Biología general. Los sistemas vivientes

Biología general
Los sistemas vivientes
María del Pilar Granillo Velázquez
Blanca Alma Valdivia Urdiales
María del Socorro Villarreal Domínguez
PRIMERA EDICIÓN EBOOK
México, 2014
GRUPO EDITORIAL PATRIA
Para establecer
comunicación con
nosotros puede
utilizar estos
medios:
correo:
Grupo Editorial Patria®
División Bachillerato, Universitario y Profesional
Dirección editorial: Javier Enrique Callejas
Coordinación editorial: Alma Sámano Castillo
Revisión técnica: Laura Lauría Baca
Renacimiento 180,
Col. San Juan Tlihuaca,
Azcapotzalco, 02400,
México, D.F.
Diseño de interiores y portada: Juan Bernardo Rosado Solís
Supervisión de producción: Miguel Ángel Morales Verdugo
Diagramación: Perla Alejandra López Romo
Ilustraciones: Carlos Enrique León Chávez, Perla Alejandra López Romo
e-Mail:
Fotografías: Thinkstock
[email protected]
Fax pedidos:
Biología general
Los sistemas vivientes
(0155) 5354 9109 • 5354 9102
sitio web:
www.editorialpatria.com.mx
Derechos reservados:
©2014, María del Pilar Granillo Velázquez / Blanca Alma Valdivia Urdiales /
María del Socorro Villarreal Domínguez
©2014, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V.
ISBN ebook: 978-607-744-060-4
Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca,
Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Registro núm. 43
Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas
teléfono:
o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor.
Impreso en México / Printed in Mexico
(0155) 53 54 91 00
Primera edición ebook: 2014
ii
00-Educacion para la salud.indd 2
28/5/10 03:32:45
PRESENTACIÓN
El libro Biología general. Los sistemas vivientes está dirigido a estudiantes de bachillerato y lo hemos diseñado siguiendo los programas vigentes del plan de estudios
de la Escuela Nacional Preparatoria. Su amplio contenido e ilustraciones en color hacen de esta obra un excelente recurso didáctico para el aprendizaje de la
Biología.
Biología general. Los sistemas vivientes está escrito en un lenguaje sencillo y directo
que facilita la comprensión de los principales conceptos y los procesos básicos de la
Biología. Nuestro objetivo es que los aprendizajes adquiridos motiven al estudiante
a mejorar su calidad de vida y le permitan plantear soluciones a los problemas ambientales que actualmente amenazan al planeta.
Para lograr lo anterior, Biología general. Los sistemas vivientes está estructurado en
seis unidades, cada una inicia con una serie de preguntas cuyo objetivo es despertar
el interés sobre los temas a tratar. A continuación se desglosan los temas, destacando en negritas y en cuadros de resumen la información sobresaliente. Se incluyen
figuras y cuadros que facilitan la compresión de los conceptos y también notas
de interés en los recuadros designados como Flash que brindan datos adicionales
sobre los temas estudiados. En la sección Conoce más presentamos lecturas actualizadas que complementan la información del texto.
Al final de cada unidad se encuentra el apartado Reconoce lo importante que es un
resumen de los principales tópicos, así como una lista de los Términos biológicos
utilizados. Hemos incluido la sección Confirma tu avance integrada por diversas
preguntas que permiten al estudiante evaluar su propio aprendizaje. Las secciones
Discute y concluye, Ponte a prueba y La Biología en tu comunidad promueven el
trabajo en equipo, el pensamiento crítico y la solución de problemas relativos a su
entorno social. La elaboración de mapas conceptuales en el apartado Arma tus conocimientos lleva al estudiante a la reflexión, la organización y la creatividad para
que interrelacione lo aprendido.
Otra sección de Biología general. Los sistemas vivientes está dirigida a despertar el interés del estudiante por experimentar de primera instancia los principios biológicos.
En Descubre y comprueba se incluyen prácticas de laboratorio y de campo que requieren material fácilmente accesible y cuya realización se detalla paso a paso. Los
cuestionarios al final de esta sección promueven el desarrollo de habilidades como
la inferencia, el análisis y la comunicación oral y escrita.
Al final del texto se encuentra el Glosario en el que se definen los conceptos biológicos relevantes.
Esperamos que Biología general. Los sistemas vivientes sea el texto que coadyuve al
estudiante para que logre su formación integral.
