biología - Editorial Estrada

HUELLAS
HUELLAS
[ 2 ] ES
BIOLOGÍA
Gerenta editorial: Judith Rasnosky
Jefe de editores: Marcelo Andiñach
Coordinador de proyecto: Pablo Salomón
Editora: Luz Salatino
Asistente de edición: Sebastián Vargas
Autores:
Julián Mensch. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas
(uba). Es investigador del Conicet y trabaja en el Departamento de Ecología, Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias
Exactas y Naturales de la uba. Se desempeña como docente
en cursos de Biología evolutiva a nivel de grado y postgrado.
Miembro organizador de la Escuela Latinoamericana de Evolución. Autor de numerosos artículos en libros y en revistas nacionales e internacionales.
Guillermo Folguera. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas y licenciado en Filosofía, títulos de la uba. Es investigador adjunto del Conicet en la temática de Filosofía de la Biología. Es
docente de la disciplina Historia de la Ciencia de la Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales (fcEn). Ha realizado diversas estancias de investigación en el exterior, y dictado cursos de postgrado en las temáticas de filosofía de la ciencia. Es autor de libros y
de numerosos artículos en revistas nacionales e internacionales.
Marcela Gleiser. Es licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario, modalidad presencial y a distancia.
Sofía Martínez. Es licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Postgrado en Comunicación Científica, Médica y Ambiental (Pompeu
Fabra, España). Autora de artículos académicos y de divulgación
científica. Editora y revisora de productos de e-learning, de libros
y de manuales para alumnos, guías docentes y textos académicos.
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Verónica Korenko. Es licenciada y magíster en Ciencias Biológicas (Universidad de la República, Uruguay). Egresada del Instituto de Profesores Artigas (Uruguay), se desempeña como
Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario.
Autora de artículos académicos y de divulgación científica.
Gabriel Gellon. Es licenciado en Ciencias Biológicas ( uba) y
doctor en Biología (PhD) en Yale University, en donde trabajó
como investigador. Ex docente en nivel secundario en la Argentina y en Estados Unidos, ha sido creador y director de varios
proyectos educativos relacionados con la ciencia. Ex codirector
de la Diplomatura en Enseñanza de la Ciencia de flacSo. Actualmente, preside la ong Expedición Ciencia. Autor de artículos y de libros de divulgación científica.
Diego Golombek. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas (uba). Profesor titular en la Universidad Nacional de Quilmes (unq), donde se desempeña como investigador principal
del Conicet. Ha sido profesor invitado en prestigiosas universidades del mundo. Autor de artículos y de libros de divulgación
científica. Es director de la colección Ciencia que Ladra, de Siglo
xxi Editores, y realiza diversas actividades de divulgación científica en medios gráficos y televisivos. Es miembro de la Comisión
Nacional para el Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias
y de la Comisión de Educación de la Feria del Libro, y ex presidente de la Sociedad Argentina de Neurociencias.
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Índice
INTRODUCCIÓN. LOS MODOS
DE CONOCER EN BIOLOGÍA . . . . . . . . . . . . .
¿Qué es la ciencia? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
La biología y las ciencias biológicas . . . . . . . . . .
La biología, “una frontera infinita” . . . . . . . . . . . . .
Los debates científicos en el siglo xxi . . . . . . . .
