científicos. Encontremos puntos de cercanía y lejanía entre ambas partes y reflexionemos sobre los mismos.
El hecho de permanecer mucho tiempo junto al fármaco y deber sobreponerse a él para poder subsistir genera una fisiología bacteriana ade52
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Órganos análogos y órganos homólogos. Los alumnos pueden buscar parejas de órganos de ambos tipos y hacer fichas con cada elemento de la pareja para así elaborar un juego de emparejamiento, en el que las bases las pueden decidir ellos mismos. Para realizar esta actividad pueden partir de la información del libro, o bien buscar datos en enciclopedias, libros de Biología, etc.
• Los fósiles. Son los testigos del pasado de la Tierra. Observándolos podemos tener una idea de cómo eran los seres que habitaron nuestro planeta hace millones de años. Por eso, el estudio de los fósiles es fundamental para la comprensión de la evolución de las especies. Los alumnos pueden realizar un trabajo de investigación sobre los fósiles, procesos que los producen, tipos, etc.
• Comparando teorías. Se puede realizar en una cartulina un cuadro comparativo de las teorías de Linneo, Lamarck y Darwin en el que se puedan incluir ejemplos gráficos que reflejen claramente los fundamentos de las mismas. Si se desea, pedir a los alumnos que reproduzcan el clásico ejemplo de las jirafas.
• Atapuerca. ¿Qué se sabe hoy de los primeros europeos? ¿Quién era Homo antecessor ? ¿Y Homo heidelbergensis? ¿Cómo y por qué ha cambiado la clasificación de la especie humana actual, respecto de los homínidos fósiles y de los primates vivientes en la actualidad? Se puede realizar una investigación sobre los descubrimientos realizados en Gran Dolina y otros yacimientos de la sierra de Atapuerca analizando la trascendencia de los mismos en la reconstrucción de la línea evolutiva de la especie humana.
• Lamarck. Proponer a los alumnos y alumnas que busquen la biografía de Lamarck y copien los datos más relevantes. Explicarles que, aunque hoy sus teorías estén obsoletas y casi olvidadas en la comunidad científica, seguimos estudiándolas porque, en su momento, supusieron una revolución. De hecho, fue una de las primeras incursiones científicas en un campo muy espinoso, en el que la sociedad de la época no admitía ninguna explicación que no tuviera que ver con el creacionismo. Explicarles que, incluso otros grandes científicos, como Cuvier, padre de la anatomía comparada, eran fijistas y catastrofistas, a pesar de tener un notable conocimiento de la fauna y flora del pasado, y de las posibles relaciones entre las especies extintas y algunas de las actuales. Este hecho añade valor a la figura de Lamarck.
• Desde la primera célula hasta hoy. Se puede plasmar en una cartulina el proceso de evolución de los seres vivos para investigar cuál es el orden cronológico de aparición sobre la superficie terrestre de grupos relevantes: ¿cuándo aparecen los hongos? ¿Primero plantas o animales? ¿Cuándo aparecen los insectos? ¿Y los primates? • ¿Seguimos evolucionando? ¿Cómo será el ser humano dentro de miles de años? ¿Cómo imaginamos a nuestros descendientes? ¿Se creará una nueva especie? Que los alumnos se atrevan a ponerle un nombre. Pueden imaginar qué pasaría ante algunos potenciales cambios futuros (incremento del efecto invernadero, guerras biológicas, etc.) mencionando características que pudieran ser seleccionadas favorablemente e influyeran en el proceso evolutivo de los seres vivos.
• El periódico de la controversia sobre la teoría de la evolución de Darwin. El alumno o alumna es el autor o autora de un reportaje para la portada de uno de los periódicos más importantes de la época en la que Charles Darwin publicó El origen del hombre. Debe transmitir claramente los descubrimientos de Darwin, sin olvidar la mentalidad fijista que impregnaba la sociedad de la época en la que se escribe el artículo. ¿Se puede escribir así un artículo que no ofenda a nadie?
• Darwin, escritor. Podemos proponer lecturas relacionadas con la unidad, como pudiera ser El ori gen de las especies por medio de la selección natural o El origen del hombre para intentar conocer
más detalladamente la teoría evolutiva de este científico y su particular visión sobre el proceso de la especiación. Es particularmente interesante un capítulo del primer libro, en el que Darwin explica qué entiende por selección natural. Dos obras del mismo autor, Autobiografía y Viaje en el Beagle también son obras muy interesantes, que aportarán a los alumnos y alumnas nuevos datos sobre la figura del naturalista británico y sobre sus importantes descubrimientos.
• La especie. Pedir a varios alumnos y alumnas que realicen una exposición oral sobre la aparición de nuevas especies, comentando las causas del aislamiento reproductivo. Si quieren, pueden utilizar como ejemplo las tortugas gigantes de las Islas Galápagos o los pinzones de dichas islas y, de paso, trabajar conceptos relacionados con la clasificación y la nomenclatura científica de las especies. 53
07 Biomas y ecosistemas PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Conocer los componentes de los ecosistemas y de los biomas. • Estudiar distintos biomas y ecosistemas de la Tierra, comprendiendo las relaciones con el clima y explicando tanto la distribución latitudinal y geográfica como altitudinal de los diferentes ecosistemas. • Explicar cómo cambian los ecosistemas y cómo influyen las actividades humanas en dichos cambios. • Reconocer las influencias ambientales en los seres vivos. • Definir los conceptos de mínimo, tolerancia, óptimo, hábitat, nicho y recursos. • Comprender los conceptos de población, relaciones interespecíficas, relaciones intraespecíficas, ecotono, y otros hechos y conceptos importantes de la ecología. • Analizar la sucesión ecológica, distinguiendo sucesiones primarias y secundarias.
Nos adentramos ya en el último bloque temático del libro con el objetivo de trabajar la organización de la naturaleza a gran escala, estudiar ecosistemas y biomas desde diferentes perspectivas, determinar la influencia del ambiente, observar los cambios en el tiempo y otros muchos aspectos muy importantes a tener en cuenta en el estudio de la compleja organización interna que tiene la naturaleza. Desde la unidad básica de la vida, la célula, hasta estos niveles de organización ecológicos, hemos debido tratar todos los niveles de organización de la biosfera. Esta unidad y las siguientes se centrarán en los más amplios de todos ellos.
• Explicar qué es la etapa clímax en la sucesión ecológica, aplicando los criterios necesarios para saber si un ecosistema se encuentra en esta etapa. • Describir las tendencias generales al cambio de todos los ecosistemas, identificando cuáles suponen avance en complejidad y cuáles regresión.
Contenidos S O T P E C N O C
• • • •
Biomas y ecosistemas. Mínimo, tolerancia y valor óptimo de las condiciones ambientales. Habitat, nicho y recurso para un ser vivo. La sucesión ecológica.
S O T N E I M I D E C O R P
• • • •
Utilización de imágenes para poder reflejar algunos conceptos y procesos ecológicos. Interpretación de algunos esquemas relacionados con la lección. Análisis de la información reflejada en tablas relacionadas con la lección. Reconocimiento de información en gráficas relacionadas con la lección.
S E D U T I T C A
• Interés por el conocimiento de la estructura ecológica de la que formamos parte. • Concienciar sobre el importante papel que desempeña el ser humano en la conservación de la naturaleza. 54
Contenidos transversales
Criterios de evaluación
Ciencia-tecnología-sociedad
• Entender la estructura de ecosistemas y biomas.
Los avances tecnológicos suponen cada vez un mayor desajuste en la relación entre el hombre y la naturaleza, de manera que cuanto mayor desarrollo alcanza el ser humano, mayores son los costes ambientales que soportamos. En la sociedad cazadora y recolectora los impactos en el entorno eran mínimos, aumentaron algo en la sociedad agrícola y ganadera, se dispararon con la Revolución Industrial y, en esta era de la alta tecnología, los problemas medioambientales se han hecho insostenibles. La tecnología debería servir de importante apoyo para equilibrar la balanza de esa relación entre el ser humano y la naturaleza, de forma que pudiéramos conseguir un desarrollo sostenible en el medio del que formamos parte.
• Reconocer ecosistemas y biomas en la Tierra. • Comprender las influencias ambientales en los seres vivos. • Conocer los ecosistemas y biomas más características de España. • Describir los cambios en los ecosistemas. • Comprender nuestro papel en la naturaleza.
Actividades Actividades de desarrollo Éste puede ser un buen momento para llevar a cabo una salida al campo y poder desarrollar, entre otras, la experiencia propuesta en el libro.
Educación ambiental
Actividades de refuerzo Se pueden realizar unos paneles que reflejen las características más importantes de los ecosistemas y biomas, haciendo énfasis en los españoles.
Debemos llegar a concienciar a nuestros alumnos de que la única solución para resolver los problemas ambientales que hemos originado es convivir con el entorno del que formamos parte, pero no vivir a su costa. Debemos respetar la naturaleza, cuidarla, mimarla. Las generaciones venideras tienen también el derecho de poder disfrutar de sus recursos, recursos que poco a poco hemos ido hipotecando. Hemos contaminado, deforestado, extinguido, somos la única especie que degrada el medio en el que vive y del que vive. Entre todos podemos intentar cambiar esta dinámica negativa, debemos apostar por un futuro en armonía con el medio. Nuevamente el concepto de desarrollo sostenible se hace necesario para la supervivencia de la naturaleza.
Actividades de ampliación Los alumnos pueden investigar y realizar series de vegetación en función de la altura en las montañas más cercanas a su centro. Podrían realizar trabajos en los que se simule algún tipo de sucesión.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA Ésta suele ser una unidad Actividades B M que los alumnos entien- ES, pág. 124 1 1 den bien porque se repa- T1, pág. 126 1 1 san muchos conceptos tra- T2, pág. 128 1 2 bajados con anterioridad, T3, pág. 130 1 1 tanto la organización de T4, pág. 132 2 1 y 3 la naturaleza como las TC, pág. 135 1 y 2 4 y 5 condiciones ambientales TP, pág. 136 1 2 y 4 ya han sido tratadas. Qui- TR, pág. 137 X zá podamos encontrar EX, pág. 137 X cierta dificultad al estudiar los cambios en los ecosistemas. El concepto de sucesión ecológica es el más complejo del tema.
Educación para el consumidor También desde la perspectiva del consumo podemos ayudar al cuidado de la naturaleza. Podemos elegir productos que no contaminen el medio, incluso productos que en su elaboración hayan tenido en cuenta de alguna forma un respeto por el entorno. Evitemos los productos muy envasados. Reutilicemos, reciclemos, reduzcamos consumos energéticos, etc. 55
A 3 3y4 3y4 3 4y5 3, 6 y 7
3y5
Soluciones de las actividades Presentación del Bloque III ( pág. 123 )
Agrupaciones: enjambre, matorrales y arrecife de coral. El término depredación no se identificaría específicamente con ninguno de los tres.
1. a) Se llama ecosistema al conjunto formado por los seres vivos que habitan en una zona determinada y el medio físico y químico de esa zona, entre los que se establecen diversas relaciones. El biotopo es el lugar del ecosistema donde habitan todos los seres vivos. La biocenosis es el conjunto de los seres vivos del ecosistema. b) Si, en un ecosistema los seres vivos están relacionados. Cualquier relación depredadorpresa es un ejemplo. c) No, siempre deben existir los seres autótrofos que inicien las cadenas tróficas.
2. a) Proporciona una mayor defensa contra los depredadores y les ofrece más oportunidades de reproducirse. b) Beneficia a dichas especies porque si fuera perjudicial no se mantendría esta relación.
3. a) Las plantas de lugares muy áridos tienen raíces profundas y muy ramificadas para recoger el máximo de agua. También suelen tener el tronco o las hojas carnosas para almacenar el agua que absorben.
