4 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA ComuNiDaD VaLENCiaNa Carlos Chapela Otero Margarita González Sabater Javier López Bermúdez Adaptación Óscar Pareja Serna Revisión técnica Vicent Pardo Saiz MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICO • NUEVA YORK PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • SÃO PAULO AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARÍS SAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO • TORONTO ¿CÓmo SE uTiLiZa ESTE LiBro? PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD Se comienza la unidad de manera didáctica y amena, presentando brevemente los conceptos a estudiar, con una experiencia práctica para situar al alumno en antecedentes de forma lúdica. Dicha actividad aporta al alumno información complementaria relacionada con los contenidos de la Unidad. 1. ¿Por qué se considera la célula como la unidad de vida? 2. ¿Cómo y dónde se encuentra almacenada la información genética de la célula? 3. ¿Cuántos cromosomas tiene una célula humana? ¿Tienen la misma cantidad de cromosomas todas las células del cuerpo? Esa cifra, ¿es igual en todas las especies? 4. ¿Sabes qué es la meiosis? ¿Para qué sirve? 5. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: Dentro del libro está incluido un CD para el alumno con material multimedia para que trabaje en el aula y en casa. En cada unidad didáctica, en aquellos apartados que se complementen con el CD, aparece el símbolo que indica el empleo del CD. No hay nada vivo más sencillo que una célula y nada puede llegar a ser más complejo sin comenzar por ser una célula. M. Hoagland Todo lo que nos rodea está constituido por materia. Los objetos inertes y los seres vivos comparten los elementos químicos de su composición. Sin embargo, en la materia viva las moléculas se han asociado para originar unas estructuras estables y capaces de autoperpetuarse en el tiempo: las células. Todos los seres vivos están formados por esas minúsculas unidades elementales. APRENDERÁS A… — Reconocer la complejidad de la materia en los seres vivos. — Reconocer a la célula como unidad estructural, funcional y genética de los seres vivos. — Conocer la estructura, composición y propiedades del ADN, así como su trascendencia para la Biología. — Conocer los procesos de división celular por mitosis y meiosis, sus diferencias y su importancia biológica. — Valorar la importancia de la teoría celular en la interpretación de las funciones vitales. Además de intercambiar energía y materia con el medio, las células han podido evolucionar gracias a una molécula, el ADN, capaz de almacenar las instrucciones genéticas y de autoduplicarse para repartirlas entre sus descendientes en cada división celular. CÉLULAS MORTALES E INMORTALES Los expertos en genética y en envejecimiento celular discuten sobre la existencia de un reloj biológico que marque un límite para la vida. Para unos, las células están programadas para dividirse un número finito de veces y morir. Para otros, ese programa no existe, la vida nunca se rinde ante la muerte. Quizá la razón esté repartida entre ambas partes. En el cuerpo existen dos tipos de células: unas, cuyos genes no se transmiten a la descendencia, envejecen y mueren porque acumulan errores a lo largo de su vida, y otras, consideradas inmortales porque se transmiten de generación en generación. 4 D El núcleo es una estructura presente en las células eucariotas encargada de controlar y dirigir la actividad celular a través de la información genética contenida en el ADN que alberga en su interior. D1 Componentes del núcleo El núcleo celular está constituido por: membrana nuclear, nucleoplasma, nucleolo y cromatina. • Sabías que... El número de fi lamentos de cromatina de un núcleo en interfase es el mismo que el de cromosomas durante la división. Ese número es propio de cada especie. Una célula humana tiene 46 cromosomas. Los cromosomas de otras especies son: Mosca del vinagre .......... 