Las Autoras
Grupo Editorial Patria
iii
Biología general
ACERCA DE LAS AUTORAS
María del Pilar Granillo Velázquez
Se graduó de Bióloga por la Universidad Nacional Autónoma de México. Obtuvo el
grado de Maestría en Educación y Desarrollo Docente por la Universidad Iberoamericana. Es coautora de la obra Plantae que se utiliza como texto en los cursos de
Botánica a nivel licenciatura y del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel
de bachillerato. Actualmente colabora en el posgrado de la Corporación Mexicana
de Investigación en Materiales (comimsa), integrante de la red de los centros públicos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (conacyt).
Blanca Alma Valdivia Urdiales
Se graduó de Química Bióloga Parasitóloga por la Universidad Autónoma de Nuevo
León. Obtuvo su Maestría en Ciencias en la Univesidad de Oregón. Es Doctora en Sistemas de Producción Agrícola por la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro
en donde se desempeñó como maestra investigadora. Ha impartido la materia de
Biología en bachilleratos incorporados a la Universidad Autónoma de Coahuila (ua
de c). Es coautora del Libro de Texto Gratuito de Ciencias Naturales de primaria (sep) y
del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel de bachillerato.
María del Socorro Villarreal Domínguez
Se graduó de Bióloga por la Universidad Nacional Autónoma de México. Es Maestra
en Ciencias con especialidad en Educación por la Universidad Autónoma del Noreste. Actualmente se desempeña como profesora de tiempo completo en el área de
Biología de la Universidad Autónoma de Coahuila (ua de c). Es autora de un texto de
Biología para el Colegio de Bachilleres; coautora del libro Biología: La Vida y sus Procesos para el nivel de bachillerato y ha participado en varios textos de apoyo para el
Sistema de Bachillerato Abierto de la Universidad Autónoma de Coahuila.
iv
FAMILIARÍZATE CON TU LIBRO
Para que optimices tu aprendizaje, te recomendamos que conozcas las diferentes secciones que componen tu libro.
¡Echa un vistazo a los que aprenderás!
Lee las preguntas al inicio de la unidad para
que reflexiones sobre lo que estudiarás en
ésta.
Reconoce lo importante Te ofrece un resumen
numerado y conciso del contenido de la unidad.
Términos biológicos Es una lista en orden
alfabético de los principales términos que
aprendiste en la unidad.
Las palabras en negritas y los cuadros de
resumen te indican los aspectos más relevantes
del tema.
Flash No pases por alto los datos interesantes
contenidos en este apartado.
Conoce más Lee con atención estos artículos para
profundizar en algunos temas.
Confirma tu avance Puedes evaluar tu propio
aprendizaje en cada unidad cuando resuelvas los
ejercicios de esta sección.
Descubre y comprueba Desarrolla tus habilidades
de observación y análisis para que llegues a tus
propias conclusiones.
Glosario Revisa la definición de los conceptos
biológicos utilizados a lo largo del libro.
Grupo Editorial Patria
v
BIOLOGÍA
CONTENIDO
Presentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
Acerca de las autoras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
FAMILIARÍZATE CON tu libro. . . . . . . . . . . . . . . . . vi
UNIDAD 1
La Biología como ciencia 2
Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1 . Carácter científico de la Biología. . . . . . . . . . . .
Vocabulario científico. . . . . . . . . . . . . . . . .
Historia y desarrollo de la Biología. . . . . . .
Relación de la Biología con la tecnología
y la sociedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Interacción de las ciencias biológicas
entre sí y con otras ciencias. . . . . . . . . . . . .
Ciencias auxiliares de la Biología . . . . . . . .
4
5
6
13
15
16
1.2 . Metodología de investigación en Biología . . . .
Metodología experimental. . . . . . . . . . . . .
Otros métodos en Biología. . . . . . . . . . . . .
Diseño e informe de una investigación . . .
Laboratorio de Biología . . . . . . . . . . . . . . .
El microscopio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
18
22
23
26
27
1.3 . Características de los seres vivos. . . . . . . . . . . . Principios unificadores . . . . . . . . . . . . . . . . Interacción de los organismos
con el medio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
30
30
UNIDAD 2
La célula: Unidad estructural
y funcional de los seres vivos 42
INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.1 . Niveles de organización de la materia. . . . . . . . Átomos, moléculas, elementos
y compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moléculas, elementos y compuestos. . . . . Mezclas y coloides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potencial de hidrógeno (pH). . . . . . . . . . . . Elementos biogenésicos. . . . . . . . . . . . . . . Compuestos inorgánicos y sales minerales. 44
vi
45
47
49
52
53
54
2.2 . Compuestos orgánicos
y biomoléculas no nitrogenadas . . . . . . . . . . . . Carbohidratos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lípidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 . Biomoléculas nitrogenadas. . . . . . . . . . . . . . . . Proteínas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vitaminas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moléculas transportadoras de energía (atp).