3. En primer lugar, investigaría cómo se reproducen dichos insectos, con el objetivo de averiguar si se puede intervenir en algún aspecto de su proceso reproductivo intentando de este modo frenar el desarrollo de la plaga. Después investigaría la existencia de aves que se alimenten de orugas pero corro el riesgo de que también se alimenten de otros seres vivos, es una solución menos específica que la anterior. Más tarde investigaría cómo afecta la temperatura al crecimiento de las orugas, pero esto no solucionaría el problema, porque este factor ambiental puede controlarlo en condiciones experimentales pero no en la naturaleza. Por último, investigaría la fotosíntesis de los pinos, pero con mis conclusiones sobre este tema no frenaría la expansión de las orugas.
¿Qué debes saber? ( pág. 125 ) RECUERDA Y RESPONDE
b) Se encuentran en forma de semilla en el suelo, por lo que podemos decir que no aparecen espontáneamente y sobreviven esas plantas durante la época seca en forma de semillas «enquistadas», protegidas, a la espera de que mejoren las condiciones medioambientales para ellas.
Todas son relaciones entre dos especies. El comensalismo es una relación beneficiosa para una de las especies, pero indiferente para la otra. El parasitismo es una relación beneficiosa para una especie y perjudicial para la otra. La simbiosis es una relación beneficiosa para las dos especies. Y la depredación es una relación beneficiosa para una especie y supone la muerte para la otra. Quiere decir que en la nutrición, las plantas sólo incorporan materia inorgánica y los animales incorporan tanto materia orgánica como inorgánica.
c) Sí, por ejemplo, los polos. En este caso, el factor que condiciona la vida son las bajas temperaturas, es decir, el frío. d) Sí, los fondos abisales del mar.
RECUERDA Y RESPONDE
Expresa lo que sabes ( pág. 124 )
Porque suelen ser el inicio de las cadenas tróficas en los ecosistemas. Son los seres que consiguen fabricar materia orgánica a partir de la materia inorgánica presente en el medio, el dióxido de carbono y el agua, utilizando la energía del Sol. Son, por tanto, aquellos seres que consiguen fijar la energía solar e integrarla en los ecosistemas, de forma que los animales que se alimenten de ellos puedan aprovecharla.
1. Con la fotografía grande podemos relacionar muchos seres vivos, suelo fértil y suelo húmedo y con la fotografía pequeña podemos relacionar viento fuerte, grandes cambios de temperatura y nevadas. 2. Biomas: desierto y estepa. Ecosistemas: encinar, bosque, laguna y oasis. 56
TAREA 1 Panorama: Biomas y ecosistemas
concentración de oxígeno u otros gases, la cantidad de luz, la humedad atmosférica, el viento, etcétera.
( pág. 127 )
2.
Imagen activa 1. Biomas y pisos de vegetación
Mozambique Sabana: Zona de clima tropical con estación seca
Los árboles de hojas grandes se pueden desarrollar en el piso de vegetación de los bosques de hoja caduca, ya que necesitan amplias hojas para aprovechar los meses que las tienen y además no se dan unas condiciones de temperaturas altas que obligue a reducir su tamaño para evitar la pérdida de agua.
Selva: Zona de clima tropical Sabana: Zona de clima tropical con estación seca Pradera: Zona de clima templado apenas sin árboles Desierto: Zona árida en la que apenas llueve Pradera: Zona de clima templado apenas sin árboles Marino: Zona de aguas marinas Bosque mediterráneo: Zona de sequía estival
Los animales de pilosidad escasa se podrían desarrollar en el piso de vegetación del bosque mediterráneo, donde hace más calor. La escasez de pelo es una adaptación positiva en estas circunstancias.
Montañoso: Zona de altas cumbres Bosque de hoja caduca: Zona de clima templado con árboles Taiga: Zona de clima frío
Las plantas suculentas se deberían desarrollar en la zona de óptimas condiciones para el desarrollo botánico y que suele coincidir con el final del piso del encinar e inicio del piso del robledal, es decir, en el paso entre el bosque mediterráneo y el bosque de hoja caduca.
Tundra: Zona extremadamente fría
Noruega
Explicar 3. Si hay más plantas, se evita más la escorrentía superficial y el suelo contiene más agua y si el suelo contiene más agua, es más fácil que se desarrollen más plantas. Si la temperatura del aire es adecuada, hay más cantidad de insectos. Si hay mucha luz solar, el agua del mar está más caliente. Si hay muchos conejos, se desarrollan muchos zorros, pero, como éstos se alimentan de los primeros, pronto escasearán los conejos y la población de zorros tenderá a reducirse. Entonces, por la baja depredación, aumentará el número de conejos y el ciclo volverá a comenzar.
Los grandes herbívoros podrían desarrollarse tanto en el piso de vegetación del bosque mediterráneo como en el piso de vegetación del bosque de hoja caduca por gran la cantidad de plantas que sustentan ambos biomas. Las hierbas de desarrollo anual podrían desarrollarse en la parte alta cercana a la cumbre coincidiendo con lo que en definitiva es el inicio de la tundra, ya que se registran normalmente bajas temperaturas a lo largo del año, salvo en la época estival en la que éstas aumentan algo. Sí. Se encuentran ciertas similitudes entre esas zonas porque se desarrollan parecidas condiciones ambientales, que determinan un tipo de biocenosis bastante similar.
4. En el paso del estanque nuevo al estanque viejo pueden oscilar las concentraciones de bioelementos, de algunos gases, disminuir la cantidad de luz, aumentar la biodiversidad y la cantidad y complejidad de relaciones entre los seres vivos. En el paso de la pradera al bosque climax pueden oscilar las concentraciones de algunos bioelementos, de algunos gases, aumentar la cantidad de agua retenida, disminuir la cantidad de luz, variar las corrientes de viento, aumentar la biodiversidad y la cantidad y complejidad de relaciones entre los seres vivos.
Actividades Recordar 1. Algunas condiciones del ambiente en ecosistemas acuáticos podrían ser la temperatura, la presión, la concentración de oxígeno u otros gases, la cantidad de luz, las corrientes, etc. Algunas condiciones del ambiente en ecosistemas terrestres podrían ser la temperatura, la 57
Soluciones de las actividades TAREA 2 ¿Cómo condiciona el ambiente a los seres vivos? ( pág. 128 )
TAREA 3 Los ecosistemas y su composición; los biomas ( pág. 130 )
OBSERVACIÓN
Observación
1. Respuesta personal.
1. Vemos especies de diferentes tipos de algas, de una especie de esponja, de medusa, de actinia, de estrella de mar, de langosta, de gasterópodo, de tiburón y de otros tipos de peces.
2. Crecimiento de raíces Floración Caída de las hojas Actividad de insectos Emergencia de setas Cantidad de algas
Dureza del suelo Duración del día Viento Temperatura Lluvia Profundidad
Experiencia Necesita 300 ml/día. Con 750 ml crecerá unos 6,25 cm/mes. El riego excesivo implica que no se puede desarrollar de manera correcta la absorción radicular.
2. La luz, la temperatura, la presión, las corrientes, la concentración de bioelementos, de oxígeno y de otros gases. 3. La luz solar es captada por las algas para realizar la fotosíntesis (clase 2). Es de clase 3. Imagen activa 1
Imagen activa 1. Araña
Disminuye la temperatura, aumentan los vientos, aumenta la humedad y aumentan las concentraciones de bioelementos.
Fundamentalmente los insectos.
Actividades
Actividades
Recordar
Recordar
1. Biocenosis son los seres vivos de un ecosistema, población es el conjunto de individuos de una especie que vive en un ecosistema. La biocenosis abarca a todas las especies y la población se ciñe únicamente a una de ellas. Ambos se relacionan con el concepto de especie biológica.
1. Factor limitante es aquel que está cerca del mínimo imprescindible o supera el máximo soportable. Hábitat es el lugar dentro del ecosistema donde cada organismo puede vivir y reproducirse. 2. Recursos abióticos acuáticos: temperatura, concentración de oxígeno (fase inmadura). Recursos abióticos terrestres: temperatura, humedad atmosférica. Recursos bióticos acuáticos y terrestres: plantas acuáticas, escarabajos acuáticos, larvas de efímera, lombrices, etc.
2. Bosque mediterráneo: Encinar y quejigar. Desierto: Oasis y reg. Bosque templado de hoja caduca: Hayedo y robledal. Explicar 3. Respuesta gráfica. La disminución de hierba en un prado, determinada por el aumento de la población de saltamontes, limita el potencial reproductivo teórico de dicha población.
Comprender 3. Un descenso de la temperatura ambiental por una helada resultará más limitante para la especie que comúnmente más se aleje de esos valores: para el gorrión. Por las mismas razones, la escasez de alimento limita más a la paloma.
TAREA 4 Los cambios en los ecosistemas
4. Se acostumbraría demasiado a esta leche y al introducir cualquier pequeña variación en la alimentación podría originar una disfunción digestiva que provocase un descenso en el crecimiento. Conforme el bebé crece, requiere una alimentación más completa y equilibrada. 58
( pág. 132 )
Observación 1. Después del incendio se van sustituyendo unas especies por otras y va aumentando el número de las que quedarán en la fase climax.
Actividades de la unidad
El incendio puede ser debido a causas naturales, como un rayo, o a causas humanas. Habrá ido descendiendo justo después del incendio y aún más con el paso del tiempo gracias a la nueva cubierta vegetal. Bosque recién quemado: mosca y avispa. Bosque en regeneración: ratón de campo, conejo. Bosque totalmente recuperado: picapinos, zorro.
Test de conocimientos ( pág. 135 ) 1. De arriba abajo: ecosistema, relación, integración, biotopo (izquierda) y biocenosis (derecha). 2. a) Conjunto formado por los seres vivos que habitan en una zona determinada y el medio físico y químico de esa zona, entre los que se establecen diversas relaciones. b) Es la relación entre biotopo y biocenosis. c) Conjunto de seres vivos de un ecosistema. d) Son grandes zonas donde se mantienen los rasgos generales de clima y suelos. e) Condiciones no bióticas de un ecosistema. f) Conjunto de factores influyentes en el organismo. g) Influencia ambiental no biótica del ecosistema. h) Lugar dentro del ecosistema donde un organismo puede vivir y reproducirse.
2. Salvo por una erupción volcánica, sería complicado generar un fuego que devolviese al ecosistema a las mismas condiciones iniciales. Imagen activa 1. Brezal con helechos Que probablemente, con el tiempo, en esta zona se desarrollará un robledal. No podríamos asegurar ni que avance hacia un robledal ni que esté en retroceso, tendríamos que conocer su historia.
Actividades Comprender
3. El límite del robledal, su ecotono, se encontrará donde la cantidad de especies diferentes comience a ser mayor.
1. El crecimiento de la vegetación de un bosque hace que vayan existiendo variaciones de temperatura entre el exterior y el interior del mismo.
4. a) Demasiado global, pues hay muchas especies diferentes de delfines en ríos y mares. b) Es un término muy amplio ya que suele haber varias especies de árboles en un jardín. c) Es el término que se da a un grupo de artrópodos que incluye muchísimas especies. d) No son seres vivos.
2. Mientras que las sucesiones primarias son aquellas en las que no interviene el ser humano, las sucesiones secundarias son aquellas en las que sí interviene. Elección personal. Explicar 3. Respuesta gráfica, aplicando los datos del esquema de la página 133. Como las etapas más alejadas del agua son las que más tiempo han tardado en formarse, la sucesión de ecosistemas será: juncal - espadañar - carrizal- tarajal.
5. a) Sucesión, biotopo, especies. Verdadera. b) Especies, aumentando, viento, nieve, plantas. Verdadero. c) Desarrollo, climax. Falso, no tendrían porqué desaparecer a los pocos años.
4. Sí: se irían desarrollando las mismas etapas de sustitución en la sucesión hasta la fase climax.
6. En su momento clímax todos los estratos vegetales de un bosque (costráceo, herbáceo, arbustivo, arbóreo) contienen especies análogas a las de otras tantas fases sucesionales pasadas (líquenes y musgos, gramíneas, matorrales y árboles), desde las más antiguas hasta las modernas. En su momento clímax las orlas de vegetación concéntricas que se establecen a partir de las orillas de una laguna corresponden a otras tantas fases sucesionales, de manera que las más alejadas del agua han tardado más en formarse.
