Programa Adultos 2000 Biología Nivel B Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Equipo de biología: prof.stella san Sebastián (coordinación) prof. marcela charbuki prof.javier clusellas prof. marta giacomelli prof.griselda machuca prof.adriana rossi 2 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Unidad I: Las características de los seres vivos Características de la vida Se estima que las primeras formas de vida aparecieron en la Tierra hace unos 3500 millones de años y que estos primeros seres vivos habitaron en el agua de los océanos. Eran organismos muy pequeños y diferentes a la gran mayoría de los que hoy existen. En la actualidad existen muchos seres vivos muy distintos entre sí, algunos muy parecidos a esos que habitaron los océanos hace 3500 millones de años y otros totalmente diferentes, con hábitos y formas de vida singulares. ¿Qué es lo que comparten una bacteria, un árbol y un ser humano? A pesar de sus diferencias, todos los organismos poseen atributos que permiten reunirlos dentro del grupo de los seres vivos y diferenciarlos de aquellos que no tiene vida. Estas características se explican a continuación: ESTÁN FORMADOS POR CÉLULAS La célula es la mínima porción de un organismo que cumple con las mismas funciones vitales que un organismo: intercambia sustancias con el entorno celular, respira y se multiplica. Existen organismos que son UNICELULARES, es decir que están formados por una sola célula. Como estas amebas Dos amebas Por otro lado, existen organismos llamadosPLURICELULARES: están formados por muchas células que se organizan entre sí y se dividen las tareas vitales. Ejemplos de organismos pluricelulares van desde una esponja de mar hasta el ser humano, la condición única para ser considerados como tales es tener más de una célula y que cada una se organice y coordine con las demás para cumplir con las necesidades energéticas y materiales del organismo que conforman. INTERCAMBIAN MATERIA Y ENERGÍA Para realizar esas funciones vitales que hablamos en el inciso anterior, los seres vivos necesitan materia y energía que obtienen del ambiente que los rodea. Dentro de las células se producen transformaciones, se almacenan sustancias y el resto vuelve al medio. Considerando estas características podemos ver a un ser vivo como un sistema abierto. 3 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Margaritas y abeja Fuente: http://es.freeimages.com/photo/bee-and-daisy-1359288Accesado 20/11/15 HOMEOSTASIS Característicaque consiste en conservar las condiciones internas del organismo, como la concentración de sales, la proporción de agua y la temperatura, relativamente constantes independientemente de los cambios que ocurran en el entorno. Si bien dijimos antes que el cuerpo es un sistema abierto el intercambio se da bajo un equilibrio que el mismo organismo regula. Fuente: http://www.fotolibre.org/displayimage.php?pid=17947Accesado 21/11/15 4 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B ESTÁN ADAPTADOS A SU AMBIENTE Los organismos poseen características que aumentan sus posibilidades de sobrevivir en las condiciones del medio que habitan. Por ejemplo, el pelaje abundante y la gruesa capa de grasa que cubren al oso polar son adaptaciones por las cuales puedenhabitar en las zonas heladas. Estas características son el resultado de un extenso proceso que comprende cambios ocurridos a lo largo de muchas generaciones que les han permitido perdurar, reproducirse y transmitir estos rasgos favorables a sus descendientes. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Emperor_Penguin_Manchot_empereur.jpgAccesado 18/11/15 RESPONDEN A ESTÍMULOS Se denomina ESTÍMULO a un cambio que ocurre dentro o fuera del organismo. Por ejemplo, la luz y el sonido son estímulos externos. Los estímulos internos pueden ser el dolor y el hambre, entre otros. El organismo tiene receptores sensibles capaces de detectar estos cambios y responde rápidamente a ellos. Por ejemplo, el parpadeo es una respuesta frente a un estímulo, como una luz potente. Esta capacidad de responder a los estímulos recibe el nombre de irritabilidad y les permite a los seres vivos protegerse y conservar las condiciones internas de su cuerpo. 