8 Guisante ..........................14 Membrana nuclear: es el conjunto de dos membranas de estructura similar a la de la membrana plasmática que separa el contenido nuclear del resto del citoplasma. La membrana nuclear externa está comunicada con el retículo endoplasmático rugoso y, al igual que éste, presenta ribosomas adheridos a su superficie. Ambas membranas nucleares se fusionan en numerosos puntos para formar poros nucleares, a través de los que el núcleo y el citoplasma intercambian sustancias. • Nucleoplasma: es el fluido interno del núcleo en el que se encuentran dispersas todas las moléculas implicadas en la actividad nuclear. • Nucleolo: es una región del núcleo en la que se concentra el material genético responsable de la fabricación de los ribosomas. • Cromatina: es la sustancia fundamental del núcleo que se extiende por todo el nucleoplasma y que está constituida por la asociación de ADN y unas proteínas, denominadas histonas. La cromatina aparece fragmentada en una serie de filamentos de distinta longitud cuyo número es característico de cada especie. Gato ................................. 38 Perro................................ 78 a) Retículo endoplasmático rugoso Fig. 4.12 D2 EL NÚCLEO CELULAR Sabías que... El volumen del citoplasma y el volumen del núcleo deben mantener una proporción constante. Si el volumen citoplasmático aumenta mucho con respecto al del núcleo, la célula comienza el proceso de división. CÓMO SE USA EL CD LA CÉLULA, UNIDAD DE VIDA a) Las células procariotas carecen de núcleo pero poseen los mismos orgánulos que las eucariotas. b) Las células vegetales carecen de mitocondrias y poseen cloroplastos. c) Los genes son segmentos de ADN situados en los cromosomas. d) Las células producidas tras una mitosis son idénticas entre sí. e) Todos los gametos de un individuo son iguales. DESARROLLO DE LA UNIDAD Los contenidos se apoyan en imágenes y fotografías con un lenguaje claro y asequible. A lo largo del desarrollo de la unidad didáctica se conjuga de manera equilibrada el texto explicativo, orientado a fomentar la lectura, con la inclusión de numerosos esquemas, facilitando la esquematización de los contenidos. 4 ¿QUÉ SABES DE…? Componentes del núcleo (a). Núcleo celular (amarillo) con nucleolo (rojo en foto y verde en dibujo) vistos al microscopio electrónico (b). • ¿Serías capaz de reconocer en tu cuerpo esos dos tipos de células? • ¿Estás de acuerdo con esa distinción entre células mortales e inmortales? Cromatina y cromosomas El estado del núcleo de una célula que crece y desarrolla normalmente su actividad es diferente del de otra célula que se encuentre en división. La etapa de desarrollo celular y no división se denomina interfase. Durante la interfase el material genético del núcleo se encuentra en forma de cromatina. Las fibras de ADN se extienden por el nucleoplasma como una masa amorfa y entremezclada no distinguibles al microscopio óptico. Cuando la célula se prepara para la división, la cromatina experimenta dos procesos: la duplicación del ADN y la progresiva condensación de sus componentes. Gracias a esa condensación o empaquetamiento la masa amorfa del núcleo interfásico se convertirá primero en unos filamentos más cortos y bien visibles y al final del proceso, justo antes de la división, en unas estructuras con forma de X, denominadas cromosomas. ADN, cromatina y cromosoma. Fig. 4.13 Cromátida Célula Cinetocoro Fibras cinetocóricas Solenoide Núcleo Centrómetro Cromatina Poros nucleares ADN (doble hélice) Bucle Roseta Telómero Ribosomas Actividad resuelta El cuerpo humano contiene unos 100 billones de células (1014). El ADN de cada célula mide unos 2 m. ¿Cuál es la longitud del ADN de todas las células? Compara esa cifra con la distancia entre la Tierra y el Sol que es de 1,5 · 1011 m. b) 10 14 · 2 m = 2 · 10 14 m (longitud de todas las células del cuerpo humano). 2 · 10 14 / 1,5 · 10 11 = 1 333. La longitud del ADN de todas las células del cuerpo humano es 1 333 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol. Nucleolo Actividades Membrana nuclear Nucleoplasma 82 11 ¿Cómo es la estructura de la membrana nuclear? 