TEMAS SELECTOS DE BIOLOGÍA II
Rosalino Vázquez Conde Rosalino Vázquez López
PRIMERA EDICIÓN EBOOK MÉXICO, 2014
GRUPO EDITORIAL PATRIA
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Dirección editorial: Javier Enrique Callejas Coordinación editorial: Alma Sámano Castillo Diagramación: Perla Alejandra López Romo Diseño de portada: Juan Bernardo Rosado Solís Ilustraciones: José Luis Mendoza Monroy, María Antonieta Castro Romero Imágenes: Jupiter Images Unlimited Revisión Técnica: Laura Lauría Baca Temas selectos de biología II Derechos reservados: ©2014, Rosalino Vázquez Conde y Rosalino Vázquez López ©2014, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. de C.V. Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca, Delegación Azcapotzalco, Código Postal. 02400, México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro núm. 43 ISBN ebook: 978-607-744-017-8 Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor. Impreso en México Printed in Mexico Primera edición ebook: 2014
Presentación...................................................................................
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Unidad 1 Biodiversidad...............................................................
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1.1 Biodiversidad en méxico...................................................... Concepto de biodiversidad.......................................................... La evolución como factor que contribuye a la biodiversidad....... Tipos de adaptación de los organismos a su medio..................... Animales ectotermos y endotermos............................................. Comportamiento innato y aprendido.......................................... México entre los países con mayor diversidad biológica............. Biodiversidad en el medio acuático............................................. 1.2 TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LA BIODIVERSIDAD...................... Colecta (recolección)................................................................... Colecta de animales.....................................................................
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Unidad 2 Biología de plantas y hongos...............................
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2.1 ORIGEN DE LAS PLANTAS............................................................ 2.1.1 Evolución de unicelulares a pluricelulares......................... 2.1.2 Desarrollo de sistema vascular, semilla y flor..................... 2.2 Transporte y nutrición........................................................ 2.2.1 Teorías de transporte: teoría cohesión-tensión, translocación................................. 2.2.2 Suministro de alimento: fertilizantes, micorrizas, suelo, micronutrientes y macronutrientes, Hidroponia...... 2.3 REPRODUCCIÓN........................................................................... 2.3.1 Reproducción sexual vegetativa.......................................... 2.3.2 Reproducción sexual, flores, adaptaciones......................... 2.4 Coordinación celular.......................................................... 2.4.1 Fotoperiodos....................................................................... 2.4.2 Mecanismos de respuesta: latencia, floración, ciclos circadianos, tropismos, nastias................................ 2.5 PLANTAS MEDICINALES.............................................................. Importancia de las plantas medicinales....................................... La fitoterapia................................................................................ Plantas medicinales..................................................................... 2.6 Características de los hongos........................................ Reproducción............................................................................... Crecimiento.................................................................................
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V
48 51 60 60 62 68 69 69 74 74 75 75 77 78 78
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II Clasificación de los hongos.......................................................... Importancia ecológica, económica y médica................................
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Unidad 3 Biología de los animales.........................................
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3.1 Evolución de los animales................................................. Características que comparte la mayoría de los animales........... Las teorías monofilética y polifilética acerca de la evolución de los animales............................................ Evolución de las primeras formas de vida animal....................... Caracteres que deben tomarse en cuenta para la clasificación de los animales................................................ 3.1.1 Árbol filogenético de los principales grupos de animales.. Las tres subphyla en que se dividen los artrópodos actuales...... Características de la estrella de mar............................................ 3.2 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS PRINCIPALES GRUPOS DE ANIMALES............................................................... Nutrición..................................................................................... 3.3 IMPORTANCIA ECOLÓGICA Y SOCIOECONÓMICA DE LOS ANIMALES...................................................................... Importancia ecológica.................................................................. Importancia socioeconómica.......................................................
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Unidad 4 Etología......................................................................... 148 4.1 Tipos de conducta.................................................................. 4.1.1 Innatos................................................................................ 4.1.2 Aprendidos......................................................................... 4.2 RESPUESTAS AL AMBIENTE......................................................... 4.2.1 Tipos de respuestas............................................................ 4.2.2 Migración............................................................................ 4.3 SOCIOBIOLOGÍA........................................................................... 4.3.1 Feromonas.......................................................................... 4.3.2 Reproducción...................................................................... 4.3.3 División de recursos........................................................... 4.3.4 Cooperación en grupo........................................................ 4.4 ESPECIES EN PELIGRO................................................................. 4.4.1 Causas................................................................................. 4.4.2 P erspectivas de solución: proyectos acerca de la flora y fauna de la región...........................................