5 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Campo_de_girasoles,_Arahal_(16820224401).jpgAccesado 18/11/15 CRECEN Y SE DESARROLLAN Todos los organismos crecen hasta una determinada etapa de su vida. En los organismos unicelulares, el crecimiento involucra aumento en el número de componentes (moléculas) que forman la única célula del organismo. En los seres pluricelulares, el crecimiento resulta del aumento en el número de células que forman el organismo. En general, el crecimiento se acompaña de un proceso de desarrollo que involucra cambios en la forma y el funcionamiento del organismo. Fuente: https://www.flickr.com/photos/arquepoetica/2781741637/in/photostream/Accesado 21/11/15 6 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B TIENEN LA CAPACIDAD DE REPRODUCIRSE Mediante el proceso de reproducción, los seres vivos dan origen a nuevos organismo. Durante la reproducción, el material genético contenido en las células se transmite de una generación a la siguiente y determina que los descendientes tengan rasgos similares a los de la generación anterior. Sin embargo, la reproducción no se considera una función vital para el organismo mismo, aunque sí lo es para la especie a la que pertenece. A través de la reproducción, se asegura la continuidad de la especie más allá de la muerte de los individuos. Hay dos tipos de reproducción: sexual y asexual. Sexual: intervienen dos progenitores de distinto sexo que producen células sexuales, el nuevo individuo es parecido (no idéntico) a los padres. Asexual: en la cual hay un solo progenitor, no intervienen los sexos ni hay producción de células sexuales. En este caso el nuevo individuo es idéntico al que le dio origen. Ejemplo de reproducción sexual Fuente: https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Equus_ferus_caballus&previous=yes#Uso_deportivoAccesado 18/11/15 Reproducción en levaduras. Las levaduras son organismos unicelulares que pueden reproducirse a través del proceso de gemación por el cual una porción de la célula original se desprende y continúa su vida como un organismo independiente. A través de este tipo de reproducción denominada asexual, los descendientes que se originan son idénticos a sus progenitores. Gemación de levaduras Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/BuddingAccesado 18/11/15 7 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Los seres vivos, sistemas complejos y abiertos. Niveles de organización de la materia en la tierra Ahora que ya podemos describir a los seres vivos, podemos concentrarnos en ellos y pensarlos como si cada ser vivo fuera una Mamushka. Las mamushkas o muñecas rusas son unas muñecas tradicionales rusas creadas en 1890, cuya originalidad consiste en que se encuentran huecas por dentro, de tal manera que en su interior albergan una nueva muñeca, y ésta a su vez a otra, y ésta a su vez otra y así. Un ser vivo, podemos pensarlo como en una mamushka que va desde un nivel más complejo y macroscópico (la muñeca más grande que contiene a todas las muñecas) a un nivel más simple y microscópico (la muñeca más chiquitita de todas). Fuente:https://en.wikipedia.org/wiki/Matryoshka_dollAccesado 2/12/15 Cuando comparamos un ser vivo con materia inanimada, utilizando microscopios y métodos físicos y químicos, nos vamos a dar cuenta que están formados por los mismos componentes. Por ejemplo, si analizamos a un gato (ser vivo) y una porción de aire (materia inerte) nos vamos a encontrar con oxígeno, carbono, hidrógeno, etc. En ambos, la materia está constituida por ÁTOMOS de la misma clase. La diferencia fundamental entre los seres vivos y la materia sin vida está dada por el modo en que se organizan los elementos químicos. Es decir, por la cantidad de átomos que forman las diferentes MOLÉCULAS, cómo se ubican unos respecto de otros, qué tipo de moléculas construyen, la forma que adoptan esas moléculas, cómo se relacionan entre sí, las estructuras que forman y demás. Volvamos a la idea de la muñeca rusa: la muñeca más chiquitita de todas, se llama NIVEL DE PARTÍCULA SUBATÓMICA. Los niveles de organización son: Partículas subatómicas Átomos Moléculas Macromoléculas Organelas Célula