La biología en la historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
12
13
14
15
16
Bloque 1: el oRiGen
Una nueva teoría para explicar la evolución . . . . 41
El ensayo de Malthus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
La evolución por selección natural . . . . . . . . . . . . . 42
Un ejemplo para entender la selección natural 43
La variabilidad: materia prima de la selección
natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Darwin y el origen único de la vida . . . . . . . . . . . . 45
Darwin y Wallace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Darwin y la herencia biológica . . . . . . . . . . . . . . . . 47
El neodarwinismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
El neodarwinismo y Lamarck: dos visiones de la
evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Ciencia en acción. Recuperar el ambiente . . . . 49
Taller de ciencias. ¿La selección natural favorece
a los individuos que se mimetizan? . . . . . . . . . . 50
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
El Viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Una carta para el joven Charles Darwin . . . 54
De la BioDiveRsiDaD
CAPÍTULO 1. LA BIODIVERSIDAD
EN LA TIERRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Estudio de caso. ¿Cuál es el organismo menos
emparentado con nosotros? . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
¿Qué es la biodiversidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Diversidad genética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Diversidad específica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Diversidad de ecosistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
La biodiversidad y las preguntas de la ciencia . . . 22
Las primeras ideas sobre las transformaciones
de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Evidencias de la evolución: los fósiles . . . . . . . . . . . 24
Los cambios en la biodiversidad . . . . . . . . . . . . . . . 25
La clasificación de los seres vivos en la historia . . 26
La teoría del ancestro común y la clasificación de
los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Los árboles filogenéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
¿Cómo se lee un árbol filogenético? . . . . . . . . . 28
Ciencia en acción. La sexta extinción . . . . . . . . 29
Taller de ciencias. ¿Siempre hubo igual cantidad
de especies en el planeta? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
CAPÍTULO 2. LAS TEORÍAS ACERCA
DE LA EVOLUCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Estudio de caso. Preguntas encontradas en un
afluente del río Luján . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Las preguntas de Darwin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
La teoría de la evolución de Lamarck . . . . . . . . 37
¿Los cambios adquiridos se heredan? . . . . . . . . . . 38
Experimentos en papel. ¿Se transmiten a los hijos
todos los cambios adquiridos? . . . . . . . . . . . . . . 38
Darwin y sus evidencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
El viaje de Darwin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
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CAPÍTULO 3. EL ORIGEN
DE LAS ESPECIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Estudio de caso. Nuestras mascotas, las plantas . . 57
Después de Darwin: la consolidación del
neodarwinismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Los cambios en la diversidad genética de una
población . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
¿Existe evolución sin selección natural? . . . . . . . . . 59
La deriva genética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
El origen de nuevas especies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Especiación por divergencia . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Especiación instantánea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Las críticas a la teoría de Darwin . . . . . . . . . . . . . . 62
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El problema del registro fósil discontinuo . . . . . 62
El problema de la edad de la Tierra . . . . . . . . . . .63
La vigencia de Darwin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Otra forma de explicar el registro fósil . . . . . . . . . 64
Experimentos en papel. ¿El registro fósil está
incompleto o refleja exactamente la evolución
de las especies? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
La teoría de los equilibrios puntuados . . . . . . . . . . . 65
La teoría sintética vs. el equlibrio puntuado . . 66
Ciencia en acción. La especiación y la acción
del ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Taller de ciencias. ¿El aislamiento reproductivo
contribuye a la especiación? . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
CAPÍTULO 4. EL ORIGEN DE LA VIDA . . . . . . . 72
Estudio de caso. La gran catástrofe del oxígeno . .73
El fin de la teoría de la generación espontánea . 74
El experimento de Redi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
El microscopio y la observación de células . . . . . . 75
Experimentos en papel. ¿Los microorganismos se
originan de manera espontánea? . . . . . . . . . . . . 75
El origen de la vida en la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . 76
Las ideas sobre el origen de la vida . . . . . . . . . . .77
La evolución prebiótica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
La hipótesis de Oparin y Haldane . . . . . . . . . . . 78
El experimento de Miller y Urey . . . . . . . . . . . . 79
Experimentos en papel. ¿Es posible obtener
moléculas orgánicas a partir de materia
inanimada? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
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Los últimos hallazgos sobre el origen de la vida. . . 80
Exogénesis: un origen extraterrestre . . . . . . . . 81
Los primeros seres vivos: las bacterias . . . . . . . . . . 82
Ciencia en acción. La exobiología . . . . . . . . . . . . 83
La nutrición de las primeras células . . . . . . . . . . . . 84
El comienzo de la fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . 85
Taller de ciencias. ¿Hay bacterias aerobias y
anaerobias en la actualidad? . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Bloque 2: la célula y la evolución
CAPÍTULO 5. LA CÉLULA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Estudio de caso. Órganos en frascos
burbujeantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Todos los seres vivos están constituidos
por células . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Experimentos en papel. ¿Cuál es la importancia
de las células en los seres vivos? . . . . . . . . . . . . 92
La teoría celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
La estructura básica de las células . . . . . . . . . . . 93
Existen distintos tipos de células . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Células procariotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Las células eucariotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Las células de los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Las células de las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Otros seres vivos con células eucariotas . . . . . . . . . 98
Ciencia en acción. El uso de algas unicelulares
como indicadores de la calidad del agua . . . . . 99
La organización de las células eucariotas:
las organelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
La forma y el sostén de las células eucariotas 101
La membrana plasmática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Transporte de sustancias a través