2.4 . La célula. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Historia de la Biología celular. . . . . . . . . . . Teoría celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Células procariontes y eucariontes. . . . . . . Morfología celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diferencias entre célula animal y vegetal. . El núcleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Citoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estructuras y organelos celulares. . . . . . . . 2.5 . Transporte celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transporte pasivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transporte activo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Endocitosis y exocitosis . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 . Metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración aerobia . . . . . . . . . . . . . . . . . . Respiración anaerobia. . . . . . . . . . . . . . . . . Nutrición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fotosíntesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quimiosíntesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 . Diferencias entre sistemas unicelulares
y pluricelulares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unidad 3
Procesos para
la continuidad de la vida INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 R
eproducción celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Estructura de los cromosomas. . . . . . . . . .
Mitosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Apoptosis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Reproducción individual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reproducción asexual. . . . . . . . . . . . . . . . .
Reproducción sexual. . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
59
62
70
70
79
80
85
85
86
88
90
93
95
96
97
105
106
109
110
113
115
115
120
123
124
131
132
162
164
164
164
167
171
176
178
178
182
Fecundación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Desarrollo embrionario. . . . . . . . . . . . . . . . 187
3.3 .Desarrollo e importancia de la Genética. . . . . . 190
Desarrollo histórico de la Genética . . . . . . 190
Importancia de la Genética. . . . . . . . . . . . . 191
3.4 . Herencia mendeliana y teoría cromosómica
de la herencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Herencia mendeliana . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teoría cromosómica . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Determinación del sexo . . . . . . . . . . . . . . .
201
201
212
214
3.5 . Herencia molecular: adn y arn. . . . . . . . . . . . 224
Estructura general de los ácidos nucleicos. 224
Funciones generales de los ácidos nucleicos. 232
Unidad 4
Evolución de los seres vivos 274
INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
4.1 . Evidencias de la evolución. . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Pruebas directas de la evolución . . . . . . . . 276
Pruebas indirectas de la evolución. . . . . . . 281
4.2 . Antecedentes y desarrollo de las teorías
de la evolución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Unidad 5
Historia evolutiva
de la diversidad biológica 302
INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
5.1 . Diversidad biológica y Taxonomía. . . . . . . . . . . 304
Taxonomía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
5.2 . Los orígenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teorías acerca del origen del Universo
y del Sistema Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teorías del origen de la vida. . . . . . . . . . . .
Teoría físico-química de Oparin-Haldane. .
Las primeras células . . . . . . . . . . . . . . . . . .
308
308
310
313
315
5.3 . Los reinos del mundo vivo. . . . . . . . . . . . . . . . .
¿Cinco o seis reinos? . . . . . . . . . . . . . . . . .
Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Priones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bacterias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reino Protista. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esporozoarios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Algas multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reino Fungi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reino Plantae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reino Animalia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
317
319
319
329
331
335
338
341
343
345
354
Unidad 6
Los seres vivos
y su ambiente 378
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
6.1 E
cología de Poblaciones y Comunidades. . . . . . .
La Ecología y su objeto de estudio. . . . . . .
Ecología de poblaciones. . . . . . . . . . . . . . .
Características y dinámica de las
poblaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Crecimiento de la población. . . . . . . . . . . .
Potencial biótico y resistencia ambiental. .
Curvas de crecimiento poblacional. . . . . . .
Relaciones interpoblacionales . . . . . . . . . .
Ecología de comunidades. . . . . . . . . . . . . .
Características y dinámica de las
comunidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
380
380
381
6.2 Estructura de un ecosistema. . . . . . . . . . . . . . . . .
Factores que integran un ecosistema. . . . .
Flujo de energía y materia en el
ecosistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Relaciones tróficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pirámides alimenticias o ecológicas. . . . . .
Productividad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ciclos biogeoquímicos. . . . . . . . . . . . . . . .
Ciclos atmosféricos o gaseosos . . . . . . . . .
Ciclos sedimentarios. . . . . . . . . . . . . . . . . .