VI
151 151 153 155 156 158 161 162 162 165 167 170 173 175
Saber por qué México se encuentra entre los primeros países megadiversos y estar conscientes de la necesidad de conservar nuestra riqueza biológica es obligación de todos los que habitamos este país; por eso, en el curso de Temas Selectos de Biología II se analizan las características biológicas de las plantas, hongos y animales, enfatizando su importancia ecológica y socioeconómica, además de investigar sobre los patrones básicos de conducta de los animales para así valorar la importancia de la conservación de especies en peligro de extinción. La presente obra, Temas Selectos de Biología II, cubre totalmente el contenido programático, con la información más actualizada, desarrollada en forma clara y sencilla, accesible para los alumnos de este nivel. El libro es un valioso apoyo para el aprendizaje de los jóvenes del sexto semestre que ya estudiaron el primer curso de la asignatura; en él se profundizan los conocimientos básicos de biología y se abordan nuevos temas como el comportamiento animal, al mismo tiempo que se busca fomentar en los estudiantes la cultura científica al fortalecer el manejo del método científico, que le será de gran utilidad al ingresar a una carrera relacionada a esta área. La obra se desarrolla conforme a las cuatro unidades del programa: Unidad 1 Biodiversidad. Se describe un panorama general de la biodiversidad mexicana y se pide a los alumnos que describan la riqueza biológica de su región, identifiquen su importancia ecológica y económica, y propongan las medidas necesarias para su conservación. Unidad 2 Biología de plantas y hongos. Se aborda con mayor detalle la evolución, fisiología, reproducción y respuesta al ambiente de estos organismos. Se hace referencia a las plantas medicinales y se proponen cultivos hidropónicos. Unidad 3 Biología de los animales. Se analizan los diversos grupos de animales; se comparan sus sistemas digestivos, respiratorios, excretores y reproductores, así como su importancia ecológica y socioeconómica. Unidad 4 Etología. Se estudia el comportamiento animal, el tema de las especies en peligro de extinción y las perspectivas de solución. Las diversas secciones del libro (las evaluaciones, las actividades experimentales, la biología y tu comunidad, entre otras) contienen importantes propuestas que contribuyen a reforzar los conocimientos del alumno al mismo tiempo amplían su panorama respecto a la investigación científica en el área de las ciencias biológicas. Los autores deseamos que la presente obra sea un poderoso auxiliar para el profesor en su importante labor docente y que en ella el alumno encuentre el material necesario para su proceso de aprendizaje. 1
Biodiversidad Contenido Tema 1.1
Biodiversidad en México Tema 1.2
Técnicas de estudio de la biodiversidad
Objetivo Al final de la unidad el estudiante podrá plantear un proyecto de investigación acerca de la biodiversidad de México, a partir del conocimiento de los ambientes y diversidad de especies que hay en sus regiones, por medio de una investigación documental y el uso de técnicas de campo; para ello, debe mostrar una actitud de respeto y cooperación.
Unidad 1 • Elabora un concepto sobre la biodiversidad. Proporciona algunos ejemplos. • ¿Cuáles son los factores que contribuyen a que México sea un país megadiverso? • Explica la relación que hay entre la evolución y la biodiversidad, y menciona alguna situación relacionada con tu explicación. • Define el concepto de adaptación, y desarrolla un caso de la vida cotidiana que se relacione con dicha definición. • ¿Qué tipos de adaptaciones han desarrollado las plantas y animales que más conoces de tu región? Cita ejemplos. • Describe algunas adaptaciones defensivas creadas por las presas para evitar la acción de sus depredadores. • ¿Por qué en algunas regiones del mundo la biodiversidad es más alta que en otras? Fundamenta tu respuesta y cita ejemplos. • ¿De qué manera han hecho producir las zonas áridas en nuestro país? Fundamenta tu respuesta y cita ejemplos. • ¿Cuáles son los factores físicos que contribuyen a que la biodiversidad sea elevada en el noroeste del océano Pacífico? • ¿Qué medidas propones para lograr una adecuada conservación de la biodiversidad de tu región?
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II 1.1 Biodiversidad en méxico Muchos de los productos que utilizamos a diario no se producen en la localidad donde vivimos; por ejemplo, la piel con la que se fabrican nuestros zapatos se obtuvo del bovino o caprino de alguna región ganadera (figura 1.1). La materia prima que se empleó para fabricar nuestras prendas de vestir procede de plantas que producen las fibras que se aprovechan en la industria textil. De alguna región conífera se obtuvo la celulosa con la que se fabricó el papel que se empleó para confeccionar tu cuaderno o libreta. También los productos que usamos en la alimentación proceden de distintas regiones, como la carne, el huevo, los lácteos (leche, queso, crema, mantequilla), el frijol, el maíz que se emplea para elaborar las tortillas, el café, el pescado y los mariscos; todos éstos y muchos más forman la enorme lista de productos que se obtienen de plantas y animales que componen la biodiversidad de especies de distintas regiones del país (figura 1.2).