12 Indica las semejanzas y las diferencias entre cromatina y cromosomas. 13 ¿Son siempre visibles los cromosomas de una célula? ¿Por qué? 14 ¿Qué es la interfase? 83 7 12 Con la siguiente lista de seres vivos: lince, hierba, conejo, oruga, mariquita, gorrión, halcón, pulgón, construye una red trófica y responde las siguientes preguntas: Para repasar 1 Define fotosíntesis y respiración. ¿Están relacionados ambos procesos? a) ¿Qué organismo es el productor? b) Nombra dos consumidores primarios, dos consumidores secundarios y dos consumidores terciarios. c) ¿Hay algún organismo que ocupe más de un nivel trófico? d) ¿Como afectaría al ecosistema la desaparición de los conejos? 2 ¿Por qué recibe el nombre de respiración el proceso de obtención de energía a partir de la materia orgánica? 3 ¿Cuál es la principal diferencia entre los seres vivos autótrofos y los heterótrofos? 4 Define los siguientes conceptos: 13 Si un águila come cada día cinco pájaros, cada pájaro come diez orugas y cada oruga veinte hojas, ¿cuántas hojas harán falta para mantener un águila durante un año? a) Productor. b) Consumidor. c) Descomponedor. 6 ¿Cuáles son las vías de pérdida de energía cuando ésta se transfiere de un nivel trófico a otro? 19 Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La fotosíntesis es un proceso exclusivo de los vegetales y la respiración de los animales. b) La fotosíntesis puede resumirse mediante la siguiente ecuación: CO2 + H2O+ energía solar m C6H12O6 + O2 c) Las algas y los hongos pertenecen al nivel trófico de los descomponedores. d) Los insectos y, en general, los invertebrados son consumidores primarios. 14 ¿Sabrías explicar por qué es más caro un kilo de carne e) En una red trófica una misma especie puede ocupar distintos niveles tróficos. 15 ¿Podrías decir cuál de las dos pirámides de individuos, a o b, pertenece a un bosque templado durante el invierno y cuál a una pradera durante el verano? ¿Cómo lo has deducido? f) Un nivel trófico puede transferir al nivel trófico superior aproximadamente un 70 % de la energía asimilada. de ternera que un kilo de pan? 5 ¿De dónde proceden, en última instancia, la energía y la materia que utilizan los seres vivos? 7 ¿Qué entendemos por fijación del carbono? ¿Qué seres vivos fijan el carbono atmosférico? a) Para aplicar i) La producción bruta es igual a la producción neta menos la respiración. j) La materia que forma parte de los seres vivos se recicla constantemente. 16 Basándote en los datos de la siguiente tabla construye una pirámide de biomasa del ecosistema: a) Trigo m ----- m serpiente m ----b) ------ m vaca m ----c) Fitoplancton m ---- m ----- m gaviota Seres vivos Biomasa (mg de C/m2) Productores 65 000 Consumidores primarios 6 500 Consumidores secundarios 500 Consumidores terciarios 55 LA PROTECCIÓN DE LA NATURALEZA • In situ es una locución latina Actualmente, en la mayoría de los países desarrollados, se preserva la vida de los animales y vegetales en peligro de extinción mediante dos estrategias distintas: • Ex situ, es el término contrario, • La conservación in situ, que consiste en crear áreas naturales protegidas en las que se preservan las especies y el medio ambiente en el que habitan. • La conservación ex situ, que implica la conservación de los seres vivos fuera de su hábitat natural. significa fuera del lugar o del sitio. A NITRÓGENO en el aire N2 NITRATOS en el suelo NO -3 Vegetales Animales (Excreción) Restos de organismos AMONIACO NH+3 Materiales • ¿De dónde procede el O2 que requieren los seres vivos de este ecosistema? • ¿De dónde procede la energía que utilizan los seres vivos del tarro? • ¿De dónde procede el CO2 que usan las algas en la fotosíntesis? – Un tarro grande de cristal que pueda cerrarse – Algas (Elodea, por ejemplo), caracolillos y algunos pececillos de agua dulce – Arena de acuario B ANEXOS LA CONSERVACIÓN EX SITU La conservación ex situ se lleva a cabo fuera del hábitat natural de la especie, normalmente en zoológicos, acuarios y jardines botánicos, en un intento de salvar de la extinción inminente a ciertas especies animales y vegetales. En