393
393
382
384
385
387
387
388
389
396
397
398
399
400
400
404
6.3 Ecosistemas acuáticos y terrestres. . . . . . . . . . . . 406
Biomas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
Biomas terrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
6.4 Recursos naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Recursos renovables. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Recursos no renovables . . . . . . . . . . . . . . .
Recursos inagotables . . . . . . . . . . . . . . . . .
Otras fuentes de energía . . . . . . . . . . . . . .
Manejo de los recursos naturales. . . . . . . .
Políticas para proteger el ambiente. . . . . .
Desarrollo sustentable . . . . . . . . . . . . . . . .
420
420
424
426
427
427
428
431
6.5 Problemas ecológicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Uso irracional de los recursos. . . . . . . . . . .
Erosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Contaminación atmosférica . . . . . . . . . . . .
Problemas ecológicos atmosféricos. . . . . .
Contaminación del agua. . . . . . . . . . . . . . .
Contaminación del suelo . . . . . . . . . . . . . .
434
434
434
436
437
440
442
445
Glosario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
Grupo Editorial Patria
1
1
La Biología como ciencia
¡Echa un vistazo a lo que aprenderás!
¿Por qué se considera que la Biología es una
ciencia?
¿Qué relación existe entre la Biología y los
problemas de tu comunidad y de la sociedad
en general?
¿Cuáles son las ramas de la Biología y cómo
interactúan entre sí para estudiar a los seres
vivos?
¿Cuál es la diferencia entre los métodos experimental, observacional y comparativo utilizados en la Biología?
¿Qué características comunes de los seres vivos los distingue de los objetos sin vida?
Biología general
Introducción
Vivimos rodeados de miles de especies de plantas y animales de los cuales dependemos para nuestra subsistencia. Podemos estudiar a los seres vivos, incluyendo al
hombre, gracias a las bases que nos proporciona la Biología.
El estudio de esta ciencia abarca varios aspectos. Uno de ellos es conocer la estructura, funcionamiento y cuidado de nuestro organismo.
Otro aspecto importante es comprender los descubrimientos biológicos que han
mejorado la calidad de vida de los seres humanos (fig. 1.1); el uso de vacunas y de
antibióticos, así como el conocimiento de las causas de las enfermedades, han contribuido a que tengamos mayor esperanza de vida.
Para sobrevivir necesitamos alimentarnos, y la base de nuestra alimentación la
constituyen los vegetales y los animales. Los conocimientos biológicos se aplican en
muchos procesos, desde la obtención de nuevas especies que poseen un alto rendimiento nutritivo, hasta la industrialización de productos alimenticios de consumo
diario.
La Biología también tiene por objeto la conservación del ambiente y el adecuado
aprovechamiento de los recursos naturales, ambos temas resultan de gran importancia para la supervivencia de la vida en la Tierra.
En el bachillerato, el estudio de la Biología contribuye a adquirir conocimientos sobre nuestro mundo y ampliar nuestro panorama general de la cultura. Además, algunas profesiones como Medicina, Astronomía, Veterinaria e Ingeniería Bioquímica,
entre otras, requieren de conocimientos básicos en el campo de la Biología.
En esta unidad aprenderás el objetivo de la Biología y los retos que enfrenta en la
actualidad, sus disciplinas y ciencias auxiliares, los antecedentes históricos de esta
ciencia y los métodos de estudio que emplea para la obtención de nuevos conocimientos que han contribuido al desarrollo y progreso de la humanidad.
1.1 Carácter científico de la Biología
La Biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Para entender mejor este concepto aparentemente sencillo, es necesario definir primero qué es la ciencia.
Figura 1.1
La ciencia es el conjunto de conocimientos sistemáticos y ordenados que permiten
explicar los fenómenos por sus principios y causas, para descubrir leyes generales.
Esta definición señala que para la ciencia es importante establecer una sistematización, lo cual significa que los conocimientos científicos deben guardar un orden
y relación entre sí. Otra característica fundamental de la ciencia es la objetividad,
esto es, que los conocimientos deben centrarse en los objetos que se estudian y no
en los sujetos que realizan la investigación. Además, toda ciencia es metódica, ya
que sigue ciertos procedimientos, que conducen a la obtención de nuevos conocimientos.
La Biología es una ciencia que reúne las características de ser explicativa, sistemática, objetiva y de seguir un método para conocer todo aquello relacionado con su
objeto de estudio, que son los seres vivos.