Concepto de biodiversidad El término biodiversidad se usa para referirse a la diversidad biológica, la cual abarca los ecosistemas terrestres y acuáticos, la diversidad de especies que forman las comunidades de cada ecosistema (figura 1.3) y la diversidad genética que se forma del patrimonio genético que los individuos de las especies heredan de sus ancestros. Por tanto, la biodiversidad abarca tres niveles: el de ecosistema, el de las especies y el genético.
Figura 1.1
Figura 1.2
Figura 1.3
Los diferentes artículos que utilizas para tu arreglo personal son fabricados con materia prima que proviene de la naturaleza.
La variedad de productos que se utilizan en la alimentación proceden de organismos que forman la biodiversidad de especies.
El conjunto de seres vivos que habitan la Tierra así como la interacción entre éstos constituyen la biodiversidad.
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Biodiversidad La evolución como factor que contribuye a la biodiversidad Los primeros organismos que existieron, de los cuales se derivó la diversidad de especies y cuya antigüedad se calcula de 3 500 millones de años, debieron tener características similares que las bacterias actuales (figura 1.4). Es probable que los precursores de esas primeras células ya dispusieran de algún tipo de molécula que al autorreplicarse transmitía a la descendencia la información de sus características; gracias a ese rudimentario material genético se formaron copias de sí mismo. Las modificaciones que se presentaron en el material genético de esas primeras poblaciones de organismos unicelulares, que se generaron especialmente por mutaciones, propiciaron un incremento gradual de sus caracteres a través del tiempo. En esa variedad de caracteres operaría la selección natural; es decir, la naturaleza favorecía al grupo de individuos cuyas combinaciones de su material genético hacían que presentara alguna ventaja de adaptación al medio, por lo que logró así su sobrevivencia y con ella la capacidad de dejar mayor número de descendencia en la que transmitía los caracteres estructurales, fisiológicos y de conducta que hacía a las nuevas generaciones más eficientemente adaptadas a su ambiente.
Figura 1.4
Las bacterias son los organismos más abundantes del planeta.
De esta manera, se reconoce la acción de la variabilidad genética producto de los cambios en el material genético (genoma) de las poblaciones de organismos y de la selección natural como los principales procesos generadores de la variabilidad de la vida denominada biodiversidad. Los vestigios que hay de la evolución biológica demuestran que en la mayor parte (aproximadamente cinco sextas partes) de esos 3 500 millones de años que nos separan del inicio de la vida, fueron los organismos celulares los que existieron en la Tierra. La variedad de plantas que habitan en los diferentes ecosistemas evolucionaron probablemente a partir de las clorofíceas (algas verdes; figura 1.5) del medio acuático, cuyos descendientes invadieron el medio terrestre hace unos 500 millones de años. De acuerdo con testimonios de fósiles, hace aproximadamente 550 y 530 millones de años (durante el más antiguo periodo geológico de la era Paleozoica) hubo un incremento rápido de grupos de animales, fenómeno que se conoce como explosión del Cámbrico, y que se calcula tuvo una duración de cinco millones de años. En ese periodo se establecieron los principales tipos anatómicos de la vida animal, de donde se cree que descienden todos los grupos que forman la fauna moderna (figura 1.6).
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Figura 1.5
Se cree que las algas verdes fueron el origen de las plantas terrestres.
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II
Variabilidad genética
Variedad de caracteres
Selección natural
Sobrevivencia de los organismos con ventajas de adaptación al medio
Incremento de su capacidad de reproducción
Figura 1.6
El registro de los fósiles también ha sido fundamental en el estudio de la evolución de los organismos.
Las mutaciones y las recombinaciones génicas promueven la variabilidad genética de las poblaciones, la cual genera la variedad de caracteres que heredan los organismos, sobre ésta actúa la selección natural favoreciendo a los que presentan ventajas de adaptación al medio, de esta manera logra que se prolongue su existencia y deje mayor cantidad de descendientes.
El hambre podría resolverse si se favoreciera la biodiversidad Con motivo de la celebración del Día Mundial de la Alimentación, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO, por sus siglas en inglés) publicó el 16 de octubre de 2004 que más de 840 millones de personas padecen hambre y desnutrición en el mundo, y de ese total más de 40 millones son mexicanos. La FAO proponía en su declaración que gran parte del abasto alimentario pudiera resolverse si la población empleara mayor variedad de alimentos, ya que sólo consume como fuente de nutrición animal 14 tipos de aves y mamíferos, y de vegetal solamente cuatro: trigo, maíz, arroz y papa. En mayo de 2008, Alexander Müller, secretario general de la FAO, declaró: “nuestro planeta rebosa de riqueza biológica y esta gran diversidad es clave para afrontar la peor crisis alimentaria de la historia moderna”. La relación entre biodiversidad y agricultura fue el tema central del Día Internacional de la Diversidad Biológica 2008. México se considera uno de los países megadiversos, ya que tiene mayores posibilidades de que sus habitantes aprovechen mediante un programa bien fundamentado otros recursos con similares propiedades nutritivas a las de los granos y animales que se consumen tradicionalmente.