muchos zoológicos y acuarios y en las instalaciones de algunos parques naturales se llevan a cabo programas de reproducción de animales en peligro de extinción, con la intención de reintroducirlos posteriormente en su hábitat natural e incrementar el tamaño de sus poblaciones. Sabías que... Las especies de vertebrados más amenazadas de nuestro país son: Oso pardo En nuestro país, en el centro «El Acebuche» del parque nacional de Doñana, por ejemplo, se está llevando a cabo un programa de cría en cautividad del lince ibérico (Lynx pardinus), con el fin de recuperar sus poblaciones naturales. El lince ibérico se considera la especie de felino más amenazada del mundo, pues, en estado salvaje, quedan apenas unos 200 ejemplares. a) Quebrantahuesos b) La conservación in situ es la mejor manera de conservar la diversidad biológica, ya que se protegen, no sólo determinadas especies, sino los espacios en los que estas especies habitan de forma natural. A lo largo del texto, es posible encontrar elementos tales como Sabías que…, Recuerda, Internet (referencias a páginas web) o Vocabulario. Todos ellos están relacionados con los contenidos teóricos junto a los que aparecen. Samaruc Cabañeros Tablas de Daimiel Fig.8.17 Lince ibérico (a). Crías de lince ibérico nacidas en El acebuche (b). En los jardines botánicos se cultivan especies de plantas amenazadas o en peligro de extinción. También se conservan colecciones de semillas desecadas, en un ambiente de muy baja humedad y temperatura, en los denominados bancos de semillas. Con ello se pretende que, en caso de que finalmente las plantas se extingan, en el futuro puedan ser regeneradas a partir de sus semillas y reintroducidas en su medio natural. Archipiélago de Cabrera La conservación ex situ es una estrategia valiosa. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no es útil si, al mismo tiempo, no se preserva el medio natural de las especies que se pretende proteger y se eliminan las causas que han provocado la disminución de sus poblaciones. Sierra Nevada Doñana Actividades Timanfaya 17 ¿Cuál es la principal diferencia entre la conservación 19 Averigua qué espacios naturales están protegidos in situ y la conservación ex situ? en tu localidad o en tu comunidad autónoma. Garajonay 8 Lagarto gigante de la Gomera Urogallo Ordesa y Monte Perdido Monfragüe 170 Águila imperial Aigüestortes i Estany de Sant Maurici Marítimo-Terrestre de las Islas Atlánticas de Galicia Fig.8.16 Situados en el margen del libro tienen como objetivo resaltar aspectos importantes de la materia. Malvasía En nuestro país existen varias categorías de protección para los espacios naturales, la máxima corresponde a los parques nacionales. En los parques nacionales, además de proteger la vida silvestre, se llevan a cabo programas de recuperación de especies en peligro de extinción y campañas de concienciación de la población sobre la necesidad de proteger los seres vivos y su medio ambiente. Caldera de Taburiente Teide Lince ibérico Bucardo LA CONSERVACIÓN IN SITU Picos de Europa 18 ¿Por qué la conservación ex situ no tiene sentido si 20 Averigua qué especie animal o vegetal es la más no se ponen medios para la conservación de los espacios amenazada de tu localidad y si está incluida en algún naturales? programa de conservación. Red de parques nacionales de España. 171 INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA ECOSISTEMAS EN PELIGRO: ESPECIES INVASORAS La plaga de las palmeras El término «especies invasoras» lo utilizamos para referirnos a especies alóctonas o exóticas que son introducidas por el ser humano fuera de su área de distribución natural y que, una vez establecidas en su nuevo territorio, constituyen una amenaza para la fauna y flora nativas. Las especies invasoras comprometen la viabilidad de numerosas especies autóctonas por competencia por los mismos recursos, predación o transmisión de enfermedades infecciosas y parasitarias, alterando el equilibrio ecológico y modificando notablemente la estructura, composición y funcionamiento de los ecosistemas. El picudo