Tejidos Órganos Sistemas de Órganos Individuo Población Comunidad Ecosistema Menor complejidad Mayor complejidad 8 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B NIVEL DE PARTÍCULA SUBATÓMICA EN ESTE NIVEL ENCONTRAMOS A LAS PARTÍCULAS QUE CONFORMAN PROTONES, ELECTRONES Y NEUTRONES. UN ÁTOMO. SON TRES: Protones, neutrones y electrones Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atom.svg Accesado 16/11/15 NIVEL ÁTOMO UN ÁTOMO ES LA UNIDAD DE LA MATERIA. LOS ÁTOMOS DE LOS DIFERENTES ELEMENTOS ESTÁN INTEGRADOS POR DIFERENTES COMBINACIONES DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS. NIVEL MOLÉCULA COMBINACIÓN DE ÁTOMOS QUE CONSTITUYEN LA UNIDAD DE LOS DIFERENTES TIPOS DE SUSTANCIAS. PUEDE ESTAR FORMADA POR LA UNIÓN DE DOS, TRES, CUATRO O CIENTOS DE ÁTOMOS. En esta imagen podemos ver una manera de representar una molécula simple. La esfera azul es un átomo de oxígeno y cada semiesfera representa un átomo de hidrógeno. La disposición e interacción de estos dos tipos de átomos (O e H) le confieren a la molécula de agua propiedades que son elementales para la vida. Molécula de agua (H2o) OXIGENO HIDRÓGENO HIDRÓGENO Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_molecule_3D.svg Accesado 16/11/15 9 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Molécula de sacarosa o azúcar de mesa. Se trata de una molécula mucho más compleja que la del agua. Observamos una representación distinta a la de esferas y semiesferas. En esta molécula podemos encontrar más de 30 átomos unidos entre sí de una manera muy particular y específica. Molécula de Sacarosa Fuente: https://ca.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B2lisi#/media/File:Sucrose-inkscape.svgAccesado 21/11/15 NIVEL MACROMOLECULAR CONSTITUIDO POR LA UNIÓN DE VARIAS MOLÉCULAS QUE PUEDEN SER IGUALES O DISTINTAS. POR EJEMPLO: ADN, PROTEÍNAS Y ALMIDÓN Macromolécula de ADN Fuente: https://pixabay.com/es/adn-c%C3%B3digo-gen%C3%A9tico-doble-h%C3%A9lice-24559/ Accesado 16/11/15 NIVEL ORGANELA SON ESTRUCTURAS QUE SE ENCUENTRAN DENTRO DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS, EN CUYO INTERIOR SE ORGANIZAN MOLÉCULAS DE DIFERENTES SUSTANCIAS CON FUNCIONES ESPECÍFICAS ASOCIADAS. Sin olvidar el concepto de mamushka, las organelas serían como bolsitas dentro de la célula que contienen moléculas (simples y complejas) que se asocian entre sí y le confieren una propiedad específica a la organela. Una de las organelas más conocidas es la mitocondria que se encarga de la RESPIRACIÓN CELULAR. 10 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Corte de una mitocondria donde se puede ver la estructura interna, la disposición de las membranas y otros componentes. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animal_mitochondrion_diagram_es.svg Accesado 16/11/15 NIVEL CÉLULA ES LA MÍNIMA PORCIÓN DE MATERIA CON VIDA. ORGANISMOS UNICELULARES COMO LAS AMEBAS O LOS PARAMECIOS, EN ESA ÚNICA CÉLULA QUE LOS CONFORMAN SE CUMPLEN TODAS LAS FUNCIONES VITALES NECESARIAS. Célula animal. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celula_52.jpg Accesado 16/11/15 NIVEL TEJIDO CONJUNTO DE CÉLULAS SIMILARES QUE SE ORGANIZAN Y CUMPLEN UNA FUNCIÓN PARTICULAR. Los tejidos se consideran constituidos por células semejantes y dispuestas de una manera particular, que están especializadas en una determinada función. Así, por ejemplo, la reunión de un tipo de células denominadas “musculares” forma el tejido muscular, especializado en contraerse. 11 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Tejido nervioso y tejido adiposo Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_(biolog%C3%ADa)#Tejidos_animales http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Tejido+Adiposo&lang=2 Accesado 16/11/15 NIVEL ÓRGANOS ESTRUCTURA FORMADA POR LA ORGANIZACIÓN DE DIFERENTES TEJIDOS QUE CUMPLE UNA FUNCIÓN PARTICULAR DENTRO DE UN ORGANISMO. Los órganos están constituidos por diferentes tejidos, los cuales adoptan disposiciones particulares y funcionan de manera coordinada. Así, cada órgano presenta funciones nuevas y particulares, que resultan de la interacción entre los tejidos que lo constituyen. En el estómago, por ejemplo, se pueden identificar diversos tejidos: epitelial, muscular, conectivo y nervioso. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Estomago_Esquema.jpg Accesado 16/11/15 NIVEL SISTEMA DE ÓRGANOS O APARATOS 12 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B CONJUNTO DE ÓRGANOS QUE TRABAJAN JUNTOS, EN FORMA INTEGRADA, Y QUE DESEMPEÑAN UNA FUNCIÓN PARTICULAR Algunos órganos poseen más de una función y forman parte de diferentes sistemas. El ovario, por ejemplo, forma parte del sistema reproductor y del endócrino. Sistema reproductor. Produce óvulos o espermatozoides. Estas células, particulares de cada sexo, al unirse permiten la formación de un nuevo ser. Sistema Reproductor Femenino Sistema Reproductor Masculino Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aparato_reproductor_femenino_8.jpg Accesado 16/11/15 ORGANISMO COMPLEJO Individuo integrado por sistemas de órganos que actúan de manera integrada y coordinada. Coipo o nutria criolla (Myocastor coypus) Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Myocastor_coypus_-_ragondin.jpg accesado 21/11/15 13 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B POBLACIÓN* Conjunto de organismos de la misma especie (pueden reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil) que habitan en un lugar y tiempo determinados. Población de loros choroy (Enicognathusleptorhynchus) Fuente:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bandada_loro_choroy.jpgAccesada 21/11/15 COMUNIDAD* Poblaciones diferentes que interactúan entre sí en una determinada región. 14 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Poblaciones de guanacos, pingüinos, neneo, etc. Fuente: https://www.flickr.com/photos/furlin/2266029108Accesado 21/11/15 ECOSISTEMA* Fondo del mar (Bentos) Fuente: https://pixabay.com/es/photos/fondos%20marinos/Accesado 21/11/15 Es la interacción entre las comunidades y los componentes abióticos en un determinado espacio y tiempo. *Población, comunidad y ecosistemas son conceptos ecológicos y son niveles que van más allá del nivel organismo. 15 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B La organización de los seres vivos. La célula como unidad básica de los seres vivos. Estructura básica de la célula LA CÉLULA: UNIDAD BÁSICA DE LOS SERES VIVOS El científico Robert Hooke (1635-1701) fue quien introdujo el término “células” cuando observó que algunos tejidos vegetales como por ejemplo el corcho estaban formados por pequeñas celdas tabicadas por paredes. Este término fue aceptado en el siglo XIX para denominar a la unidad básica estructural de los tejidos. Desde la observación de Hooke muchos fueron los científicos que trabajaron observando tejidos. Jakob Schleiden (1804-1881) llegó a la conclusión que los tejidos vegetales estaban formados por células y Theodor Schwann (1810-1882) amplió esta conclusión incluyendo a los animales proponiendo una base celular para todos los seres vivos. https://en.wikipedia.org/wiki/Portal:Molecular_and_cellular_biology/Selected_picture/Selected_picture_candidates. 1/12/15 Ambos científicos establecieron los dos primeros postulados de la Teoría Celular que dicen: Todos los seres vivos están formados por células o sus productos 16 Accesada Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B La célula es la unidad de estructura y función de los seres vivos Durante el siglo XIX, el patólogo alemán Rudolf Virchow (1821-1902) completó esta teoría con su observación de que “toda célula proviene de otra célula” estableciendo a la división celular como el mecanismo de la reproducción de los organismos. Fuente: https://www.flickr.com/photos/andrea_scauri/2929975636Accesado 20/11/15 Actualmente, es posible afirmar que Todos los seres vivos están formados por una o varias células. La célula es la unidad estructural de los seres vivos y dentro de los diferentes niveles de complejidad biológica, una célula puede ser suficiente para constituir un organismo. Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células por eso es la unidad fisiológica de los seres vivos. Todas las células proceden de células preexistentes, por división de éstas. Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales forman parte y esta información pasa de células progenitoras a células hijas. En la actualidad, se considera que todas las células comparten tres características esenciales: LA MEMBRANA QUE SEPARA EL CONTENIDO CELULAR DEL AMBIENTE EN EL QUE SE ENCUENTRA (MEMBRANA CELULAR). EL MATERIAL GENÉTICO RELACIONADO CON EL CONTROL DE LAS FUNCIONES DE LA CÉLULA Y CON LA POSIBILIDAD DE TRANSMITIR SUS CARACTERÍSTICAS A OTRAS CÉLULAS QUE SE FORMEN A PARTIR DE ELLA. EL CITOPLASMA QUE SE ENCUENTRA EN EL INTERIOR DE LA MEMBRANA. A pesar de estas características comunes, las células presentan diferencias. Éstas pueden estar relacionadas con el tipo de organismo al que pertenecen y con la función que llevan a cabo. 17 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Célula nerviosa o neurona (estrellada) Célula muscular (forma de huso) Glóbulos rojos (forma disco aplanado) Fuente: https://pixabay.com/es/neurona-c%C3%A9lula-del-nervio-ax%C3%B3n-296581/ Accesado 20/11/15 https://www.flickr.com/photos/frecuenciamedicafb/6866128002 Accesado 20/11/15 Es importante pensar las células como elementos tridimensionales, es decir con volumen. La mayoría de las células son microscópicas, su unidad de medida son los micrómetros (1 micrómetro es la milésima parte de 1 milímetro), la mayoría mide entre 10 y 100 micrómetros. Existen algunas pocas que se pueden observar a simple vista (macroscópicas) como por ejemplo las fibras del algodón, la pulpa de la naranja, el huevo o el cuerpo del alga Acetabularia. CÉLULAS PROCARIOTAS Y CÉLULAS EUCARIOTAS Las células procariotas son las células más antiguas, simples y pequeñas; se encontraron fósiles de hace 3500 millones de años. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática o celular que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones). La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección. El interior de la célula se denomina citoplasma. La principal diferencia que se presenta con las células eucariotas es que carecen de membranas internas; por lo tanto, el material genético se encuentra libre en el citoplasma. También se considera que poseen algunas estructuras, como los ribosomas, los que no están rodeados por membranas. Pueden tener cilias o flagelos para la locomoción. Procariotas, significa “anteriores a las que tienen núcleo verdadero”. Sus características resultan similares a las que se reconocen en algunos organismos actuales, en particular todas las bacterias. Célula Procariota 18 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Average_prokaryote_cell-_es.svgAccesado: 20/11/15 Las células eucariotas tienen un modelo de organización mucho más complejo que las procariotas. Su tamaño es mucho mayor y en el citoplasma es posible encontrar membranas internas que forman organelas con “distribución de tareas” dentro de la célula. Además, el material genético se encuentra protegido por una membrana formando el núcleo. Los animales, plantas, hongos y protistas están formados por células eucariotas. A continuación, caracterizaremos una célula animal y una vegetal. Célula animal Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Alejandro_Porto. Accesado: 18/11/15 19 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Célula vegetal Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Estructura_celula_vegetal.pngAccesado 18/11/15 MEMBRANA CELULAR La membrana celular es una doble capa de fosfolípidos. Los fosfolípidos son macromoléculas que le confieren a la membrana una propiedad importantísima: se trata de una barrera de permeabilidad selectiva, esto significa que se seleccionan las sustancias que deja entrar y salir de la célula. Membrana celular Fuente:https://gl.wikipedia.org/wiki/Transporte_de_membrana#/media/File:Scheme_facilitated_diffusion_in_cell_membranees.svgAccesado18/11/15 CITOPLASMA 20 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Es una masa gelatinosa que contiene filamentos de proteínas que forman el citoesqueleto y son el sostén de las organelas. Citoplasma Fuente: http://www.clipartsfree.net/svg/136-celula-eucariotica-vector.htmlAccesado 18/11/15 NÚCLEO El núcleo es una organela rodeada por una membrana propia con poros. En su interior se encuentra el material