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Biodiversidad
Aprende a ser en la Biología Preparar un platillo con productos alternativos Objetivo Mostrar que existen alimentos diferentes que pueden emplearse como sustitutos, sin mermar sabor, calidad o valor nutricional. Aspectos teóricos Los diferentes grupos étnicos que habitan en nuestro país, han sabido aprovechar con mucha eficiencia el potencial de recursos disponibles en sus ecosistemas para su alimentación, la cual resulta ser muy diversificada. Aun en la actualidad, a pesar de los recursos introducidos por las corrientes culturales modernas, hay comunidades rurales que conservan por tradición la diversidad alimentaria, la cual se basa en la variedad de plantas y animales silvestres que su ambiente les provee (figura 1.7). Por ejemplo, los pueblos zapotecos del Istmo de Tehuantepec, Oaxaca, emplean como fuente alternativa de alimentación animal la iguana, el armadillo, el conejo, además de diversas especies de aves, como las chachalacas y la paloma salvaje.
Figura 1.7
El huevo de codorniz es otro de los alimentos alternativos con gran valor nutricional.
Uso de la carne de codorniz como alternativa de la carne de pollo Con el nombre de codorniz se conoce a varias especies de aves de la familia Fasianidos (faisanes). La codorniz común (Coturnix) mide aproximadamente 20 cm de longitud, sus alas largas y puntiagudas le sirven para migrar a distintos lugares. Estas aves se han adaptado a vivir en diferentes regiones del mundo, se alimentan de insectos, granos y frutos; su carne es bastante apreciada. Debido a la caza intensiva que se ha hecho de ella en nuestro país se encuentra en peligro de extinción. Sin embargo, existen especies que se han podido desarrollar en granjas y cuya carne puede sustituir a la de las aves que habitualmente se consumen en nuestra dieta diaria (figura 1.8).
Figura 1.8
El armadillo, el conejo y la codorniz son una fuente de alimentación alternativa.
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T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II Preparación de un platillo con codorniz en lugar de pollo Emplear una codorniz bien limpia y abierta longitudinalmente por su región ventral. Ingredientes • Salsa de soya (tres cucharadas) • Pimienta molida (media cucharada) • Ajo en polvo (media cucharada) • Clavo molido (media cucharada) • Mejorana en polvo (media cucharada) • Vinagre (media taza) Preparación • Todos los ingredientes se mezclan en un recipiente. • Se remoja la codorniz en la mezcla preparada durante tres horas y se voltea cada 20 minutos (procedimiento que se conoce como “marinado”). • Se extiende sobre la superficie de la charola para hornear una ligera capa de mantequilla y se coloca en ella la codorniz para su cocción a una temperatura de 260 °C durante 40 minutos. • Puede servirse con arroz o guarnición de verdura fresca o cocida. En equipo, elaborar un reporte acerca de la actividad realizada y la importancia de la variedad alimentaria.
Tipos de adaptación de los organismos a su medio Para poder adaptarse a las diferentes condiciones ambientales, los seres vivos han tenido que desarrollar una serie de transformaciones o ajustes orgánicos, que en conjunto se denominan adaptación. La adaptación se alcanza mediante la combinación de caracteres heredados que dotan a los organismos de mayores posibilidades de subsistir y reproducirse en el medio que habitan. La capacidad de adaptación de los organismos a su medio es limitada, nunca es perfecta; como las condiciones del medio son variables los organismos que en él habitan tienen que ajustarse constantemente a dichos cambios para no perecer. Esto sucedió con muchas especies que vivieron e incluso llegaron a dominar la Tierra en diferentes etapas geológicas, y que al no poder adaptarse a las nuevas condiciones del medio se extinguieron, como en el caso de los trilobites que poblaron los océanos en la era Paleozoica y de los grandes saurios en la era Mesozoica. Adaptaciones morfológicas. Son aquellas que presentan los organismos en cuanto a su forma. Por ejemplo, las raíces muy profundas y ramificadas, el tallo suculento (carnoso, 8
Biodiversidad
Figura 1.9
Ejemplos de adaptación morfológica en plantas.