5. Es la primera fase sucesional, ya que corresponde a la primera orla de vegetación concéntrica originada.
Resumen de la unidad Imagen activa 1 Podría ser factible. ¿Acaso un nuevo comienzo? ¿En que condiciones? Sería mejor no forzar esa «sucesión». 59
Soluciones de las actividades 7. Porque los pequeños forman las fases sucesionales que dispondrán las características necesarias para que se desarrollen correctamente las fases sucesionales posteriores que puedan albergar grandes árboles y animales.
b) El desarrollo de las fases sucesionales de la laguna, que se corresponde con las distintas orlas de vegetación concéntricas que se establecen a partir de sus orillas: juncos, carrizos, espadañas y tarajes. Las orlas de vegetación concéntricas más alejadas del agua han tardado más tiempo en formarse.
) Test de capacidades ( pág. 136
1. En el mapa debe quedar reflejado: a) Gran parte de la zona centro y Sur de la Península y también Baleares. b) Islas Canarias. c) Zona Norte de la Península. d) Algunas áreas de la zona centro. Generalizando, a medida que vamos hacia el sur van aumentando las temperaturas y disminuyendo las precipitaciones. 2. a) Las gráficas reflejan el desarrollo de nuevos ejemplares diarios de dos especies diferentes de Drosophila en función de un factor ambiental muy influyente en las mismas, como parece que es la propia cantidad de alimento disponible. Quedan reflejados unos requerimientos mínimos necesarios y un óptimo de crecimiento ante este factor. Llegado este punto, mayor cantidad de comida ya no se traduce en una mayor cantidad de nuevos ejemplares diarios, sino todo lo contrario, se produce una disminución. b) 25 gramos en los dos casos. c) La especie 1 puede tolerar hasta 125 gramos y la especie 2, hasta 150 gramos. d) 100 gramos en ambos casos.
3. Porque los zorros se mueven más en estos ecotonos, ya que son los sitios donde existe la mayor riqueza de especies diferentes, es decir, es la zona con mayor variedad de presas distintas para el zorro. 4. Basta con realizar esquemas sencillos, con rótulos. Debe reflejarse en los dibujos: a) El desarrollo de las distintas fases sucesionales del bosque: líquenes y musgos, gramíneas, matorrales y árboles, de tal forma que se vaya viendo el desarrollo de todos los estratos vegetales del bosque: musgos y líquenes, herbáceo, arbustivo y arbóreo. 60
5. Respuesta dependiente del territorio.
Test de responsabilidad ( pág. 137 ) Valorar lo que tenemos es nuestro gran reto. Valorar el hecho de respirar aire puro, los cambios estacionales, el beber agua limpia, el disfrutar del canto de los pájaros. ¿Lo valoraremos cuando lo perdamos?
Experiencia ( pág. 137 ) Aunque esta experiencia puede realizarse con los datos del esquema del libro, sería muy interesante llevarla a cabo en el campo. Es muy sencilla y tanto su realización como los resultados son realmente interesantes para los alumnos y alumnas. MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
Desarrollo sostenible y protección del medio ambiente Al ritmo que llevamos, la naturaleza, tal y como la conocemos, podría tener los días contados. Desastres ecológicos, escasa implicación económica, despropósitos sociales, son tantas las circunstancias que una y otra vez dañan a nuestro pobre planeta Tierra, que realmente se encuentra en una situación límite. El planeta tan sólo puede quejarse de la forma que sabe: más cánceres de piel, más pérdida de biodiversidad, mayores inundaciones... Es obvio que ha llegado el momento de decidir un cambio importante en nuestra forma de actuar, como ciudadanos, consumidores e incluso como especie. Recordemos a los alumnos que su futuro y el de las generaciones posteriores está realmente en sus manos. Comentarles que, no obstante, aunque la situación del planeta puede preocuparnos, es cierto que la conciencia medioambiental ha crecido de forma considerable (recordar que hace apenas quince años no aparecía una sola noticia de medio ambiente en los telediarios), y que muchas organizaciones internacionales comienzan a hacerse oír para provocar ciertos cambios de actitud en los gobiernos y en la ciudadanía.
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
• Sucesión simulada. Se puede simular de alguna forma un proceso de sucesión ecológica a partir del incendio de una zona o de la formación de una laguna. Se pueden utilizar todo tipo de materiales y técnicas en el proceso de realización de dicha sucesión.
• Paneles sobre los ecosistemas. Los alumnos y alumnas pueden realizar unos murales en los que se visualicen los elementos que forman los ecosistemas, los factores del biotopo, de la biocenosis y todas las relaciones posibles que puedan darse en ellos y entre ellos. Pedirles que incluyen todas las fotos y dibujos de animales, plantas, paisajes, etc., que encuentren.
• Decálogo medioambiental. Los alumnos pueden confeccionar un decálogo medioambiental en el que se recomiende a la gente la realización de una serie de actuaciones con el objetivo de intentar mejorar la sostenibilidad del entorno en el que vivimos.
• Ecojuego. Los alumnos pueden inventar algún tipo de juego que tenga como principal protagonista el ecosistema. Pueden tratar cualquier aspecto ecológico. Las características y bases del juego deberían ser establecidas por los propios alumnos. Ejemplo: un juego de simulación con causas - consecuencias, desarrollándose sobre un tablero en el que aparezcan conceptos y hechos, con cartas para introducir variables diferentes.
• Biomas cercanos. Se puede realizar algún tipo de trabajo sobre el bioma en el que se encuentra el centro. Los alumnos pueden investigar en la zona los ecosistemas típicos que puedan englobarse en este bioma, realizar estudios de sus biotopos, sus biocenosis y las relaciones que puedan desarrollarse en los mismos. Se podría elaborar un trabajo escrito, aunque una exposición oral apoyada de algún tipo de material visual resultaría también interesante.
• Un bioma, un panel. Los alumnos pueden representar en paneles los distintos tipos de biomas que hay en la Tierra. No hay que olvidar ni el bioma de montaña ni el bioma marino. Sería conveniente que los paneles reflejasen las características comunes que tienen las zonas que engloban estos biomas.
Sugerencias complementarias • Existe mucho material multimedia relacionado con los conceptos que se trabajan en esta unidad. Cualquier apoyo de este tipo va a complementar perfectamente cualquiera de nuestras explicaciones y ayudará a fijar dichos conceptos. Sería aconsejable visualizar aspectos poco conocidos o que no resulten cotidianos con el objetivo de amplificar el campo de visión que tienen los alumnos de estos temas. • Puede ser un buen momento para desarrollar un pequeño ecosistema artificial en alguna zona del centro, con el objetivo de servir como material de trabajo y estudio para nuestros alumnos. Una pequeña zona para realizar siembras, una pequeña charca, etc., pueden resultar interesantes a la hora de realizar en dichos espacios pequeñas investigaciones que sean útiles y sirvan como iniciación a posteriores trabajos de mayor envergadura en el campo. Para llevar a cabo la experiencia con mayor eficacia, conviene acotar una sección de terreno, de forma que nadie pueda pisarla ni alterarla, e incluir carteles informativos para que los demás alumnos y alumnas del centro no interfieran en el desarrollo del ecosistema y para que participen y disfruten también del experimento. Pero hay que tener en cuenta que de nada servirá realizarlo si no se lleva a cabo un registro diario sistemático de los cambios.
• Ecosistemas cercanos. Se puede realizar algún tipo de trabajo sobre un ecosistema cercano al centro. Los alumnos pueden investigar el biotopo, la biocenosis y las relaciones que puedan de-sarrollarse en ese ecosistema. Al finalizar, se podría proponer la elaboración de un trabajo escrito, aunque una exposición oral apoyada de algún tipo de material visual sería suficiente y resultaría también interesante.
Actividades de ampliación • Al campo, «peques». Los alumnos y alumnas pueden intentar ser los profesores por un día, ya que pueden preparar una salida de campo para alumnos más pequeños. No hay que ser muy ambiciosos en los objetivos a conseguir con alumnos más pequeños. Dejar claros dos o tres conceptos bastará. Resulta conveniente no complicar mucho las actividades que deban realizar. • Series de vegetación. Se pueden confeccionar series de vegetación en función de la altura en las montañas más cercanas al centro. No tienen porqué resultar series complicadas, puede valer perfectamente una variación de tan sólo dos especies arbóreas. 61
08 Interacciones en los ecosistemas PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Conocer la integración de los elementos que constituyen el ecosistema. • Entender que un ecosistema no es un conjunto de organismos independientes que viven en un mismo lugar, sino que se trata de un todo, un complejo conjunto de interacciones en el que cada cambio, por pequeño que sea, puede producir cambios muy importantes en la totalidad. • Analizar los mecanismos de control en el ecosistema, así como la influencia de las agrupaciones intraespecíficas e interespecíficas. • Estudiar la dinámica ecológica utilizando para ello modelos cibernéticos sencillos. • Describir las relaciones interespecíficas: mecanismos de retroalimentación, agrupaciones de control ecológico (depredación, competencia, parasitismo, amensalismo, comensalismo, plagas y epidemias) y agrupaciones de beneficio mutuo (simbiosis, mutualismo, cooperación). • Describir las relaciones intraespecíficas, indicando las causas de la existencia de grupos sociales en el ecosistema, sus características (jerarquización, división de tareas, especialización anatómica y funcional), y mencionando algunas agrupaciones de otros tipos, como las gregarias.
Las relaciones en los ecosistemas desempeñan un papel tan importante como los propios elementos del biotopo y de la biocenosis. La naturaleza se autorregula y tiene mecanismos de retroalimentación tanto positivos como negativos, que potencian el equilibrio en los sistemas. Estos mecanismos son a veces muy sencillos y otras veces realmente complejos, pero en ambos casos son capaces de mantener las condiciones de estabilidad del ecosistema, dentro de ciertos márgenes de variación. El problema aparece cuando algún elemento del sistema distorsiona gravemente este equilibrio... y, por lo general, esta alteración, al menos en nuestros tiempos, suele deberse a la actividad de la especie humana.
Contenidos S O T P E C N O C
• Mecanismos de control en los ecosistemas. • Agrupaciones intraespecíficas • Agrupaciones interespecíficas.
S O T N E I M I D E C O R P
• Utilización de imágenes para poder reflejar algunos conceptos y procesos ecológicos. • Interpretación de algunos esquemas relacionados con la unidad. • Reconocimiento y uso de información contenida en gráficas.
S E D U T I T C A
• Interés por el conocimiento de las relaciones ecológicas que mantenemos. • Concienciar sobre el importante papel que desempeña el ser humano en la conservación de la naturaleza. 62
Contenidos transversales
Actividades
Educación ambiental
Actividades de desarrollo Hay gran cantidad de material multimedia que puede complementar perfectamente nuestras explicaciones. También podemos realizar una práctica de campo con el objetivo de reconocer interacciones en los ecosistemas: éstas son sorprendentemente fáciles de reconocer por los alumnos y alumnas sobre el terreno. Además, de esta forma podemos resolver de una manera más práctica las diferentes actividades que plantea el libro del alumno.
Debemos concienciar a los alumnos de la importancia de mantener unas correctas relaciones ecológicas con el entorno del que formamos parte. Debemos respetar la naturaleza y en esta tarea se encuentra el hecho de mantener una sostenibilidad en nuestras relaciones ambientales. Aunque sea reiterativo, debemos intentar que los alumnos y alumnas piensen que las generaciones venideras tienen también el derecho de poder disfrutar de sus propias relaciones con el entorno. Para ello, basta, en este caso, con ponerles a pensar sobre algunas de las relaciones, a veces complejas y sutiles, que vamos a descubrir durante el estudio de la unidad. Hablarles de que, normalmente, el funcionamiento de un ecosistema es un delicado equilibrio, que puede romperse muy fácilmente.