genético que permite la transmisión de las características de la célula a su descendencia y controla susfunciones. Núcleo celular 21 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente:https://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_celularAccesado 18/11/15 MITOCONDRIAS Estructuras formadas por una doble capa de membrana, en las que se produce una de las funciones celulares, la respiración, por la cual se obtiene la energía necesaria para su funcionamiento. Mitocondria Fuente:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animal_mitochondrion_diagram_es.svgAccesado 18/11/15 RIBOSOMAS Estructuras formadas por una sustancia llamada ARN (ácido ribonucleico). Pueden estar sueltos en el citoplasma ounidos a la superficie del retículo endoplasmático rugoso. En ellos se fabrican las proteínas, sustancias que la célula utiliza para formar parte de sus estructuras y controlar sus funciones. Ribosoma Subunidad mayor Subunidad menor Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribosoma.jpgAccesado 18/11/15 22 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO Conjunto de tubos y cavidades, aplanados e interconectados, formados por una membrana. En él, a partir de algunas sustancias que entran en la célula, se fabrican los lípidos (grasas y aceites) y se transportan por interior celular. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO Similar al liso. En su superficie, posee ribosomas. Se elaboran proteínas. Retículo endoplasmático liso y rugoso Fuente: Dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 COMPLEJO (APARATO) DE GOLGI Conjunto de vesículas aplanadas y apiladas unas sobre otras. Recibe sustancias producidas por otras organelas, las modifica y las almacena en vesículas especiales. Complejo o aparato de Golgi 23 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B LISOSOMA Un tipo de vesículas producidas por el aparato de Golgi. Contienen sustancias, llamadas enzimas, que permiten la transformación de los alimentos que ingresan en la célula. Lisosomas CITOESQUELETO Pequeños tubos y filamentos de proteínas, que forman una trama manteniendo la forma de la célula. Citoesqueleto Citoesqueleto Fuente: https://www.flickr.com/photos/140264jd/6286783353Accesado 21/11/15 VACUOLA Vesículas rodeadas por una membrana que almacenan sustancias, por ejemplo sales minerales y agua. En las células vegetales esta estructura ocupa un gran espacio del contenido celular. En las células animales suelen ser pequeñas y se encuentran dispersas en todo el citoplasma. 24 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Vacuola Vacuola en Célula Vegetal Fuente: Dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 Vacuola Vacuola Vacuola ESTRUCTURAS EXCLUSIVAS DE LA CÉLULA VEGETAL: PARED CELULAR Cubierta que rodea exteriormente a la célula vegetal por fuera de la membrana celular. Está constituida por una sustancia denominada celulosa, que por su consistencia le da rigidez y permite mantener la forma de lacélula. 25 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Pared celular Pared celular CLOROPLASTOS Son discos aplanados que en su interior, contienen clorofila, de color verde, que permite a los vegetales utilizar la energía lumínica para producir alimento a través de la fotosíntesis. Membrana Estroma Tilacoide Cloroplasto Fuente: https://pixabay.com/es/cloroplasto-clorofila-sin-etiquetar-35023/Accesado 21/11/15 PLÁSTIDOS Estructuras limitadas por una membrana, que almacenan sustancias en su interior. Algunos se denominan leucoplastos, son incoloros y contienen almidón, una sustancia fabricada por los vegetales que les sirve como reserva de alimento. Otros plástidos llamados cromoplastos, tienen pigmentos. Éstos son sustancias que les dan color a las diferentes partes vegetales, como hojas, flores y frutos. 