grueso y con abundante jugo) cubierto por una gruesa cutícula y la transformación de hojas en espinas en los cactus, son adaptaciones que les favorecen en la absorción y almacenamiento de agua en sus tejidos, así como la reducción considerable de la pérdida de agua por transpiración. En cambio, las plantas que viven en lugares muy húmedos no tienen la raíz muy desarrollada, ya que el agua que absorben se encuentra en la capa superficial del suelo; suelen tener hojas grandes por medio de las cuales realizan una intensa transpiración, y dado que tienen generalmente como hábitat los estratos bajos de los bosques, sus enormes hojas también sirven para atrapar mayor cantidad de radiación solar (figura 1.9). Las estructuras que las plantas desarrollaron al adaptarse al medio terrestre son muchas. Por ejemplo, las raíces para sostener y absorber el agua; la cutícula que al cubrir su superficie aérea ayuda a evitar la pérdida de agua, y el desarrollo de la semilla para proteger el embrión. También los animales heredaron, durante su proceso evolutivo, caracteres morfológicos que les permitieron adaptarse a su medio. Por ejemplo, los peces tienen forma elipsoidal o fusiforme, con aletas pareadas; la mayor parte de su cuerpo se encuentra cubierto de escamas, y se divide en tres segmentos: cabeza, tronco y cola y una aleta caudal. Estas características hacen que se adapten al ambiente acuático de manera exitosa. Las aves tienen un cuerpo aerodinámico que permite disminuir la resistencia del aire. Dicho cuerpo se encuentra cubierto de plumas, sus huesos son ligeros y porosos, sus miembros anteriores están constituidos por alas y la mayoría las emplean para volar (figura 1.10). Otros ejemplos de adaptación morfológica de los animales son los siguientes: 9
Figura 1.10
El vuelo de las aves es un mecanismo muy importante para su alimentación, reproducción, crecimiento y supervivencia.
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II
Figura 1.11
Figura 1.12
El pavo real macho no sólo exhibe los vistosos colores de su cola para su apareamiento, sino también para amedrentar a sus rivales y cuando se siente amenazado.
Ejemplo de adaptación morfológica en animales.
• El dimorfismo sexual. Se refiere a la diferencia fenotípica entre machos y hembras de una misma especie. Con frecuencia se observa que en la misma especie el macho suele ser de mayor tamaño, de color más brillante o con ornamentos llamativos que le permite ser más exitoso durante el cortejo y apareamiento sexual, así como también en la defensa de su territorio. Un ejemplo de este tipo de adaptación se haya entre muchos vertebrados como en las aves, donde hay especies en que el macho es de mayor tamaño, posee un hermoso plumaje que lo hace atractivo a las hembras (figura 1.11). Además, los machos con esas características suelen competir con mayores posibilidades de éxito por un espacio, donde después anidarán sus hembras. • Adaptaciones morfológicas de los depredadores y de las presas. Los depredadores son los animales que cazan y matan a su presa para alimentarse de ella. Las dos poblaciones (depredadora y presa) desarrollaron en su proceso evolutivo adaptaciones que les permiten sobrevivir en su medio. Los depredadores adquirieron diversas estrategias y caracteres morfológicos que los hace muy eficientes ante las características de sus presas; a su vez, también las poblaciones de presas desarrollaron adaptaciones ante las características de sus depredadores. Con frecuencia, el depredador se confunde con el medio por su color o su forma, lo que le facilita capturar a su presa. Por ejemplo, el pelaje color canela del león y la piel rayada del tigre dificultan localizarlos en el medio donde viven (figura 1.12). Entre las adaptaciones defensivas que crearon las presas para evitar la acción de sus depredadores pueden citarse las defensas mecánicas; por ejemplo, las púas que cubren la piel del puerco espín, el cuerno que tienen en la cabeza muchos mamíferos rumiantes y el caparazón de las tortugas (figura 1.13). • La coloración críptica o protectora o de ocultación. Ésta la adquieren algunos animales para asemejarse a su entorno, lo que les ayuda a ocultarse de sus 10
Biodiversidad
Figura 1.13
Ejemplos de adaptación defensiva de diferentes especies.
depredadores. Por ejemplo, el pelaje blanco del oso polar, el color de la piel de los camaleones, las manchas en la piel de la jirafa y las rayas de las cebras, los vuelve fácilmente confundibles con el entorno (figura 1.14). • Mimetismo batesiano (en honor a su descubridor Henry Bates). En este tipo de adaptación defensiva de las presas, éstas, al ser de buen sabor para el depredador, se mimetizan y adquieren la apariencia de la especie de mal sabor. De esta manera, la población mimetizada evita la acción de los depredadores. El mimetismo batesiano es común entre los insectos. Por ejemplo, la mariposa africana de cola de golondrina (Papilio dardanus) sirve de alimento a los pájaros por su buen sabor. Las hembras desarrollan diversas formas miméticas que las hacen semejantes a varias especies de mariposas de mal sabor, lo que les permite una mayor posibilidad de sobrevivencia. • Mimetismo mülleriano (en honor a Fritz Müller). En este caso, dos o más especies no deseables tienen características parecidas entre sí, lo que evita que el depredador se coma a todo individuo con los rasgos indeseables. Por ejemplo, los colores amarillo y negro son rasgos característicos que comparten avispas y abejorros, lo cual hace que la coloración similar en otras especies de insectos evite toda acción de los depredadores. La diversidad de formas, funciones y conducta de los organismos se relaciona con los factores del medio. Como se explicó, las variaciones fenotípicas (características externas del ser vivo), al igual que la fisiología y el comportamiento de los individuos, son adaptaciones 11
Figura 1.14
Ejemplo de coloración críptica o de ocultación.