de la membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
El transporte en masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
El origen de las células eucariotas . . . . . . . . . . . . 104
Evidencias a favor de la teoría endosimbiótica 105
La teoría sobre el plegamiento de membrana 105
Organismos unicelulares, pluricelulares
y multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Los niveles de organización . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Las funciones de las células . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
La nutrición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
La función de relación en las células . . . . . . . . 109
La reproducción en las células . . . . . . . . . . . . . 109
Taller de ciencias. Observar los niveles de
organización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
El Viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Robert Hooke, el Leonardo inglés . . . . . . . . . 114
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Índice
Bloque 3: la RepRoDucción
en los seRes vivos
CAPÍTULO 6. LA FUNCIÓN DE
REPRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Estudio de caso. Las paradojas del sexo . . . . . . 117
La reproducción de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . 118
La reproducción de las células . . . . . . . . . . . . . 119
La mitosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Las células germinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
La gametogénesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
La reproducción asexual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
La reproducción asexual en organismos
unicelulares eucariotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
La reproducción asexual en organismos
multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Ciencia en acción. ¿Qué es la clonación? . . . . . 124
La reproducción sexual en organismos
multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
La reproducción sexual de las plantas . . . . . . 125
El desarrollo en las plantas angiospermas . . . 126
La reproducción sexual en los animales . . . . . 126
Las ideas sobre la reproducción en la historia . . 127
Experimentos en papel. ¿Cómo se desarrollan
los nuevos seres? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
El desarrollo embrionario en los animales . . . . . . 128
Los amniotas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
El desarrollo después del nacimiento . . . . . . . 129
La reproducción en el ecosistema . . . . . . . . . . . . 130
Estrategias reproductivas r y K . . . . . . . . . . . . 130
La reproducción y el cortejo . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
El dimorfismo sexual y la reproducción . . . . . 133
La reproducción desde una perspectiva
evolutiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Reproducción y coevolución . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Taller de ciencias. Observación de la reproducción
asexual en organismos unicelulares y
multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
CAPÍTULO 7. LA REPRODUCCIÓN HUMANA . . 142
Estudio de caso. El sexo de las historietas . . . . . 143
Los seres humanos somos mamíferos . . . . . . . . . . 144
La reproducción humana y la evolución . . . . . . 145
Peculiaridades de la reproducción humana. . . .145
La pubertad y los caracteres
sexuales secundarios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Las gónadas y los caracteres
sexuales secundarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Experimentos en papel. ¿Existe alguna relación
entre los testículos y el desarrollo de los
caracteres sexuales secundarios en los
machos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
El sistema reproductor masculino . . . . . . . . . . . . . . 148
La producción de espermatozoides . . . . . . . . 149
El sistema reproductor femenino . . . . . . . . . . . . . . 150
La maduración de los óvocitos . . . . . . . . . . . . 151
Las mamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Ciclo menstrual y ciclo ovárico . . . . . . . . . . . . . . . . 152
La fecundación y la fertilidad . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Desarrollo del embrión en las primeras
semanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
El desarrollo del feto en el útero . . . . . . . . . . . . . . 154
La placenta humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
La gestación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
El parto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
La medicina, la tecnología y la reproducción
humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Ciencia en acción. La tecnología y la fertilidad
humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Infecciones de transmisión sexual . . . . . . . . . . . . . 158
El viH y el sida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Virus del papiloma humano (vpH) . . . . . . . . . . 159
Sífilis y gonorrea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Reproducción, sexualidad y salud . . . . . . . . . . . . . 160
La prevención de la ITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Taller de ciencias. ¿Qué sabemos sobre la
reproducción humana? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
El Viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Lázaro Spallanzani. Experimentos en italiano . . 140
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Bloque 4: la heRencia BiolóGica
CAPÍTULO 8. LOS SERES VIVOS
Y LA HERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Estudio de caso. Copyright biológico . . . . . . . . . . 167
Distintas formas de explicar la herencia . . . . . . . 168
Los experimentos de Mendel . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Primera ley de Mendel: Principio
de uniformidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Segunda ley de Mendel: Principio
de segregación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Tercera ley de Mendel: Principio de segregación
independiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
La teoría cromosómica de la herencia . . . . . . . . 174
Los factores mendelianos y los
cromosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Experimentos en papel. ¿Los factores
hereditarios de Mendel se encuentran en los
cromosomas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Las leyes de Mendel y el sexo
de los individuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Experimentos en papel. ¿El carácter “color de
ojo” de la mosca de la fruta se hereda según los
principios de Mendel? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Los cromosomas sexuales . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Herencia ligada al sexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Genes y cromosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Las variantes de un gen: los alelos . . . . . . . . . . 178
Genotipo y fenotipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Heterocigosis y homocigosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Excepciones a las leyes de Mendel . . . . . . . . . 181
Meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Recombinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
La reproducción y la diversidad . . . . . . . . . . . . . . 183
Taller de ciencias. ¿Un carácter, un gen? . . . . . . 184
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
El Viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Las plantitas del monje Mendel . . . . . . . . . . . 188
Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
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