Actividades de refuerzo Se pueden realizar paneles que reflejen las interacciones más importantes que tienen los ecosistemas. Los alumnos podrían también realizar algún tipo de juego de simulación que guardase relación con dichas interacciones.
Educación para el consumidor
Actividades de ampliación
Ya sabemos que podemos ayudar al cuidado de la naturaleza desde la perspectiva del consumo. Al final de la unidad se trabajan los residuos. Antes de producirlos debemos reciclar y reutilizar nuestros materiales, e intentar reducir la cantidad de residuos que producimos. Una vez que tengamos los residuos, intentaremos gestionar una correcta eliminación de los mismos. Es realmente importante que utilicemos los medios que los ayuntamientos ponen a nuestra disposición, es decir, que usemos correctamente los contenedores para la separación de basuras. Éste es un pequeño paso en la consecución de una sociedad más respetuosa con la naturaleza.
Los alumnos pueden realizar una campaña en el centro con el objetivo de sensibilizar a sus compañeros del problema de los residuos. Para ello deberían organizarse, conseguir carteles publicitarios, instalar contenedores (o carteles en los contenedores ya existentes), etc.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA Esta unidad no suele re- Actividades B M A presentar una gran difi- ES, pág. 140 1 2 3 cultad para los alumnos. T1, pág. 142 1 y 2 3-7 Suele ser una unidad que T2, pág. 144 1 2 y 3 4 entienden bien porque se T3, pág. 146 1 2 y 3 4 repasan algunas relaciones T4, pág. 148 1-3 4 y 5 trabajadas ya con anterioT5, pág. 150 1 y 2 3 4 y 5 ridad. El asunto más complicado es el uso de mo- TC, pág. 153 1 52,y3,6 4 y 7 delos y el establecimiento 1, 2, de relaciones. Es impor- TP, pág. 154 3 4 y 6 5 tante que resaltemos tam- TR, pág. 155 X bién el apartado específi- EX, pág. 155 X co en el que se hace referencia a los residuos y la problemática que con ellos se relaciona.
Criterios de evaluación • Comprender los mecanismos de control en la naturaleza. • Describir las agrupaciones interespecíficas y reconocer algunas de ellas en diversos ejemplos de ecosistemas. • Describir las agrupaciones intraespecíficas y reconocerlas en diversos ecosistemas. 63
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 124 )
DEDUCE. Bosque de pinos No han podido desarrollarse porque no han tenido la suficiente luz para hacerlo (la tapan los árboles adultos). La luz es un elemento imprescindible para la realización de la fotosíntesis.
1. En la relación entre las leonas y los facoceros, aquéllas obtienen alimento y éstos salen claramente perjudicados. Las leonas cazan asociadas en grupo y esto es una ventaja, ya que facilita el objetivo de cobrarse una pieza. Las ovejas obtienen también alimento pero compitiendo entre ellas, lo que siempre es un inconveniente.
Las acículas de los pinos caídas al suelo confieren a éste unas características inadecuadas para el desarrollo de otros vegetales.
2. Parasitismo: es una relación en la que unos organismos de una especie viven a costa de organismos de otra, a los que producen daños. Depredación: es una relación en la que los predadores de una especie cazan a las presas de otra especie para alimentarse de ellas. Colonia: es una agrupación de individuos de la misma especie que favorece la supervivencia, pero sin una estructura social desarrollada. Sociedad: es una agrupación de individuos de la misma especie que tiende a favorecer su propia supervivencia y en la que podemos observar una jerarquía, una división de tareas y una especialización anatómica y funcional desarrollada. Competencia: es una relación entre individuos de especies diferentes o de la misma especie, que tratan de conseguir los mismos recursos a la vez, por lo que es perjudicial para ambas partes. Simbiosis: es una relación en la que dos seres de especies distintas conviven imprescindiblemente obteniendo un beneficio mutuo.
EXPLICA. Cadáver de animal
3. Permanecen juntos porque obtienen beneficios, detectan antes entre todos a sus potenciales depredadores, y además, formando parte de un gran grupo, las probabilidades de morir cazados por dichos depredadores son menores. Si desaparecieran los linces ibéricos, aumentarían sus potenciales presas (conejos, liebres y roedores), lo que provocaría una escasez de los recursos alimenticios de éstos, los vegetales.
La locomotora tiene tornillos, tuercas, cables, cristales, etc. El ordenador tiene cables, circuitos, tornillos, teclas, etc. Las células, los tejidos, los órganos de los sentidos, los aparatos reproductores, etc., forman parte de un organismo animal. Las encinas, las jaras, los conejos, los ratones de campo, etc., de un bosque. La locomotora o el ordenador requieren energía eléctrica y un animal o un vegetal necesitan energía química. Para el mantenimiento de las máquinas hacen falta personas que se ocupen de repararlas, proporcionarles lo que necesitan para funcionar, etc. En cambio, los seres vivos y los ecosistemas se mantienen a sí mismos, tienen mecanismos de regulación y control que posibilitan su funcionamiento como sistemas independientes.
Los descomponedores realizan la tarea de hacer posible la recirculación de los ciclos de la materia, ya que facilitan, con la descomposición de la materia orgánica, que los seres autótrofos puedan reutilizar los elementos químicos indispensables para poder iniciar las cadenas tróficas en los diferentes ecosistemas.
TAREA 1 Panorama: Integración del ecosistema ( pág. 142 ) Imagen activa 1. Amboseli Los leones depredan ñúes y cooperan en la captura de este recurso, las jirafas comen acacias y compiten por ese recurso, los elefantes se reúnen en agrupaciones gregarias, etc.
Imagen activa 2. Máquinas y seres vivos
¿Qué debes saber? ( pág. 141 ) EXPLICA. Lombrices de tierra Las lombrices, al excavar en la tierra, favorecen la aireación del suelo, lo que a su vez facilita la circulación de agua con sales minerales en disolución. De esta forma, las plantas tienen posibilidad de tomar con más facilidad estos nutrientes. 64
Actividades
Experiencia
Recordar
Sí se manifestará alguna dependencia, ya que las arañas se alimentan de insectos.
1.
Interrelaciones en el biotopo Interrelaciones en la biocenosis Interrelación biotopo sobre biocenosis Interrelación biocenosis sobre biotopo
Mucho CO2 produce aumentos de temperatura Las jirafas comen hojas de las acacias. Si llueve menos, hay menos vegetación. Una población realiza un vertido tóxico en un río.
Imagen activa 1. Antena y ecosistema Son ondas que se propagan de un lugar a otro. Se captan gracias a la antena, que se orienta hacia las ondas. En las plantas, la clorofila capta la radiación lumínica para producir energía química. Las hojas se orientan de la forma más adecuada para captar la luz.
2. Agrupaciones intraespecíficas: colonia de corales, enjambre de abejas, manada de ciervos. Agrupaciones interespecíficas: león y ñu, pulga y perro, garcilla y búfalo.
Actividades Recordar 1. Un sistema es un conjunto de elementos iguales o diferentes que dependen unos de otros para conseguir que funcione el grupo. Una pradera es un sistema por disponer de energía para mantener a un grupo de seres vivos en condiciones ambientales determinadas, y con interacciones específicas que autorregulan su evolución.
3. Es una asociación intraespecífica. 4. La ciudad sería una agrupación interespecífica por las muchas interacciones de seres vivos de diferentes especies. Un gallinero sería una agrupación intraespecífica, si sólo se producen interacciones entre las gallinas, pero sería interespecífica si tenemos en cuenta que el ser humano las alimenta o que las gallinas pueden tener parásitos.
2. Porque la cantidad de los elementos de los ecosistemas no es exactamente constante.
Explicar Comprender
5. La ecología es una ciencia que trata de explicar todas las interacciones que se pueden producir en la naturaleza; interacciones que se establecen dentro de la biocenosis, dentro del biotopo y también entre ambos.
3. Se controlan unas a otras, lo cual es ventajoso. Si crece el número de moscas, también lo hace el de arañas; entonces baja el número de moscas y con ello, también el número de arañas, y vuelve a subir el de las moscas... y así siempre. Es una fluctuación dinámica entre poblaciones.
6. Una agrupación social puede ser un hormiguero, en el que las hormigas tienen una jerarquía y una especialización anatómica y funcional para poder llevar a cabo una división en las tareas. No hay verdaderas sociedades vegetales porque ninguna cumple estos requisitos.
4.
Muchas langostas I
Más crías de aves insectívoras I
Menos langostas I
Menos crías de aves insectívoras
7. Cuando se desarrolla una colonia de pólipos.
TAREA 3 Las agrupaciones interespecíficas (I)
TAREA 2 La cibernética en la ecología
( pág. 146 )
( pág. 144 )
Observación
Observación
Las poblaciones de conejos y zorros se van regulando mutuamente. El límite máximo del conejo es aproximadamente de unos 150.000 ejemplares y el del zorro, unos 80.000 ejemplares. El límite mínimo de ambas especies, unos 1.000 ejemplares.
La calefacción controlada por termostato es un sistema artificial de autocontrol que sirve de modelo para comprender otros sistemas naturales similares. 65
Soluciones de las actividades No coinciden en el tiempo máximos y mínimos de ambas especies porque, al ir aumentando los zorros van disminuyendo los conejos, e igualmente ocurre con los mínimos: al ir disminuyendo el número de zorros van aumentando el de conejos. El sistema se ajusta mediante estos métodos de retroalimentación por autocontrol natural.
La simbiosis es una relación en la que dos seres de especies distintas conviven imprescindiblemente obteniendo un beneficio mutuo. La cooperación es una relación no indispensable entre dos especies y con beneficio mutuo.
2. En 1885 había 130.000 liebres y 50.000 linces y en 1930 había 5.000 liebres y 10.000 linces. Los localizaría a ambos seguidos en el tiempo.
Imagen activa 1. Acículas de pinos
Explicar
Las acículas de los pinos caídas al suelo le confieren unas características inadecuadas para el desarrollo de otros vegetales (amensalismo). Disminuye la biodiversidad de la biocenosis del ecosistema.
3. Porque permite mantener estable la abundancia de organismos de un ecosistema.
Imagen activa 2. Cochinillas y chumbera Esta fotografía muestra un parasitismo. La cochinilla se beneficia y la chumbera sale perjudicada.
Actividades Recordar 1. La depredación es una relación en la que los depredadores de una especie cazan a las presas de otra con el objetivo de alimentarse de ellas. Depredadores son el león, el tigre, el lince o el águila imperial. Presas son el ñu, las cebras, la liebre o el conejo. La competencia es una relación entre individuos de especies diferentes o entre individuos de la misma especie en la que se coincide en querer conseguir los mismos recursos a la vez, por lo que es perjudicial para ambas partes. El parasitismo es una relación en la que unos organismos de una especie viven a costa de otros organismos de otra especie, a los que producen serios daños. Parásitos son piojos, chinches, lombrices intestinales o tenias. Hospedadores son chumberas, perros, gatos o el ser humano. El comensalismo es una relación en la que los organismos «comensales» de una especie aprovechan los restos alimenticios de otra especie. El inquilinismo es una relación en la que los organismos «inquilinos» de una especie dependen de la permanencia en otra especie. El amensalismo es una relación en la que una especie no se desarrolla ni se reproduce si está en presencia de otra, sin que esta última obtenga ningún beneficio ni daño por ello. 66
4. Que la población de conejos aumentaría desmesuradamente al disminuir drásticamente sus potenciales depredadores. Esto sería un mecanismo de retroalimentación positiva. Disminuiría drásticamente la población de zorros. Los datos exactos reflejados en la representación gráfica es una respuesta personal del alumno pero, en cualquier caso, debe mostrar una disminución drástica de los conejos existentes hasta que éstos desaparecieran y, consecutivamente, reflejar también la desaparición de los zorros.
TAREA 4 Las agrupaciones interespecíficas (II) ( pág. 148 ) Actividades Piensa Podría estar impidiéndose el desarrollo y reproducción de muchas especies en la naturaleza.