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II que resultan de la selección natural sobre la variación genética de las especies. Estas características que se desarrollaron en su adaptación se relacionan con los factores del medio donde cada especie vive. Los gorriones desarrollaron mayor tamaño corporal en las zonas frías que en las cálidas, porque es una adaptación que les permite conservar mayor cantidad de calor corporal (figura 1.15). También, las garras que desarrollaron los carnívoros es una adaptación ventajosa que les facilita la captura de sus presas.
Figura 1.15
El gorrión es un ave que se adapta con facilidad al hábitat de los seres humanos.
El ejemplo más recurrente para ilustrar una rápida diversificación de especies por presión selectiva del medio es el de los pinzones de Darwin. Las trece especies de estas aves que Darwin encontró en las islas Galápagos, se cree que derivaron de las poblaciones de pinzones de tierra continental que llegaron a colonizar el archipiélago, las cuales por presión selectiva desarrollaron características que les facilitaron la sobrevivencia en su nuevo medio; de esta manera se fueron diferenciando de sus ancestros hasta llegar a formar nuevas especies. Adaptaciones fisiológicas. En su proceso evolutivo, las diversas poblaciones de organismos también desarrollaron adaptaciones de ajuste funcional mediante procesos especializados de nutrición, respiración, excreción, entre otros. Las plantas y los demás organismos que poseen clorofilas como las algas, son de nutrición autótrofa fotosintética porque tienen la capacidad de sintetizar sus nutrientes por fotosíntesis, a partir de agua y bióxido de carbono, y con el uso de la energía solar en el proceso.
Figura 1.16
Ejemplo de adaptación fisiológica.
Los organismos que no pueden producir sus nutrientes y los obtienen ya elaborados tienen una nutrición heterótrofa. Por ejemplo, los hongos que pueden ser parásitos si viven al alimentarse de otros organismos a los cuales causan daño (figura 1.16), o los saprófitos o saprobios, cuando se mantienen alimentándose de materia orgánica en descomposición. También los animales son heterótrofos porque requieren de los nutrientes elaborados por los autótrofos. Cada especie desarrolla estructuras y procesos especializados para obtener sus nutrientes.
Figura 1.17
Las branquias son órganos externos apropiados para el constante movimiento del agua.
Asimismo, crearon estructuras para su tipo de respiración; en los insectos, es un sistema de tubos ramificados a lo largo de su cuerpo que se llama tráquea; en los peces, por medio de unos filamentos que se nombran branquias, las cuales se localizan a cada lado de la cabeza (figura 1.17). Los anfibios, como la rana en su estado larvario que es acuático, respiran por branquias, y cuando ya son adultos y llevan una vida terrestre su respiración es pulmonar y cutánea. Los reptiles, aves y mamíferos tienen respiración pulmonar.
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Biodiversidad Animales ectotermos y endotermos Se llaman ectotermos los animales cuya temperatura corporal proviene de una fuente externa de calor y no de su proceso metabólico. Por ejemplo, los invertebrados, los peces, los anfibios y los reptiles (figura 1.18). En cambio, los endotermos como las aves y los mamíferos desarrollaron una adaptación fisiológica que permite, mediante su metabolismo, generar una temperatura interna que se mantiene por su sistema regulador. Adaptaciones de comportamiento. El comportamiento es la acción observable que ejecuta un organismo como respuesta a estímulos de su ambiente. Es una adaptación que también tiene su base genética; resulta de la interacción entre la información genética que heredan las especies y la influencia del ambiente. Lo que significa que el comportamiento puede modificarse por los factores del medio donde el organismo vive. Tropismo. También las plantas exhiben ciertos comportamientos ante los estímulos de su ambiente, aunque éstos no sean tan notorios como los que realizan los animales. Cuando la planta se orienta hacia un estímulo o se aleja de él ejecuta una respuesta que se llama tropismo (figura 1.19). Los tropismos positivos son respuestas en dirección al estímulo y los tropismos negativos son en dirección opuesta a éste. La orientación de la raíz hacia el centro de la Tierra es un ejemplo de gravitropismo o geotropismo positivo. En cambio, el tallo que crece en dirección opuesta a la raíz es un ejemplo de gravitropismo o geotropismo negativo. Tactismo o taxia. Es el desplazamiento que ejecutan los animales como respuesta a un estímulo. Es tactismo positivo cuando el desplazamiento es en dirección al estímulo y negativo si es en dirección opuesta. El comportamiento de las mariposas cuando las atrae una fuente de luz es un ejemplo de fototaxia positiva, y la respuesta de las cucarachas al alejarse de la luz es un ejemplo de fototactismo negativo.