La Biología. Su estudio ayuda a mejorar
la calidad de vida de los seres vivos.
4
La Biología es la ciencia que estudia la estructura, función y evolución
de los seres vivos y sus relaciones con el medio que los rodea.
UNIDAD 1
La Biología como ciencia
A lo largo de la historia, los investigadores en el campo de la Biología se han planteado numerosas interrogantes, cuyas respuestas han conformado una ciencia muy
amplia y compleja que trata de explicar la estructura y función del mundo vivo.
Vocabulario científico
En el estudio de toda ciencia se emplea una terminología específica que, en el caso
de la Biología, es muy extensa. Para facilitar el manejo de los términos biológicos, es
conveniente conocer el significado de algunos prefijos (partículas lingüísticas que se
colocan al principio de algunas palabras) y sufijos (partículas que se encuentran al
final) de uso común en la Biología. Por ejemplo, la palabra Biología está formada en
dos partes: la partícula bio, proveniente de la raíz etimológica bios, que significa vida
y logía que se deriva de la palabra logos, que significa estudio o tratado.
“Bio”, en este caso, es un prefijo, y “logía” es sufijo; al combinar ambos significados,
definimos Biología como el estudio o tratado de la vida. De la misma manera, la
palabra citología está compuesta por el prefijo cito, que significa célula y logía, el
estudio de. Por tanto, la Citología se puede definir como el estudio de las células.
En el cuadro 1.1 encontrarás una lista de prefijos y sufijos comunes.
Cuadro 1.1 Prefijos y sufijos de uso común en la Biología
Prefijo
Significado
Prefijo
Significado
a
sin
micro
pequeño
anti
contra, opuesto
poli
muchos
auto
por sí mismo
proto
primero
bio
vida
pseudos
falso
cito
célula
vita
vida
cloro
verde
zoo
animal
di, bi
dos
eu
verdadero
Sufijo
Significado
fito
vegetal
dermis
capa
foto
luz
fago
comida
hemo
sangre
fase
estado
herb
relativo a plantas
filo
que la atrae, afín a
hetero
diferente
gen
origen, producción
hidro
agua
itis
inflamación
hiper
por encima de
lisis
rompimiento
hipo
por debajo de
logia
estudio de
homo
igual
osis
condición, enfermedad
macro
grande
trofos
alimento
Grupo Editorial Patria
5
Biología general
Figura 1.2
PIENSA RÁPIDO
Forma la palabra
¿Qué significa?
Foto + metro ________________________ ___________________________________________
Micro + podo ________________________ ___________________________________________
Auto + trofo ________________________ ___________________________________________
Historia y desarrollo de la Biología
A continuación presentamos un breve panorama del desarrollo histórico de la Biología, señalando por su época a los principales científicos que han contribuido a
enriquecer el estudio de la vida.
Hipócrates. Fue el primer
gran médico de la antigüedad
(siglo iv a.C. ).
Etapa antigua
Figura 1.3
Durante la prehistoria, predominaron las ideas mágicas y religiosas para explicar
los fenómenos biológicos. No fue sino hasta el siglo vi a.C., cuando en Grecia algunos filósofos llamados naturalistas, como Tales de Mileto y Anaximandro, explicaron la naturaleza por medio de sus causas materiales. En Atenas se empezó a
vislumbrar la especialización científica, principalmente de dos campos: la medicina
y las matemáticas. En el siglo vi a.C. aparecieron los primeros documentos sobre
medicina atribuidos a Hipócrates (fig. 1.2), quien estudió algunos problemas de la
reproducción y la herencia. Sus escritos muestran un alto nivel científico, ya que
están basados en una minuciosa observación del cuerpo humano.
Mono de Gibraltar.
Figura 1.4
Sin lugar a dudas, el primer gran descubrimiento biológico fue la agricultura, actividad que permitió al hombre dejar de ser nómada. Una vez sedentario, el hombre
empezó a observar los fenómenos de la naturaleza y de su propio organismo.
Años más tarde surgió uno de los grandes filósofos de la antigüedad, Aristóteles,
quien fue el pionero del método científico basado en la observación y la experimentación. También se le considera padre de la zoología por sus estudios de los
animales, ya que describió la forma y conducta de algunos de ellos e hizo un primer
intento de clasificación en la escala zoológica. Asimismo, realizó investigaciones
sobre el origen de los organismos apoyando la idea de la generación espontánea. De
manera general, se considera a Aristóteles como fundador de la Biología y uno de
los grandes hombres que incursionó en el estudio de la mayoría de las ciencias.