Experiencia Es una buena oportunidad para relacionar conceptos teóricos que trata el libro con aplicaciones prácticas que reflejan procesos que rutinariamente se producen a diario y que guardan una estrecha relación con las agrupaciones interespecíficas.
Imagen activa 1. Peces payaso Obtienen una situación defensiva frente a sus potenciales depredadores. Ante la peligrosidad de los tentáculos de las anémonas, pocos peces depredadores de los peces payaso se acercarían a intentar capturarlos.
Imagen activa 2. Liquen
5. Las bacterias no se alejan de los discos porque detecten que son tóxicos. Es, simplemente, que no pueden vivir en su proximidad. La concentración de antibiótico es máxima en la pastilla y mínima en el extremo del halo, y entre ambos, disminuye gradualmente. Un antibiótico más tóxico lo seguirá siendo aunque su concentración sea mínima, por ello en la zona de mínima concentración siguen sin vivir bacterias. Es decir, cuanto más grande sea el halo, más efectivo es el antibiótico contra ese tipo de bacterias.
Un liquen está compuesto por un hongo y un alga. El alga cede al hongo parte de los nutrientes que fabrica mediante fotosíntesis, pero necesita protección y humedad, que consigue gracias al hongo.
Actividades Comprender 1. El amensalismo o antibiosis es una relación en la que una especie no se desarrolla ni se reproduce si está en presencia de otra, sin que esta última obtenga ningún beneficio ni daño por ello. Son perjudicadas las bacterias del yogur, porque no pueden vivir cerca de esas sustancias antibióticas producidas por ciertos hongos o sintetizadas artificialmente en laboratorios.
TAREA 5 Las interacciones entre organismos de una especie ( pág. 150 ) Observación
2. Mientras que el comensalismo es una relación en la que los organismos «comensales» de una especie aprovechan los restos alimenticios de otra especie, el inquilinismo es una relación en la que los organismos «inquilinos» de una especie necesitan de la permanencia en otra especie. En el comensalismo no hay ningún tipo de perjuicio y sólo beneficios para el comensal, como en la relación entre tiburones y rémoras. En el inquilinismo tampoco hay perjuicio y sólo hay beneficios para el inquilino, como es el caso de algunos peces pequeños que se introducen en las holoturias para refugiarse, sin causarles molestia.
1. Porque evolutivamente han desarrollado esa estrategia para conseguir alimento. Obtienen más alimento con más facilidad, aunque existe cierta competencia en el reparto. No, existen diferencias entre los propios machos, el macho dominante, el macho alfa, suele ser el más corpulento. El resto de machos suele meter el rabo entre las piernas como signo de sumisión al macho dominante y este macho es el que cubre primero a las mejores hembras y el que come primero. 2. Respuesta personal.
3. Mientras que la simbiosis o mutualismo es una relación en la que dos seres de especies distintas conviven imprescindiblemente obteniendo un beneficio mutuo, la cooperación es una relación no indispensable entre dos especies y con beneficio mutuo. Como ejemplo de simbiosis tenemos al liquen, que es una relación imprescindible entre un alga y un hongo, en esta relación el alga cede al hongo parte de los nutrientes que fabrica, puesto que es fotosintético y consigue la protección y humedad que necesita gracias al hongo. Como ejemplo de cooperación, citaremos los pájaros limpiadores de la boca de los cocodrilos.
Imagen activa 1. Banco de sargos
Explicar
Comprender 3. La jerarquía en nuestra sociedad está determinada por los poderes socioeconómicos, el hecho de pertenecer o no a una noble familia, el he-
Los sargos, al vivir en un banco están más protegidos frente a potenciales depredadores y tienen un mayor éxito reproductor.
Actividades Recordar 1. Cada subgrupo de animales dentro de una sociedad se denomina jerarquía. 2. Sociales: jerarquización, división de tareas, especialización anatómica y funcional. No sociales: agrupaciones gregarias, enjambres, colonias.
4. Porque los discos difundieron las sustancias antibióticas con las que habían sido impregnados y cerca de las cuales no viven las bacterias del yogur. 67
Soluciones de las actividades cho de desempeñar o no algún puesto de cierta importancia o trascendencia e, incluso, el hecho de tener o no un elevado nivel económico pueden determinar, de cara a la propia sociedad, un cierto estatus jerárquico en la misma. Las distintas profesiones determinan el propio reparto de las tareas en nuestra sociedad y en algunos casos, debido al continuo desempeño de esas mismas tareas, pueden determinar cierta especialización funcional e incluso cierta especialización anatómica, pero sin llegar a los niveles de especialización que podemos observar en otros grupos sociales animales.
4. En una colmena de abejas puede aparecer una interacción de competencia por los recursos alimenticios disponibles. 5. Es importante mantener los Parques Nacionales y Naturales en buenas codiciones porque dichos espacios ambientales suelen ser los lugares de descanso en sus largas migraciones.
que todos los organismos pertenecen a la misma especie, el macho alfa utiliza para dominar su me jor aptitud biológica porque posee mejores características anatómicas, llegándose además a dividir algunas de las tareas entre los diferentes miembros de la manada. La jerarquía en nuestra sociedad está determinada por los poderes socioeconómicos, el hecho de pertenecer o no a una noble familia, el hecho de desempeñar o no algún puesto de cierta importancia o trascendencia e incluso el hecho de tener o no un elevado nivel económico pueden determinar, de cara a la propia sociedad, un cierto estatus jerárquico en la misma. Las distintas profesiones determinan el propio reparto de las tareas en nuestra sociedad y en algunos casos, debido al contínuo desempeño de esas mismas tareas, pueden determinar cierta especialización funcional e incluso cierta especialización anatómica, pero sin llegar a los niveles de especialización que podemos observar en otros grupos sociales animales.
4. Aumentos o disminuciones de conejos y zorros determinan dinámicas diferentes de control en el ecosistema, de manera que sus poblaciones van fluctuando consecutivamente en el tiempo. Al final podemos comprender cómo los zorros, aparentemente «contrarios» a los conejos, resultan ser la causa de su propia supervivencia. El esquema se puede completar de múltiples maneras, siempre teniendo en cuenta que cuando los zorros abundan, disminuyen los conejos, y viceversa. En el centro, las abundancias están equilibradas.
Resumen de la unidad Imagen activa 1. Hoja parasitada El parasitismo es un mecanismo ecológico de autocontrol, ideal para evitar los aumentos demográficos desmesurados que puedan producir desajustes importantes en los ecosistemas.
Actividades de la unidad Test de conocimientos ( pág. 153 )
5. En los dos casos se están estorbando mutuamente, pero el recurso ambiental por el que compiten es distinto. Mientras que los pinos entran en competencia por la luz, que es un recurso relativamente inagotable, las liebres y los conejos compiten por la misma hierba, que es un recurso potencialmente más agotable que la luz. 6. Un automóvil y una pradera reciben materia y energía y desprenden materia y energía. Al automóvil se le añaden determinados componentes para su buen funcionamiento y le llega combustible, que es la principal fuente de energía necesaria para su funcionamiento, además pierde gases y emite calor. A la pradera le llega la energía luminosa del Sol y recibe entradas de materia de todo tipo; pierde energía en forma de calor y pue-
1. Mecanismos de control en los ecosistemas son: a), b), e) y h). 2. Mientras que la simbiosis es una relación en la que dos seres de especies distintas conviven (de forma imprescindible) obteniendo un beneficio mutuo, la cooperación es una relación no indispensable entre dos especies y con beneficio mutuo. Ninguna de las dos interacciones son mecanismos de control, tienden a aumentar peligrosamente el número de organismos beneficiados, con lo que, de no existir además otras influencias negativas sobre ellos, podrían producir excesos de población. 3. Una manada de lobos es un claro ejemplo de grupo social, existe una jerarquización, es decir, aun68
2. Porque cuando la población de autótrofos llega al máximo, sus predadores aún no han desarrollado toda su potencial población, cosa que consiguen haciendo disminuir la cantidad de presas y viceversa; cuando los presas están en su mínimo, aún no se ha llegado al mínimo de depredadores, y cuando lo hacen las presas, ya han comenzado su recuperación poblacional.
de perder materia de muchas maneras. Sin embargo, un automóvil aparcado y apagado puede mantener su estructura y propiedades, pero si un ecosistema no recibe energía, no sólo deja de funcionar, sino que destruye su estructura.
7. Disminuiría porque la población de animales herbívoros que se alimentaría de estas plantas herbáceas aumentaría desmesuradamente. Aumentarían al tener potencialmente más facilidad para capturar presas al haberse incrementado su número.
3. Ver cuadro en la página siguiente. 4. Es un diagrama causal que refleja interacciones entre distintos elementos de un ecosistema, los aumentos o descensos de unos elementos repercute directa o indirectamente en los aumentos o descensos de otros elementos del ecosistema.
Respuesta gráfica. El exterminio de los microbios provoca el crecimiento de los herbívoros, la presión de éstos sobre las plantas se hace mayor y disminuye el número de éstas; como consecuencia disminuye el número de herbívoros por la escasez de alimento. Se trata de una gráfica idéntica a la de los conejos y los zorros.
a) Cuantos más cazadores furtivos haya más aguilas se derribarán y entonces más ratones de campo podrá haber al disminuir su potencial predador. b) Porque si se siembran más semillas se desarrollará más alimento para los ratones de campo, aumentará así su número y con ello las potenciales presas del águila.
Test de capacidades ( pág. 154 ) 1. a) Las poblaciones de las dos especies fluctúan de máximos a mínimos a lo largo del tiempo y nunca coinciden ni sus dos máximos, ni sus dos mínimos, éstos ocurren consecutivamente en ambas especies. Observamos una predación porque la gráfica se ajusta a la dinámica que desarrolla esa interacción.
c) Son predaciones.
5. La lucha biológica contra las plagas consiste en la introducción en el ecosistema de un organismo predador de la especie que ha provocado la plaga. Como cualquier otra predación, se basa en un mecanismo de control por retroalimentación negativa. Resulta conveniente realizar profundas investigaciones sobre posibles efectos secundarios de estas interacciones, ya que, al introducir un ser vivo que es potencial predador de la especie que ha provocado la plaga, corremos el riesgo de que sea también potencial predador de otra especie no perjudicial en esos momentos y con ello producir desajustes aún mayores en el ecosistema.
b) El depredador es la línea discontinua y la presa, la continua. Porque sería insostenible una población de depredadores mayor que de presas. c) Podría explicar la gráfica un envenenamiento del agua que afectase a las dos especies, la desaparición del autótrofo siempre y cuando el heterótrofo sólo se alimentase de esta especie de autótrofo; la ausencia total de luz, que impidiera el desarrollo del autótrofo si es fotoautótrofo, o también podría explicar la gráfica la llegada de una gran cantidad de un nuevo depredador del autótrofo que hicieran que nuestro heterótrofo, si sólo se alimentase de este autótrofo y además no consiguiese competir con éxito con el recién llegado, también desapareciese.
6. Respuesta libre.
Test de actitudes ( pág. 155 ) Al degradar la naturaleza, estamos afectando a todas las interacciones interespecíficas e intraespecíficas que se desarrollan en los ecosistemas. Con ello estamos eliminando potenciales mecanismos de control y ajuste en dichos ecosistemas y favoreciendo el incremento de desequilibrios y desajustes en
d) Respuesta gráfica. Otra vez se trata del caso de los linces y las liebres, pero con tres poblaciones, una que se alimenta de las otras dos. 69
los mismos. Esta dinámica puede conducir a la eliminación de espacios naturales de los que se desprende un elevado interés no sólo medioambiental, sino incluso un elevado interés en la búsqueda de posibles remedios para muchas de las enfermedades que hoy día nos afectan.
MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
¿Qué hacer con los residuos? Qué buena pregunta. El progreso nos ha traído un incremento en la cantidad y complejidad de los residuos. Parece verdaderamente complicado poder llegar a valorarlos, pero de muchos de ellos se puede conseguir cierto rendimiento económico que hace posible una gestión muy positiva. ¿Qué hacemos con los residuos...? En clase, en el laboratorio, en casa, en los diferentes tipos de trabajos. Es uno más de esos despropósitos que una y otra vez dañan a nuestra pobre Tierra. Recordemos a los alumnos ese clásico baño ecológico de erres: recicla, reutiliza, reduce, y responsabilízate de tus propios residuos.