rojo (Rhynchophorus ferrugineus) es un escarabajo originario de las áreas tropicales del Sudeste Asiático y Polinesia. Supone una grave plaga para las palmáceas, entre ellas la palmera datilera (Phoenix dactylifera). Su entrada en España se produjo a mediados de los años noventa, por la costa andaluza, mediante la importación de palmeras datileras adultas infectadas procedentes de Egipto y destinadas a la jardinería. En el año 2004 se dejaron notar sus efectos en la Comunidad Valenciana, donde representa una seria amenaza debido a la elevada densidad de palmeras presentes en ciudades como Elche, cuyo palmeral ha sido declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO. Desde mediados del siglo XX, las invasiones biológicas vienen generando enormes problemas ecológicos, económicos y de salud en todo el mundo, en muchos casos imprevisibles. Además, según la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN), representan la segunda causa de la desaparición o extinción de especies en todo el planeta, tras la destrucción directa de los hábitats. La introducción de especies exóticas se puede producir de forma accidental, intencionada o por la combinación de ambas, mediante diferentes vías: • El transporte internacional de mercancías y pasajeros que provoca el trasiego de semillas y pequeños animales. • La explotación de ciertas especies con fines comerciales en acuicultura o granjas cinegéticas de donde pueden escapar de forma accidental. • El fomento de actividades deportivas como la caza y la pesca. • El tráfico de animales y plantas para diversos fines. • La adquisición de especies exóticas como mascotas o animales de compañía y su posterior abandono en el medio natural. • Los trasvases de agua entre cuencas, que facilitan la dispersión y colonización de nuevos ríos o embalses por parte de algunas especies. Cada hembra de esta especie puede realizar hasta cuatro puestas al año de unos 350 huevos cada una. Al desarrollarse las larvas penetran en el tronco, alimentándose de su sistema vascular y labrando galerías, triturándolo interiormente. Cuando la planta muere, los adultos la abandonan, pudiendo realizar vuelos de hasta cinco kilómetros, para colonizar una nueva palmera y repetir el proceso. Los síntomas que se pueden detectar en los ejemplares de palmera afectados son: palmas externas desprendidas; fibras con coloración rojiza, ligeramente humedecidas y con un fuerte olor ácido debido al proceso de fermentación; y corona con aspecto desplomado. Otros casos Textos de interés para el alumno cuyo objetivo es acercar los conceptos estudiados a la vida cotidiana, mostrando las aplicaciones de la ciencia. En cuanto a la flora alóctona, los mayores problemas se han detectado en playas y dunas litorales, donde se han identificado hasta el momento más de 40 plantas exóticas. Entre las más agresivas se encuentran la pitera (Agave americana) y la uña de gato (Carpobrotus edulis). Estas plantas presentan un crecimiento muy rápido, invadiendo grandes extensiones de terreno en poco tiempo. Otras especies que entrañan un grave peligro para los ecosistemas valencianos son el «alga asesina» (Caulerpa taxifolia), que afecta fundamentalmente a las praderas de posidonia, de incalculable valor ecológico en nuestro ecosistema marino; el pez momia, que compite con el samaruc, especie endémica valenciana; y el mejillón cebra. a) b) c) d) e) f) El cangrejo rojo americano En 1976, en la Albufera de Valencia, se introdujo el cangrejo rojo americano (Procambarus clarkii) procedente de Estados Unidos, con la intención de obtener una mayor rentabilidad de los marjales, que ya se gestionaban como arrozales. Desde entonces su expansión ha sido imparable a lo largo de todos nuestros ríos y marjales, convirtiéndose en una auténtica plaga, debido a su gran adaptabilidad a todo tipo de condiciones ambientales y a su enorme capacidad de multiplicación y crecimiento. Por si esto fuera poco, la especie americana es portadora de un hongo que produce en el cangrejo de río autóctono (Austropotamobius pallipes) una enfermedad