El último médico notable de la antigüedad fue Claudio Galeno (siglo ii a.C. ). En su
época estaban prohibidas las disecciones humanas y sólo podían ser practicadas en
cadáveres de náufragos arrojados a la playa o de viajeros que morían en el camino.
Por ello, muchas de la disecciones que efectuó Galeno fueron realizadas en monos
(fig. 1.3) y, aunque sus escritos contenían varias afirmaciones erróneas, se le consideró una autoridad en anatomía por más de 10 siglos.
La antigüedad fue seguida por la Edad Media, época en la que no hubo gran interés por la investigación científica. No se recurrirá a la razón y si alguien ponía en
duda los conocimientos científicos basados en creencias religiosas, era rápidamente
acallado y castigado.
Renacimiento
El hombre universal. Dibujo realizado
por Leonardo Da Vinci, quien aplicó sus
estudios de anatomía en sus técnicas
artísticas.
6
Con el Renacimiento (siglos xv y xvi) se inició un auge en las ciencias y las artes.
Algunos grandes artistas, como el italiano Leonardo da Vinci, tuvieron interés en
el estudio de la naturaleza, y en particular del cuerpo humano (fig. 1.4). En el siglo
xvi, el médico belga Andreas Vesalio realizó disecciones en cadáveres humanos que
UNIDAD 1
La Biología como ciencia
lo llevaron a corregir los errores de anatomía de Galeno, y en 1628 Wiliam Harvey,
médico inglés, describió la circulación sanguínea (fig. 1.5).
Figura 1.6
Uno de los inventos más importantes del siglo xvii fue el microscopio, cuya creación
se atribuye a los holandeses Hans y Zacarías Janssen, quienes no eran investigadores
sino talladores de lentes. Al poner una lente sobre otra ante un pequeño objeto descubrieron que se veía considerablemente aumentado. Éste fue el primer microscopio
compuesto rudimentario que se utilizó. Robert Hooke, físico y astrónomo británico,
fue de los primeros investigadores que utilizó el microscopio. En 1665 dio nombre de
“células” a las estructuras alargadas, en forma de celdas de un panal, que observó
cuando investigaba un corte de corcho muy delgado bajo el microscopio (fig. 1.6).
Otra figura importante en la microscopia fue el holandés Anton Van Leeuwenhoek,
un hábil tallador de lentes con las que construyó un microscopio rudimentario. En
él observó por primera vez ojos de animales, glóbulos rojos y microorganismos en
una gota de agua (fig. 1.7).
Figura 1.5
Célula. Hooke dio el nombre de células
a las estructuras que observó en un
corte de corcho.
Figura 1.7
a
Lente
Portaobjetos
Tornillos
b
El camino de la sangre. Wiliam Hervey fue el pionero en la descripción
de la circulación sanguínea.
Microscopios antiguos. a) De Hooke. b) De Van
Leeuwenhoek.
Grupo Editorial Patria
7
Biología general
FLASH
Etapa moderna
Antes de los estudios de
Hervey se pensaba que
la sangre era producida
en el hígado al ingerir
los alimentos, y que sólo
pasaba una vez por los vasos
sanguíneos, evaporándose
después.
En el siglo xix surgieron investigadores que revolucionaron diversos campos de la
Biología; entre ellos, sobresalen: Matthias J. Schleiden y Theodor Schwann, Carl
von Linné, Louis Pasteur, Charles Darwin y Gregor Mendel.
Figura 1.8
Al francés Louis Pasteur se le considera el padre de la microBiología. Además, hizo
estudios sobre la fermentación alcohólica y láctica y descubrió varias vacunas, entre ellas, la antirrábica. Pasteur también demostró que la teoría de la generación
espontánea, propuesta por Aristóteles, era errónea.
Los biólogos alemanes Schwann y Schleiden propusieron, en 1839, que todas las
plantas y animales están compuestos por células, por lo que se les reconoce como
los autores de la Teoría Celular. En el siglo xviii, Carl von Linné, botánico sueco,
propuso un sistema de clasificación de las plantas utilizando la nomeclatura binominal; este sistema no sólo es aplicable a las plantas, sino a todos los demás
seres vivos.