Experiencia ( pág. 155 ) Resulta interesante toda aquella aplicación práctica de los aspectos teóricos impartidos en el aula. En unas condiciones controladas se pueden estudiar e investigar diferentes aspectos de las interacciones entre individuos de la misma especie o de especies distintas, obteniéndose mucha información. Podemos compaginar la experiencia del libro con otras realizadas en el campo, adecuando esta posible salida a nuestros propios objetivos e intereses académicos. Recordemos que cualquier actividad de campo previamente preparada resulta muy interesante de hacer y el aprendizaje que realizan los alumnos tanto directa como indirectamente es siempre muy valioso. No debemos olvidar que la naturaleza es el mejor aula de ciencias que podemos encontrar.
Comentar con los alumnos y alumnas estas ideas y proponerles una investigación sobre el tratamiento de residuos en la localidad. Puede que en su ciudad exista una planta incineradora, o un vertedero controlado, o cualquier otra planta que permita el tratamiento y la separación de los residuos sólidos. Pedirles que traten de encontrar datos sobre dicho tratamiento.
RESUMEN DE LAS RELACIONES INTERESPECÍFICAS E INTRAESPECÍFICAS TRATADAS EN LA UNIDAD Relación
Características
Depredación
Es una relación en la que los predadores de una especie cazan a las presas de otra especie con el objetivo de alimentarse de ellas.
Competencia
Es una relación entre individuos de especies diferentes o entre individuos de la misma especie en la que se coincide en querer conseguir los mismos recursos a la vez, por lo que es perjudicial para ambas partes.
Parasitismo
Es una relación en la que unos organismos de una especie viven a costa de otros organismos de otra especie, a los que producen serios daños.
Comensalismo
Es una relación en la que los organismos «comensales» de una especie aprovechan los restos alimenticios de otra especie.
Inquilinismo
Es una relación en la que los organismos «inquilinos» de una especie dependen de la permanencia en otra especie.
Amensalismo
Es una relación en la que una especie no se desarrolla ni se reproduce si está en presencia de otra, sin que esta última obtenga ningún beneficio ni daño por ello.
Simbiosis
Es una relación en la que dos seres de especies distintas conviven imprescindiblemente obteniendo un beneficio mutuo.
Cooperación
Es una relación no indispensable entre dos especies y con beneficio mutuo.
Grupos sociales
Jerarquización, división de tareas y especialización anatómica y funcional.
Agrupaciones gregarias
Diversos animales conviven, se alimentan, se defienden y se trasladan juntos, colaborando.
Enjambres
Agrupaciones transitorias, en puntos de apoyo cambiantes.
Colonias
Agrupaciones en puntos de apoyo estables.
Grupos pseudosociales
No se conoce aún si existe o no una jerarquía.
Coincidencias
Permanencias en grupo sin necesidad específica de estarlo.
70
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
• Campaña sobre residuos. Los alumnos y alumnas pueden intentar sensibilizar a sus compañeros sobre la problemática de los residuos, preparando algún tipo de campaña para llevar a cabo dentro del centro. Para ello, deberán diseñar un plan de actuación y de desarrollo de la campaña informativa que les permita llegar al máximo número posible de compañeros.
• Glosario conceptual de autoevaluación. Proponer nuevamente la realización, a medida que se va avanzando en la unidad, de pequeñas fichas que contengan un concepto. Pueden hacerlas de esta unidad y de la anterior, creando así el comienzo de un fichero de conceptos de ecología. Al finalizar la unidad, el alumno puede utilizarlas como herramienta de autoevaluación.
• Decálogo de los residuos. Los alumnos pueden confeccionar un decálogo relacionado con los residuos, en el que se recomiende a la gente la realización de una serie de actuaciones con el objetivo de intentar mejorar sus actitudes ante los potenciales problemas generados por aquéllos.
• Paneles sobre las interacciones. Los alumnos pueden realizar unos murales en los que se visualicen las interacciones que se tratan en la unidad. Todos los ejemplos que de dicha interacción podamos reflejar ayudarán a un mejor entendimiento de la misma. Pedirles que busquen fotos y dibujos de los animales y plantas que se han mencionado durante el estudio de la unidad.
• Investigando residuos. Se puede realizar un amplio estudio de los residuos generados en el ambiente doméstico o escolar de los alumnos. Podríamos estudiar los tipos de residuos generados, las cantidades depositadas, las horas y fechas de mayor producción de residuos, etc. Pedirles a los alumnos y alumnas que comiencen este estudio por los residuos que se producen en su propio domicilio.
• Las plagas. Los alumnos pueden investigar sobre las plagas y relacionarlas con los contenidos de la unidad. Pueden presentar un trabajo escrito o desarrollar una exposición oral apoyada con algún tipo de material visual. • Buscando relaciones. El alumno o alumna realiza un dibujo en el que se puedan visualizar diferentes interacciones. Este alumno debe tener una copia de su propio dibujo, en el que se han señalado dichas interacciones. Intercambia el original con otro compañero y trata de encontrar todas las interacciones posibles en el dibujo de su compañero. Más tarde ambos compañeros se intercambian también las correspondientes «correcciones» y comentan los resultados.
Sugerencias complementarias • Aunque es un poco difícil por los trámites administrativos que conlleva, se podría realizar, en la medida de las posibilidades de cada centro, una visita a algún vertedero o planta de tratamiento de residuos. La concepción de vertedero que tienen los alumnos se aleja en gran medida de la realidad, y encontrándonos en esta instalación, puede ser un buen momento para reforzar conceptos, aclarar dudas y suscitar mucha curiosidad.
Actividades de ampliación
• Hay mucho material multimedia que guarda estrecha relación con los contenidos que se trabajan en esta unidad. Todo este material va a complementar perfectamente cualquiera de nuestras explicaciones y ayudará a reforzar los conceptos que en ella se tratan. Volvemos a repetir que sería aconsejable visualizar aspectos poco conocidos o que no resulten cotidianos con el objetivo de amplificar el campo de visión que puedan tener los alumnos sobre este tema. Para ello basta con llevar a clase cualquiera de las colecciones de documentales que suelen emitir en televisión. No obstante, es conveniente que los alumnos y alumnas sepan que el lenguaje que se utiliza en estos documentales no es el científico, sino que es mucho más divulgativo, de forma que todo el mundo pueda entenderlo.
• Investigando grupos sociales. Los alumnos pueden investigar profundamente algún grupo social en particular. Pueden presentar un trabajo escrito o desarrollar una exposición oral apoyada con algún tipo de material visual. • Una imagen vale más que mil palabras. Se puede organizar algún tipo de certamen de fotografía y/o vídeo que guarde alguna relación con este tema. Muchas de las interacciones que se desarrollan en la naturaleza pueden ser captadas perfectamente por una cámara fotográfica y/o de vídeo con resultados visuales increíbles. Puede utilizarse para la consecución del trabajo cualquier técnica de realización. Estimular a los alumnos y alumnas para que participen trayendo a clase sus propias fotos o las que hallen en revistas o periódicos.
71
09 Ciclos y flujos en los ecosistemas PROGRAMACIÓN DE AULA Y PROYECTO CURRICULAR Objetivos
CLAVES CIENTÍFICAS
• Describir la circulación de la materia y la energía en los ecosistemas. • Comprender que la energía fluye en el ecosistema, mientras que la materia sigue diversos ciclos, y que todo ecosistema es un sistema más o menos cerrado para la materia y abierto para la energía. • Describir algunos ejemplos de intercambio de materia entre biotopo y biocenosis. • Conocer la importancia de las reacciones bioquímicas para los seres vivos. • Analizar algunos ciclos de la materia en la naturaleza: el ciclo del carbono. • Describir algunas transferencias de energía que se producen en los ecosistemas. • Distinguir distintas formas de representación del flujo energético en los ecosistemas. • Valorar los recursos naturales y adoptar una actitud favorable a su conservación y consumo razonable.
La energía y la materia circulan por los ecosistemas, circulan por el biotopo y la biocenosis. El hecho de que biomoléculas y bioelementos realicen un ciclo permite el correcto desarrollo de la vida. La energía y la materia llegan por diferentes mecanismos a los organismos autótrofos y desde ellos siguen itinerarios bien distintos. La materia va pasando por los distintos niveles de organismos heterótrofos, hasta que los descomponedores la devuelven a su estado inicial, cumpliendo así un ciclo completo. Sin embargo, la energía se va degradando al pasar por esos niveles tróficos, perdiéndose gran parte de ella en forma de calor. Los seres vivos pueden reciclar materia, pero no energía.
Contenidos S O T P E C N O C
• • • • • • •
Materia y energía en los seres vivos. Procesos bioquímicos en los seres vivos. Intercambios de energía y materia entre biotopo y biocenosis. Ciclos biogeoquímicos. Degradación energética. Redes tróficas. Pirámides ecológicas.
S O T N E I M I D E C O R P
• Utilización de imágenes para poder reflejar algunos conceptos y procesos ecológicos. • Interpretación de algunos esquemas relacionados con la unidad. • Reconocimiento de información en gráficas y tablas relacionadas con la unidad.
S E D U T I T C A
• Interés por el conocimiento de las relaciones ecológicas que mantienen los organismos de la biocenosis con elementos del biotopo. • Concienciar sobre el importante papel que desempeña el ser humano en la conservación de los recursos naturales. 72
Contenidos transversales
Actividades
Educación ambiental
Actividades de desarrollo Sería muy conveniente la proyección de algún tipo de material multimedia que apoyase nuestras explicaciones, en especial sobre relaciones alimentarias en el ecosistema, con el objetivo de aplicarlo a los flujos de energía y ciclos de materia.
Concienciar a los alumnos y alumnas del importante papel que desempeñamos en todos los ecosistemas. Resulta de suma importancia el hecho de mantener un perfecto equilibrio en la circulación de materia y energía en los ecosistemas. La especie humana es una de las principales causa de desequilibrios y desajustes en la circulación de materia y energía en los ecosistemas, y, por consiguiente, de todos los problemas derivados de ellos.
Actividades de refuerzo Se puede realizar un panel que refleje la circulación de la materia y la energía en los ecosistemas resaltando la dinámica abierta para la energía bastante cerrada en lo relativo a la materia. También se podría elaborar una red trófica y algún tipo de pirámide ecológica.
Educación para el consumidor La materia y la energía se relacionan estrechamente con el consumo. Los recursos están para utilizarlos, pero debemos hacerlo de una manera correcta y equilibrada, el consumo debe ser siempre una acción reflexionada. En nuestros hábitos de consumo debe existir una conciencia de aprovechamiento de recursos, de reciclaje de materiales, de rechazo de los productos con envoltorios demasiado complicados que acaban en la basura. Pequeñas acciones individuales en este sentido pueden conducir a un importante beneficio global para la naturaleza.
Actividades de ampliación Los alumnos pueden realizar una investigación sobre el ciclo biogeoquímico de algún bioelemento como el fósforo, el nitrógeno, etc. Pueden comunicar los datos obtenidos realizando un gran mural, en el que, con dibujos y fotos, resuman el ciclo de ese bioelemento.
NIVEL Y DIFICULTAD DEL TEMA
Criterios de evaluación
Esta unidad suele conte- Actividades B M A ner un cierto grado de di- ES, pág. 158 2 3 ficultad para los alumnos, T1, pág. 160 1 3-7 porque muchos de los con- T2, pág. 162 1 2 y 3 4 tenidos que en ella se tra- T3, pág. 164 1 2 y 3 4 tan no se han visto con an- T4, pág. 166 1 4 y 5 terioridad. A la hora de 1, 2 trabajar con los ciclos y flu- TC, pág. 168 y 4 3 y 6 5 y 7 jos en los ecosistemas, de1, 3, 2, 4 bemos resaltar la impor- TP, pág. 171 6 y 7 y 5 8 tancia de ese intenso T5, pág. 172 4 1-3 5 dinamismo para el correc- TR, pág. 173 to desarrollo de la vida, EX, pág. 173 destacar el carácter más abierto para la energía y más cerrado para la materia. Es importante que también destaquemos el papel relevante que desempeña el ser humano en la correcta gestión de los recursos naturales.