mortal denominada afanomicosis. Así pues, en tan sólo unos años se constató un notable declive poblacional de esta especie, dándose prácticamente por extinguido en la provincia de Alicante en 1996. Hoy día, las últimas poblaciones de cangrejo autóctono han quedado arrinconadas allí donde el cangrejo americano y las esporas del hongo no han podido llegar: en las cabeceras de algunos ríos y en los barrancos más abruptos. (a) El picudo rojo, la plaga de las palmeras, (b) el palmeral de Elche, Patrimonio de la Humanidad, (c) aspecto de una palmera con la corona desplomada por efecto del picudo, (d) uña de gato, (e) alga asesina, (f), mejillón cebra. Cuestiones 1 ¿A qué crees que es debido el considerable aumento 3 Busca información sobre el mejillón cebra y elabora de especies invasoras en las últimas décadas? un informe sobre sus características, posibles vías de propagación y los efectos que puede ocasionar fuera de 2 ¿En qué medida puedes colaborar tú para frenar su hábitat natural. dicho avance? Por otro lado, la presunta rentabilidad económica que motivó la introducción del cangrejo americano quedó en entredicho ya que este crustáceo acabó dañando seriamente a los cultivos de arroz y ha repercutido negativamente en el ecosistema del humedal. 174 Cangrejo rojo americano. Estructuradas por nivel de dificultad, se encuentran divididas en tres grupos: para repasar, para aplicar y para investigar, facilitan la asimilación de los contenidos propuestos de una forma clara y práctica para el alumno. 153 La extinción de una especie es un fenómeno natural que ha ocurrido sin cesar a lo largo de la historia de la vida en la Tierra. Sin embargo, hoy día el número de especies animales y vegetales que se extinguen anualmente, como consecuencia de la destrucción de su hábitat por parte de los seres humanos, ha aumentado de forma alarmante. Ante esta situación, resulta obvia la necesidad de tomar medidas para proteger la vida silvestre y frenar la desaparición de las especies. que significa, en el lugar, en el sitio. 23 Copia en tu cuaderno y completa el siguiente esquema del ciclo del nitrógeno. La práctica consiste en mantener un pequeño acuario en un tarro de cristal cerrado. En él se darán todos los niveles tróficos. Los productores serán las algas; los consumidores, los caracolillos y los peces; y los descomponedores serán las bacterias que de forma natural se encuentren en el agua y en la arena. Si el ecosistema se equilibra puede mantenerse durante mucho tiempo. 18 Idea dos circuitos, uno muy corto y otro muy largo, para un átomo de carbono desde que es fijado por un vegetal hasta que regresa al aire nuevamente en forma de dióxido de carbono. a) Los productores? b) Los consumidores? c) Los descomponedores? Vocabulario 22 Las cadenas tróficas marinas suelen tener un número más elevado de eslabones que las cadenas tróficas terrestres. ¿Qué significado tiene este hecho? ¿A qué crees que puede ser debido? UN ECOSISTEMA EN UN TARRO DE CRISTAL 17 Comenta la siguiente afirmación: «Toda la materia usada por la vida es materia reciclada, materia que reaparece y nunca se consume». 11 ¿Qué ocurriría en un ecosistema si desapareciesen: 5 ficiales en la agricultura altera el ciclo natural de este elemento? Pon en práctica Autótrofo Heterótrofo Productor Descomponedor Consumidor primario Consumidor secundario Consumidor terciario 10 Completa las siguientes cadenas tróficas: 8 21 ¿Por qué la utilización de abonos nitrogenados arti- g) La biomasa referida a los productores de un ecosistema ha de ser siempre superior a la de los consumidores primarios. b) 9 Haz corresponder a cada organismo de la columna izquierda las características de la columna de la derecha. Tiburón Oso Atún Mariquita Roble Saltamontes Zooplancton Fitoplancton Cabra Hongo Para investigar 20 ¿Utilizan el mismo tipo de energía una bicicleta y una motocicleta? Razona la respuesta. h) La producción se define como el aumento de biomasa por unidad de tiempo. 8 ¿Qué seres vivos fijan el nitrógeno atmosférico? 152 ACTIVIDADES FINALES ACTIVIDADES FINALES 175