En 1860 el naturalista inglés Charles Darwin (fig. 1.8), expuso en su libro, El origen
de las especies, una teoría para explicar la evolución de los seres vivos por medio de
la selección natural. Hasta antes del siglo xix, predominaba la idea de que los
seres vivos no habían cambiado a lo largo del tiempo, es decir, que no habían sufrido modificación alguna. Darwin propuso una teoría para explicar la evolución
y afirmó que el hombre también es producto de las fuerzas evolutivas. Hoy día,
la evolución es el principio que gobierna todo el pensamiento en la ciencia de la
Biología.
Charles Darwin. El autor de la teoría
de la selección natural publicó su
propuesta en 1860.
FLASH
A Louis Pasteur se le confirió
el título de Secretario
perpetuo de la Academia de
Ciencias de Francia. En 1888
fundó el Instituto Pasteur, con
sede en París, actualmente
considerado como uno de los
principales centros
de investigación mundial en
Medicina y Biología.
Figura 1.9
El monje austriaco Gregor Mendel (1822-1894), fue pionero en el campo de la genética. Después de experimentar durante ocho años con chícharos o guisantes, concluyó que la herencia sigue ciertas leyes y que las características se heredan a los
descendientes a través de unidades constantes. Los trabajos de Mendel no fueron
comprendidos ni continuados hasta 30 años después de su muerte.
Etapa contemporánea
El siglo xx es la etapa del auge de la Biología celular y molecular, pues la gran mayoría de los estudios desde entonces se ha centrado en la investigación sobre la
constitución molecular de la célula y su función. Son muchos los investigadores
que han sobresalido en este siglo. A continuación, citaremos las contribuciones de
algunos de ellos.
El genetista estadounidense Thomas Morgan experimentó con la mosca de la fruta
(Drosophila) y, en 1910, propuso que la herencia radica en los cromosomas localizados en el núcleo (fig. 1.9).
En 1953, el norteamericano James Watson y el británico Francis Crick establecieron un modelo (fig. 1.10) para explicar la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico), molécula que constituye a los genes y cromosomas y en la cual radica
la herencia.
La era moderna de los antibióticos comenzó en 1929, cuando el bacteriólogo inglés
Alexander Fleming descubrió la penicilina, sustancia que mata las bacterias y es
extraída del hongo Penicillium notatum.
Alexander I. Oparin, bioquímico ruso, formuló una hipótesis sobre el origen de la
vida de la Tierra a partir de reacciones químicas ocurridas en los océanos primitivos.
Esta hipótesis fue planteada en 1938 y se verá con más detalle en la unidad sobre
“El origen de la vida”.
Mosca de la fruta (Drosophila
melanogaster). Es el organismo que
utilizó Morgan en sus experimentos para
estudiar los cromosomas.
8
Severo Ochoa, bioquímico español, descubrió en 1959 los mecanismos que producen el ácido ribonucleico (ARN), uno de los agentes químicos que determinan la
herencia.
UNIDAD 1
La Biología como ciencia
Los franceses Jacques Monod y François Jacob recibieron, en 1965, el premio Nobel
por sus estudios en genética sobre el control y regulación de la actividad de los genes. Más adelante analizaremos los trabajos de estos investigadores.
Figura 1.10
Al investigador austriaco Konrad Lorenz se le conoce como el padre de la Etología,
rama de la Biología que se dedica al estudio del comportamiento de los animales.
Las conclusiones de Lorenz se fundamentaron en sus observaciones de la conducta
de patos y gansos (fig. 1.11).
A manera de resumen, en el cuadro 1.2 se listan los principales investigadores de las
ciencias biológicas con las indicaciones de algunas de sus contribuciones.
El campo de la Biología también se ha enriquecido con aportaciones de destacados
investigadores mexicanos. En el siglo xx sobresalen las contribuciones de algunos
científicos de nuestro país como son:
Isaac Ochoterena, realizó un estudio sobre las cactáceas de México (fig. 1.12) y fue
director del Instituto de Biología de la UNAM.
Cuadro 1.2 Principales investigadores de la Biología y sus aportaciones
Etapa
Antigua
Renacimiento
y siglo xvii
Moderna
siglo xix
Contemporánea
siglo xx
Autor
Aportación
Filósofos
naturalistas
Explican los fenómenos por
causas materiales.
Hipócrates
Primeros documentos biológicos.
Aristóteles
Fundador de la Biología, utiliza el método
científico. Estudio de los animales.
Galeno
Estudio de anatomía.
Vesalio
Anatomía del cuerpo humano.