• Comprender la importancia de la circulación de la materia y la energía en la naturaleza. • Reconocer procesos bioquímicos relacionados con los intercambios de materia y energía en los seres vivos. • Describir la circulación cíclica de la materia en los ecosistemas. • Analizar los ciclos biogeoquímicos de la materia en la naturaleza. • Explicar el flujo energético en los ecosistemas. • Representar correctamente la circulación energética en los ecosistemas. • Entender la importancia de la conservación de los recursos. 73
Soluciones de las actividades Expresa lo que sabes ( pág. 158 )
TAREA 1 Panorama: Materia en ciclos, energía en flujos ( pág. 159 )
1. No, no se mantienen dentro las mismas materias. En algunas de los alimentos se habrán producido transformaciones. Muchas sustancias habrán escapado al vaporizarse. Han sufrido algunas transformaciones. El fuego ha conferido al guiso la energía suficiente para poder realizar las transformaciones acontecidas durante la cocción, sin el calentamiento los materiales iniciales del guiso se hubieran quedado como estaban.
Imagen activa 1. Plantas y bacterias Entra energía solar (luminosa). Se desprende energía en forma de calor. De captar la energía lumínica se encargan seres vivos autótrofos y de desprender el calor se encargan seres vios heterótrofos. No. Cada elemento del ecosistema es imprescindible para conseguir un equilibrio que permita el correcto desarrollo de dicho ecosistema.
2. Los troncos también han sufrido transformaciones. Gracias a la fotosíntesis, las plántulas han obtenido energía y materia para crecer. A partir de materiales inorgánicos (agua y sales minerales) se ha producido materia orgánica utilizable en el propio crecimiento de los árboles.
Actividades Recordar 1. Un organismo fotoautótrofo es el que, utilizando energía lumínica, incorpora materia y energía desde el biotopo hasta la biocenosis. Uno heterótrofo es el que necesita incorporar materia y energía desde la propia biocenosis (alimentándose de otros seres vivos). Los animales herbívoros y los hongos son heterótrofos.
3. Una reacción química es una transformación en la que unos átomos o moléculas se reordenan entre sí de forma diferente de como lo estaban antes de producirse ésta. En las hojas de las plantas tienen lugar las reacciones químicas de la fotosíntesis, las cuales necesitan energía solar que procede de su exterior. Los músculos en las piernas se calientan al correr porque en sus células se producen reacciones químicas que liberan energía calorífica. La energía liberada procede de los enlaces químicos que se han roto.
2. Respuesta personal. Los vegetales se encargarían de ordenar las sardinas (materia y energía) y cerrar las latas; los animales, de abrirlas y comer las sardinas, y los descomponedores recogerían latas usadas con restos de sardinas para reciclarlas. 3. Las plantas son los organismos que captan la energía y producen la materia orgánica a partir de inorgánica, haciendo así que la materia y la energía pasen a otros seres vivos. En los ecosistemas marinos, este papel lo desempeñan las algas.
¿Qué debes saber? ( pág. 159 ) RECUERDA Y RESPONDE Una reacción química es un cambio en el que los átomos o moléculas se reordenan y producen sustancias finales diferentes de las iniciales. Un cambio de estado es simplemente un cambio físico, que cursa con la absorción o liberación de energía, pero cuyo resultado es la misma sustancia inicial. Una disolución tampoco altera la naturaleza de las sustancias que la forman, simplemente es una mezcla. Son dos casos de cambios físicos.
Recordar 4. No existirán vegetales (no llega la luz imprescindible para su desarrollo). Las cadenas tróficas comienzan en los quimiosintetizadores; son los organismos que sintetizan materia orgánica a partir de energía química de materiales inorgánicos. Los descomponedores son muy necesarios porque si ellos no existieran, los quimiosintetizadores no tendrían el sustrato necesario con el que poder iniciar su proceso de síntesis.
PIENSA Se trata de energía luminosa. Toda esa energía se concentra en los enlaces químicos de la materia orgánica formada durante el proceso fotosintético.
5. En pozos y simas muy profundas donde no llegue la luz. 74
TAREA 2 Materia y energía en las reacciones químicas de los seres vivos
6. Un atleta, un árbol, el agua del mar, la basura y el bosque pueden captar energía no calorífica del exterior y desarrollar reacciones químicas. De todos ellos son seres vivos el atleta y el árbol.
( pág. 162 )
Observación
TAREA 3
La caliza se ha descompuesto. Las burbujas son CO2 resultante de la reordenación atómica. Notamos calor. El sulfato de calcio está en la disolución.
Los intercambios de materia entre biotopo y biocenosis ( pág. 164 )
Anteriormente esa energía estaba contenida en los enlaces entre átomos de las moléculas iniciales.
Observación Respuestas personales. La principal dificultad de estos viajes es mantener a los astronautas.
Imagen activa 1. Fotosíntesis Respuesta libre. Los esquemas deben reflejar que los consumidores utilizan la energía química de enlace de las plantas que comen para construir su propia materia, y los descomponedores obtienen energía de las moléculas de materia orgánica.
Experiencia La experiencia prueba que la planta consigue energía y materia a partir de luz, y las usa para su desarrollo.
Imagen activa 1. Plántula de judía
Actividades
No se podría llevar a cabo correctamente la absorción de agua y no pasarían al interior de la planta las sales minerales necesarias para la fotosíntesis.
Recordar 1. Energía solar
Fotosíntesis
Energía de enlace.
Sin los organismos autótrofos, no se incorporaría materia y energía del biotopo a la biocenosis.
Actividades Recordar
2. No, porque agotarían los minerales necesarios para la fotosíntesis, que son facilitados por los descomponedores. Tampoco, sólo de descomponedores: tarde o temprano se agotaría la materia orgánica disponible, liberada por otros seres.
1. Sistemas naturales abiertos son aquellos en los que se produce un intercambio de materia y/o energía con el exterior. En los cerrados no se produce un intercambio de materia y/o energía con el exterior. Un bosque es abierto para la energía y prácticamente cerrado para la materia.
3. De este modo, ahorramos gran cantidad de la energía y materia necesarias para los procesos de elaboración de muchos productos.
2. Es un sistema abierto para la energía porque recibe del exterior combustible y desprende calor al funcionar. Es abierto para la materia porque entra combustible y salen gases.
4. Vegetal – Endergónico – Construcción: los vegetales construyen materia usando energía. Animal – Exergónico – Destrucción: los animales destruyen materia y liberan su energía.
3. Es un sistema natural abierto: recibe materia y energía química en forma de alimento; desprende energía (calor) al realizar sus reacciones químicas y materia al eliminar sustancias de desecho.
Explicar 5. Todas ellas pueden liberar energía calorífica: El cuerpo de un atleta al correr libera calor. Un árbol, al producir la materia orgánica, libera calor. El agua del mar, cuando se enfría durante la noche, libera calor. Un ordenador en marcha libera calor. Cuando en la basura se producen fermentaciones se libera calor, etc.
Comprender 4. Desaparecerían los organismos autótrofos de la laguna porque los descomponedores eran los que les facilitaban los elementos necesarios para producir su materia orgánica. Fundamentalmente fotoautótrofos. Algunos tipos de algas. 75
Soluciones de las actividades 5. El agua de los seres vivos se evapora y pasa a la atmósfera. Por la fotosíntesis, el CO 2 pasa de la atmósfera a las plantas. Por la respiración el O2 pasa de la atmósfera a los seres vivos. Los restos vegetales contienen sales. El CO 2 de la respiración de seres vivos marinos pasa al agua del mar.
TAREA 4 ( pág. 166 )
Respuestas personales, aplicando sus conocimientos sobre el ciclo del agua.
Actividades Comprender FOTOSÍNTESIS
RESPIRACIÓN
RESPIRACIÓN
4. Respuesta personal.
ALIMENTACIÓN
Plantas MUERTE
C en el suelo
1. Los niveles tróficos son los conjuntos de seres de una biocenosis que comparten una misma fuente general de energía. Ejemplos: productores como las plantas (seres autótrofos), consumidores primarios (animales herbívoros), etc.
3. Las pirámides ecológicas sirven para saber representar las cantidades correspondientes a cada eslabón de todo el ecosistema en referencia a una característica específica del mismo. Para ello los ecólogos manejan tres tipos distintos de pirámides, unas veces interesan los números de ejemplares en los diferentes niveles, otras interesa conocer la biomasa en los diferentes niveles y en ocasiones interesa saber la energía almacenada en los mismos.
Observación
CO2 atmosférico
Recordar
2. Los esquemas tratan del paso de la energía y de la materia a través de la biocenosis, pero en los de la tarea 5 se diferencian los niveles tróficos.
Los ciclos ecológicos de la materia
1.
Actividades
Animales
Explicar
MUERTE, EXCREMENTOS
Descomponedores
5.
2. Siguen ciclos biogeoquímicos globales el nitrógeno y el oxígeno.
10-15% DE LA ENERGÍA 10-15% DE LA ENERGÍA Vegetales Conejo Zorro
Al zorro le llega una centésima parte de la energía inicial vegetal porque el resto es energía que se ha ido usando y transformando en calor.
3. 1 y 3, respiración. 2, descomposición. 4, absorción.
6. La energía que emplean los músculos ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Los músculos utilizan energía que procede de los nutrientes. En la contracción muscular se libera calor.
Explicar 4. Porque de día las plantas respiran y realizan la fotosíntesis (consumen más CO 2 del que liberan), mientras que de noche sólo liberan CO 2. 5. Su dieta habrá de ser rica en proteínas. Tendría un déficit; aprovecharía toda la proteína del alimento; la composición de los excrementos cambiaría.
7. Sí, por ejemplo, analizando el parasitismo en las plantas. Sí, lo que haría falta sería que el nivel trófico inferior (que tiene menos biomasa), tuviera un tiempo de renovación mucho más corto que el superior (que tiene más biomasa).
TAREA 5
Resumen de la unidad
El flujo de energía ( pág. 168 )
Imagen activa 1. Selvas Aunque el verdadero pulmón de la Tierra son los mares y océanos, no debemos olvidar la importancia que las grandes masas boscosas tropicales tienen en la producción de oxígeno atmosférico a través de la fotosíntesis.
Experiencia Si el conejo pesa 2 kg, quiere decir que el aporte energético de su carne es 950 и 2 ϭ 1.900 kcal. Ésta es la cantidad que disipa, si no engorda. 76
Actividades de la unidad
Dos de las razones de su existencia en relación con los elementos químicos son: – Los organismos descomponedores transfieren la materia desechada por los seres vivos (cadáveres, excrementos, fragmentos...) hacia el biotopo de su ecosistema. – Los organismos descomponedores se aprovechan del último resto de energía que queda en esa materia desechada.
Test de conocimientos ( pág. 171 ) 1. Una reacción bioquímica es un tipo de transformación que se da en las células de los seres vivos, en la que a partir de unas moléculas se forman otras distintas a las iniciales. 2. La misión de la energía en el interior de una molécula biológica es la de mantener unidos a los elementos y servir de fuente energética para potenciales procesos bioquímicos posteriores.
6. Si la reserva de una determinada sustancia es la atmósfera, su ciclo biogeoquímico será global o atmosférico (como sucede con el oxígeno, el dióxido de carbono o el nitrógeno), pero si se almacena en el suelo o en el fondo marino, será un ciclo biogeoquímico local o sedimentario (como las sales minerales o el fósforo).