Figura 1.18
En temporadas de frío, las iguanas (que son reptiles) suelen asolearse sobre el tronco de los árboles o sobre rocas para calentarse.
Figura 1.19
Los girasoles buscan la luz solar.
Comportamiento innato y aprendido En el comportamiento de los animales intervienen sus sistemas, en especial el nervioso y el endocrino, los cuales se rige por la información genética de cada especie. El comportamiento programado genéticamente es el denominado de Patrón de acción fijo (FAP, Fixedaction pattern), el cual se conoce también como comportamiento innato o instintivo. Un ejemplo está en la rodadura de los huevos de las gansas cenizas. Cuando un huevo se sale del nido, la gansa extiende el cuello y al empujarlo con el pico lo atrae (figura 1.20). Mediante una serie de movimientos de su cuello la gansa no sólo trata de recuperar el huevo, sino cualquier cosa que se le parezca y que se encuentre fuera del nido. 13
Figura 1.20
Comportamiento innato o instintivo.
T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II En los comportamientos aprendidos de los animales, los especialistas reconocen que son respuestas que se modifican por las experiencias; se desarrollan en los organismos que heredan la habilidad de aprender estrategias que incrementan la posibilidad de una vida exitosa (figura 1.21).
Figura 1.21
Los primeros meses de vida, las crías de las aves aprenden el tipo de canto de su especie.
la Biología y tu comunidad Investiga acerca de los tipos de adaptación de los organismos de un área natural protegida de la comunidad y las ventajas que éstos reportan. Las adaptaciones son las características estructurales, funcionales y de comportamiento que los organismos heredan en su proceso evolutivo, las cuales incrementan sus posibilidades de sobrevivencia y reproducción. Material •
Cuaderno y lápiz.
•
Cámara fotográfica.
Procedimiento •
En equipo, visitar un área natural protegida o un jardín botánico cercano a su comunidad.
•
Identificar las adaptaciones morfológicas, fisiológicas y de comportamiento más relevantes de los organismos que observen.
•
Fundamentar las adaptaciones que observen y fotografiarlas.
•
Elaborar un reporte acerca de las distintas adaptaciones investigadas, ilustrarlas con fotografías y resaltar las ventajas que tiene su desarrollo en los organismos que las presentan.
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Biodiversidad Evaluación formativa 1. Define el concepto de biodiversidad. Elabora un esquema en el cual se vea reflejada la diversidad biológica, caracterizando cada nivel mediante ejemplos. 2. Las principales fuentes de la variabilidad genética son las mutaciones y las recombinaciones génicas. Investiga cómo se realizan ambos procesos. a) Mutaciones: b) Recombinaciones génicas: 3. En la variedad de caracteres que generan las variaciones del genoma actúa la selección natural, ¿cuál es la función de ésta? 4. ¿Qué consecuencias trae el hecho de que los organismos mejor adaptados prolonguen su existencia? 5. ¿En qué consiste el dimorfismo sexual? Cita ejemplos. 6. Menciona algunas adaptaciones defensivas que desarrollan las presas para evitar la acción de sus depredadores. 7. ¿Qué diferencias hay entre el mimetismo batesiano y el mimetismo mülleriano? Escribe algunos ejemplos y su importancia. 8. ¿Qué diferencias hay entre los animales ectotermos y los endotermos? Cita ejemplos. 9. ¿Qué diferencias hay entre el comportamiento innato y el comportamiento aprendido? Escribe ejemplos.
Distribución La distribución y abundancia de organismos no son homogéneas sobre la superficie de la Tierra; de una región a otra hay grandes variedades típicas de especies y variaciones en el número de individuos en cada zona de la comunidad biótica (figura 1.22).
Figura 1.22
Las condiciones tropicales mexicanas permiten el establecimiento de una gran diversidad de especies de plantas y animales.