Hervey
Circulación de la sangre.
Janssen
Construcción de microscopios.
Hooke
Dio nombre a la célula.
Leeuwenhoek
Observación de microorganismos.
Schwann y
Schleiden
Teoría celular.
Linné
Sistema de clasificación.
Pasteur
Fermentación, vacunas, falsedad
de la generación espontánea.
Darwin
Teoría de la evolución.
Mendel
Leyes de la genética.
Morgan
Teoría cromosómica de la herencia.
Watson y Crick
Estructura del ADN.
Fleming
Descubrimiento de la penicilina.
Oparin
Teoría sobre el origen de la vida.
Monod y Jacob
Regulación genética.
Ochoa
Producción del ARN.
Lorenz
Comportamiento animal.
Dibujo original. Modelo de la estructura
del ADN elaborado por la esposa de
Francis Crick, Odile Crick, publicado en
Nature el 25 de abril de 1953.
FLASH
El 28 de julio de 2004, a la
edad de 88 años, falleció
Francis Crick, codescubridor
de la estructura del ADN.
Figura 1.11
a
b
Etología. La Etología estudia el
comportamiento animal, cuyo principal
investigador fue Konrad Lorenz. Este
científico encontró que los gansos
desarrollan ciertas conductas por
imitación de a) otros gansos
b) o de otro ser vivo.
Grupo Editorial Patria
9
Biología general
Alfonso Herrera fue un investigador distinguido que fundó la cátedra de Biología en la Escuela Normal para Maestros. Se incorporó a la corriente evolucionista de Darwin,
y en 1906 realizó estudios sobre el origen del protoplasma
al que llamó “Plasmogenia”. Además, realizó investigaciones sobre plagas de la agricultura en México.
Figura 1.12
El biólogo Eucario López Ochoterena ha sobresalido
principalmente por sus investigaciones con protozoarios (1927), esto es, organismos unicelulares, tanto
de vida libre como parásitos.
Enrique Beltrán Castillo dedicó gran parte de su vida a
la investigación biológica en el área de los recursos naturales. Es autor de varias obras, entre ellas: Los recursos
naturales de México, La pesca en México, Consejos a los biólogos y otras. Fue director y fundador del Instituto Mexicano de Recursos Naturales Renovables (IMERNAR).
En 1956 se tituló como biólogo Arturo Gómez Pompa y
desde entonces a la fecha ha realizado un amplio trabajo como investigador. Fundó el Instituto Nacional de
Investigaciones sobre Recursos Bióticos (INIREB) y el
Consejo Nacional para la Enseñanza de la Biología (CNEB). Ha trabajado principalmente en Botánica, ecología vegetal y recursos bióticos, sobre esta última disciplina
ha publicado numerosas obras.
Cactáceas de México. El investigador Isaac Ochoterena realizó importantes
estudios acerca de estas plantas desérticas.
Mario Castro creó diferentes variedades de maíz, entre ellas, la conocida como
“maíz súper enano”. Mediante mejoramiento genético, redujo la altura de esta
planta para aumentar el número de individuos por área.
Mario Molina, en 1995, obtuvo el premio Nobel por sus estudios sobre la destrucción de la capa de ozono debida al uso de gases clorofluorocarbonados que
se emplean en la fabricación de aerosoles y refrigerantes. Este investigador ha demostrado el peligro que representa la radiación ultravioleta proveniente del Sol y la
destrucción de la capa de ozono.
En el cuadro 1.3 se sintetizan las principales contribuciones de científicos mexicanos en el área de la Biología.
Cuadro 1.3 Principales científicos mexicanos y sus contribuciones a la Biología
Investigador
Campo de estudio
Isaac Ochoterena
Cactáceas de México.
Alfonso Herrera
Origen del protoplasma (Plasmogenia), plagas agrícolas.
Eucario López Ochoterena
Protozoarios.
Enrique Beltrán
Recursos naturales de México.
Arturo Gómez Pompa
Botánica, Ecología vegetal y Recursos bióticos.
Mario Castro
Fitomejoramiento, creación del maíz enano.
Mario Molina
Ecología, destrucción de la capa de ozono.
La comunidad científica internacional ha hecho importantes contribuciones aplicables a diferentes ramas de la Biología, como puedes observar en el cuadro 1.4 que
resume los premios Nobel recientes. En la sección Conoce más podrás leer sobre
algunos de estos investigadores que crearon modelos animales para estudiar enfermedades humanas.
10