3. Los organismos encargados de transformar la energía de la luz haciéndola útil para el resto de los seres vivos son los fotoautótrofos. a) Autótrofo es un organismo que fabrica su propio alimento. b) Heterótrofo es aquel organismo que no puede elaborar su propio alimento y tiene que tomarlo del medio. c) Fotosíntesis es un proceso anabólico que representa la síntesis de materia orgánica a partir de la radiación luminosa. d) Quimiosíntesis es un proceso anabólico que representa la síntesis de materia orgánica a partir de energía química de materiales inorgánicos. e) Productor es un organismo que transforma la energía lumínica y de reacciones químicas en energía en forma de materia orgánica, aprovechable por los otros seres vivos, que se alimentan de ellos. f) Descomponedor es un organismo que se alimenta de materia orgánica en descomposición: cadáveres y restos de otros seres vivos.
7. Ver página 61 del libro del alumno. 8. a) En un bosque de encinas es posible ver a los conejos y a las liebres comiendo hierba y a las águilas comiendo conejos y liebres. Es posible también ver a los jabalíes comiendo las bellotas de las encinas y a los buitres alimentándose de los restos de todos estos animales. b) En las rías gallegas es posible ver al mejillón, a las almejas o a los berberechos filtrando el agua para obtener zooplancton, y a éste alimentarse de fitoplancton. También es posible ver a algunos cangrejos alimentarse de mejillones, de almejas o de berberechos. c) En los matorrales de alta montaña es posible ver al rebeco alimentarse de la hierba o de los propios matorrales y a las águilas alimentarse de los rebecos. El quebrantahuesos come restos de todos estos animales. d) En los fondos marinos de no más de 100 metros hay algas y existen algunos peces que se alimentan de estas algas, también hay corales filtrando zooplancton, que a su vez se ha alimentado del fitoplancton. Tenemos mantas, rayas y tiburones comiéndose a los peces de los que antes hablábamos. Si son fondos marinos de más de 100 metros, veríamos algunas bacterias quimioautótrofas iniciando las cadenas tróficas.
4. Esquema libre basado en los contenidos de la unidad. En el caso de la hoja, deben indicar la fi jación de CO2 y el aprovechamiento de energía solar para producir materia orgánica. En el de los animales, el uso de la materia orgánica vegetal para obtener energía y producir su propia materia. 5. Los organismos descomponedores son indispensables en todos los ecosistemas porque son los que devuelven al suelo la materia inorgánica que necesitan las plantas.
9. a) Para que las hierbas grandes no compitan con sus cultivos, ni por la luz, ni por el agua, ni por las sales minerales. 77
Soluciones de las actividades b) Para facilitar la absorción de sales minerales por parte de sus cultivos. c) Para que no les falte el agua a sus cultivos. d) Para que los insectos no se coman sus cultivos. e) Para que sus cultivos no estén expuestos a temperaturas extremas. f) Para que estos herbívoros no se coman sus cultivos. La naturaleza es sabia, y si no hay factores antropogénicos que produzcan graves desajustes en la dinámica de los sistemas, podemos decir, tal y como veíamos en la anterior unidad, que en un bosque natural la regulación es mucho más eficaz que en un cultivo.
Test de capacidades ( pág. 172 ) 1. Respuesta gráfica. El gráfico corresponde a una línea recta ascendente. La mínima liberación de energía corresponde a los productores, la máxima a los consumidores terciarios. 2. Habría un exceso de energía interna que provocaría un incremento de temperatura en el ecosistema. La eliminación antropogénica de CO 2 provoca un incremento del efecto invernadero que causa el aumento de la temperaturas globales. 3. El boceto refleja intercambios de materia y energía entre partes del biotopo y de la biocenosis. Desde la atmósfera llega hasta los productores energía lumínica y oxígeno, y éstos devuelven calor y dióxido de carbono. Desde la atmósfera llega hasta los consumidores oxígeno y éstos devuelven calor y dióxido de carbono. Los productores pasan materia y energía en forma de alimento a los consumidores. El error se observa en el imposible paso directo de materia y/o energía de los consumidores a los productores.
5. a) Es una oscilación homogénea, parece que es por el día cuando hay menor concentración de CO2 en el aire próximo a las hojas de las hierbas y a medida que se va acercando la noche, se va incrementando también su concentración. A las 12 de la mañana es cuando hay menor concentración de CO 2, y es a las 12 de la noche cuando más hay. Esto sucede de esta manera porque es en las horas del día en las que se realiza más eficazmente la fotosíntesis y por este proceso se capta de la atmósfera una mayor cantidad de CO 2 que la que se libera a la atmósfera por la respiración, siendo por ello su concentración menor. Como por la noche fundamentalmente sólo se respira, prácticamente sólo se libera CO 2 a la atmósfera, siendo por ello su concentración mayor. b) Un factor ambiental que puede influir en los datos representados en la gráfica es la cantidad de energía lumímica recibida por las ho jas, ya que si éstas recibieran menor cantidad de luz realizarían menos eficazmente la fotosíntesis y, por ello, captarían menos CO 2 de la atmósfera con este proceso.
Test de actitudes ( pág. 173 ) Nada mejor para acabar el libro que realizar unas últimas reflexiones sobre la necesidad de llevar a cabo un desarrollo sostenible en el planeta. Seguir hablando con los alumnos y alumnas sobre este concepto, que hemos tratado en otras unidades.
Experiencia ( pág. 173 ) Pedir a los alumnos y alumnas que realicen la experiencia en sus propias casas y saquen las conclusiones pertinentes, evaluando si reciclan y reaprovechan lo suficiente. MEDIO AMBIENTE EN EL AULA
4. La red trófica comprende estas relaciones: el águila real come conejos, culebras de escalera, avutardas y gorriones; el zorro, conejos y avutardas; el conejo, vegetales, la culebra de escalera come gorriones, caracoles y saltamontes; el gorrión, mariposas, abejas, saltamontes y vegetales; el caracol come vegetales; la avutarda come mariposas, abejas, saltamontes y vegetales; y los insectos, también vegetales.
Sólo pueden usarse los excedentes naturales Terminar el estudio de la ecología con esta reflexión sobre el uso de los recursos naturales. El correcto aprovechamiento de los mismos, desde una perspectiva de consumo razonable y sostenible, es imprescindible para nuestra supervivencia y para la del planeta. 78
Atención a la diversidad Actividades de refuerzo
Actividades de ampliación
• Glosario conceptual de autoevaluación. Terminar en esta unidad el glosario de ecología. Proponer a los alumnos y alumnas que recopilen además todas las fichas que hayan hecho a lo largo del año y construyan un diccionario de Biología y Geología, ordenándolas alfabéticamente y almacenándolas en un fichero. Ahora que acaba el curso, podría ser interesante realizar un repaso general de los conceptos que han ido aprendiendo durante el año escolar. Muchos alumnos y alumnas habrán olvidado algunos de los conceptos de los primeros temas, por lo que puede ser muy interesante un repaso general. La excusa es perfecta: el estudio de la ecología, al fin y al cabo, es el más integrador de todos los que han trabajado este curso.
• Investigando otros ciclos biogeoquímicos. Los alumnos pueden investigar profundamente algunos ciclos biogeoquímicos no comentados en el texto, como el del fósforo, el del nitrógeno, etc., y realizar algunos murales, lo más completos posible, en los que se refleje el paso de estas sustancias por las diferentes ubicaciones. • Experiencias bioquímicas. Los alumnos pueden idear y llevar a la práctica en el laboratorio sencillas reacciones bioquímicas. Un ejemplo: la determinación de la presencia de catalasa en los tomates (se demuestra echando agua oxigenada en un tomate cortado, y observando la efervescencia). • Campaña sobre el consumo de los recursos. Los alumnos pueden intentar sensibilizar al resto de compañeros sobre la problemática del gasto de los recursos con algún tipo de campaña para llevar a cabo dentro del centro.
• Paneles sobre circulación de materia y energía en los ecosistemas. Los alumnos y alumnas pueden realizar algún mural en el que se refleje la circulación abierta para la energía y prácticamente cerrada para la materia en los ecosistemas.
• Decálogo del ahorro de materia y energía. Los alumnos pueden confeccionar un decálogo relacionado con el ahorro de la materia y la energía, en el que se recomiende a la gente algunas modificaciones en su conducta habitual, con el objetivo de que pongan su grano de arena para la solución de los potenciales problemas generados por el agotamiento de los recursos.
• Paneles sobre ciclos ecológicos. Los alumnos pueden realizar algunos paneles sobre el ciclo del agua o del carbono, lo más completos posible, en los que se refleje el paso de estas sustancias por diferentes ubicaciones. • Red trófica del entorno del centro. Los alumnos y alumnas pueden realizar una observación de los alrededores del centro y, con ayuda del profesor o profesora, hacer una lista de especies. A continuación es posible investigar sobre las relaciones tróficas que se dan entre los distintos seres vivos que habitan en los alrededores y establecer la red trófica más completa posible. Proponerles que presenten los datos en forma de mural, utilizando todos los dibujos y fotos que encuentren, y trazando flechas para indicar las relaciones alimentarias.
• Investigando recursos naturales alternativos. Se puede realizar un amplio estudio de los recursos naturales alternativos para, posteriormente, realizar una exposición oral apoyada con algún tipo de elemento audiovisual. Proponer a los alumnos que investiguen sobre la agricultura biológica, las técnicas de producción ganadera tradicionales, y otras fuentes de alimentos que, en principio, respetan criterios ecológicos y de aprovechamiento racional de los recursos.
Sugerencias complementarias
• Pirámides ecológicas del centro. Los alumnos pueden investigar sobre las relaciones tróficas que se dan entre los distintos seres vivos que habitan en los alrededores del centro y establecer alguno de los tres tipos de pirámide ecológica que comenta el texto. Si esta actividad es difícil (en las ciudades no es demasiado sencilla), es posible estudiar las relaciones tróficas y las pirámides ecológicas de algún ecosistema cercano, o bien de algún espacio protegido importante de la provincia o de la comunidad autónoma. Presentar los resultados del estudio en un pequeño informe.
• Dada la trascendencia del tema, resultaría muy interesante que pudiéramos profundizar todo lo posible en el campo de los recursos naturales alternativos, bien con alguna charla impartida por algún especialista en este campo o bien aprovechar y visitar alguna instalación o centro cercano que guardase cierta relación con este tema. Sería interesante centrar la exposición no sólo en las cuestiones alimentarias, sino también en las fuentes de energía alternativas que, en muchos casos, ya son una realidad.
79
Dirección de arte: José Crespo Proyecto gráfico: Pep Carrió / Sonia Sánchez Equipo de diseño: Rosa Marín, Rosana Naveira, Rosa Barriga y Javier Tejeda Dirección técnica: Ángel García Coordinación técnica: Francisco Moral Composición, confección y montaje: María Delgado y Francisco Moral Corrección: Gerardo Z. García
© 2002 by Grupo Santillana de Ediciones, S. A. Torrelaguna, 60. 28043 Madrid PRINTED IN SPAIN Impreso ISBN: 84-294-8602-X Depósito legal:
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con la autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (artículos 270 y siguientes del Código Penal).
GUÍA DIGITAL DE BOLSILLO BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA Gestor de evaluación
Autor: Francisco Javier Santos Barrantes Equipo editorial: Natalia Calvo García; José Manuel Cerezo Gallego; David Sánchez Gómez; Manuela Lara Lara. Equipo técnico: Factoría de Juegos; Damián Arenas Sanz; Natalia Calvo García; Covadonga Díaz Izquierdo; Ángel García Encinar; Carlos García Nieto; Manuela Lara Lara; Pedro Soto Pinar. Corrección: Ángeles San Román La información contenida en este disco compacto ha sido elaborada por Santillana Educación, S.L. Reservados todos los derechos. Ninguna parte de estos contenidos, incluido el software, se puede reproducir, copiar, alquilar, prestar o transmitir por medio alguno, ni traducir o reducir a ningún soporte electrónico ni a ninguna forma legible en máquina, salvo como consecuencia de la legítima instalación y utilización del producto, sin la autorización escrita del titular del copyright .