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T e m a s s e l e c t o s d e b i o l o g í a II La biodiversidad tiene su mayor concentración en la zona ecuatorial y abarca las regiones comprendidas entre los trópicos de Cáncer y Capricornio. Lo que significa que hay mayor número de especies de plantas y animales en esa faja del ecuador que fuera de ella. Los modelos de biodiversidad de las especies demuestran que a medida que se avanza hacia los polos el número de especies disminuye. Un número relativamente pequeño de plantas y animales puede vivir en climas fríos. Por ejemplo, Colombia —considerado entre los países megadiversos—, que se localiza cerca del ecuador, tiene una distribución de aves que se calcula de 1 395 especies; en Guatemala, que se ubica más al norte, el número de especies disminuye cerca de un tercio y en Groenlandia, que se localiza cerca del Polo Norte el número de especies es casi 25 veces menor. Lo mismo sucede con la diversidad de especies de árboles; por ejemplo, en la región del Amazonas se encuentra el mayor número de especies de árboles en comparación con cualquier región que tenga la misma extensión que se localice fuera de la región tropical. Una de las posibles causas del origen de esa alta biodiversidad de las regiones tropicales del mundo, pudiera ser que las glaciaciones del Pleistoceno no afectaron mucho ni destruyeron su flora ni su fauna. Otras causas son las condiciones climáticas: la temperatura favorable (propias del ambiente tropical) y abundantes precipitaciones propiciaron el desarrollo de la diversidad biológica en esas regiones. Las precipitaciones en estas zonas se distribuyen de manera regular. El promedio de la temperatura anual en los trópicos es notablemente uniforme; esto hace que prácticamente no haya cambios estacionales, a diferencia de las zonas templadas donde por lo general se originan temperaturas extremas. Las zonas frías en los trópicos sólo se localizan en las elevadas cordilleras de algunas de sus regiones ya que conforme aumenta la altura, el clima cambia y permite una mayor variedad de hábitat que posibilita el desarrollo de especies similares que las que habitan en otras regiones que no son tropicales. Otra explicación de la elevada biodiversidad de las regiones tropicales es el hecho de que los continentes permanecieron unidos hace 200 millones de años —según la teoría de la deriva de los continentes—, lo cual permitió la distribución de las especies de un medio natural a otro. Al fragmentarse la enorme masa continental, algunas especies quedaron confinadas en ciertas regiones de los continentes desplazados, como se cree que ocurrió con los mamíferos marsupiales; por ejemplo, los canguros que llegaron a Australia, actualmente se consideran especies endémicas de la zona (endémicas significa que son nativas y exclusivas de esa región, figura 1.23).
Figura 1.23
El desplazamiento a saltos y la posición erguida de los canguros tiene que ver con su hábitat.
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Biodiversidad México entre los países con mayor diversidad biológica Entre todos los países del mundo, hay 12 (Australia, Brasil, China, Colombia, Ecuador, Estados Unidos, India, Indonesia, Madagascar, México, Perú y República Democrática del Congo) que se consideran megadiversos, porque se calcula que en conjunto albergan entre 60 y 70% de la biodiversidad total del planeta. México es uno de ellos (figura 1.24). El lugar privilegiado que ocupa nuestro país por su biodiversidad se debe a su compleja topografía, la cual se forma por regiones montañosas con altitudes superiores a mil metros sobre el nivel del mar, extensos valles y pronunciadas cañadas, ello aunado con las condiciones que determina la latitud, generan un mosaico climático donde se desarrolla una gran diversidad de ecosistemas y de especies. Además, al sur de México se entrelazan dos grandes regiones biogeográficas del mundo: la neártica y la neotropical. En la confluencia de estas dos regiones se encuentra una mezcla de flora y fauna del norte y sur de América, también una variedad de organismos endémicos. Los estados mexicanos que cuentan con mayor diversidad biológica en esta región son: Oaxaca, Chiapas, Veracruz, Guerrero y Michoacán. Sin embargo, en la segunda mitad del siglo xx, las selvas del trópico húmedo que se localizan en la zona del sureste de la República, sufrieron un proceso acelerado de destrucción como consecuencia de la implantación de sistemas agropecuarios; esto es, la selva se reemplazó por pastizales o especies de cultivo, especialmente maíz. Esto condujo a la formación de fragmentos o islas de la selva de superficie variable y a la extinción de las especies que se resguardaban en esas zonas (figura 1.25).
Figura 1.24
La ubicación geográfica de México determina su megadiversidad, lo que se refleja en una gran variedad de paisajes.
Figura 1.25
Especies en peligro de extinción por el mal uso del suelo.
También la selva tropical húmeda se conoce como selva siempreverde o perennifolia; es decir, que tiene hojas perennes (que no pierde sus hojas en alguna temporada anual específica). En ella, es común encontrar árboles de más de 50 m de altura, enormes lianas, palmeras de gran altura y plantas epífitas (que se adaptaron a vivir sobre otras plantas, figura 1.26). 17
Figura 1.26
La vegetación dominante de la selva tropical es arbórea. Los árboles de gran altura permiten un desplazamiento relativamente fácil.