26 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://gl.wikipedia.org/wiki/Plasto. modificada Para completar este tema sugerimos el siguiente video https://www.youtube.com/watch?v=Q7_-Kw4bpAI La composición química de los seres vivos. Las moléculas de la vida COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS Las moléculas de la vida El Universo es complejo, podemos distinguir en él millones de objetos formados por diferentes materiales. Con algunos de ellos interactuamos cotidianamente: diarios y libros hechos de papel, infinidad de objetos fabricados con plásticos o diferentes metales, pequeños “chips” electrónicos fabricados con silicio y capaces de almacenar y entregar información cuando son adecuadamente ensamblados en nuestras computadoras. Otros objetos están muy alejados de nuestro entorno, como las estrellas de diverso tipo: el sol, los pulsares, enanas rojas o enanas blancas, todos ellos formados por distintos gases de altísimas temperaturas. Existen también materiales radiactivos, confinados y convenientemente controlados en los reactores nucleares, que nos proveen de energía eléctrica, etc. Detrás de esos miles de objetos y materiales diferentes existe una sorprendente simplicidad: como en un juego para armar, a partir de unas pocas piezas básicas diferentes, se estructura toda la complejidad del Universo. Cada una de estas piezas básicas son los llamados átomos. En la naturaleza existen alrededor de 100 átomos diferentes que, combinados entre sí, forman los materiales que conocemos. Las características de esa infinidad de materiales que nos rodean son el resultado de la combinación de estos relativamente pocos elementos fundamentales. Estas características dependen del tipo, la cantidad, la proporción y la disposición de los átomos que los forman. De esta forma, los clavos con los que hacemos nuestros mueblas están formados por miles de millones de átomos de hierro unidos entre sí. El agua que bebemos, está formada por miles de millones de átomos de hidrógeno y oxígeno combinados de otra manera, forman, por ejemplo el agua oxigenada que usamos para desinfectar nuestras heridas. A esta conclusión, que puede resultarnos sorprendente y a la vez maravillosa, no se llegó de un día para el otro. Desde hace siglos hasta el presente, muchos pensadores se han dedicado a especular, investigar y discutir sobre este asunto, cuya resolución convocó a filósofos, científicos y sacerdotes de todas las épocas. No hace tantísimos años (apenas unos 200) se llegó a la conclusión de que los seres vivos, tan diferentes al resto de objetos que pueblan el Universo, también estamos formados por la combinación de algunos de 27 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B estos 100 elementos. Pero los seres vivos tenemos características muy diferentes al resto de las cosas que carecen de vida. Cinco moléculas de agua Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Molecole_d%27acqua.pngAccesado 21/11/15 Moléculas orgánicas que conforman a los seres vivos: Los seres vivos estamos conformados por cuatro tipos de MACROMOLÉCULAS (moléculas formadas por la unión de muchos átomos): los AZÚCARES,CARBOHIDRATOS O HIDRATOS DE CARBONO, LAS PROTEÍNAS, LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Y LOS LÍPIDOSque son más pequeños que las restantes. Cada uno de ellos tiene propiedades, estructuras, y unidades estructurales particulares. Dentro de la célula cumplen con funciones específicas. LÍPIDOS Los lípidos son moléculas que poseen estructuras variadas, están formadas por C, H y O1 y tienen en común ser insolubles en agua. Comprenden, entre otros, a los aceites que son líquidos, y a las grasas, sólidas. Constituyen aproximadamente el 50% de las moléculas de las membranas biológicas, en la mayoría de las células. La función principal de los lípidos en las membranas biológicas es estructural. En efecto, son los lípidos quienes dan soporte a las membranas, componentes esenciales de toda célula, ya que permiten formar diferentes compartimentos celulares en las células eucariotas, además de ser quienes marcan la frontera entre las células y el mundo extracelular (gracias a la membrana plasmática). Por otra parte, los lípidos actúan como barrera al flujo de moléculas grandes o polares. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes: Reserva energética: los triglicéridos que se almacenan en el tejidoadiposo de muchos animales y de semillas y frutos de algunos vegetales, son utilizados para la obtención de energía en aquellos casos que hay poca disponibilidad de hidratos de carbono, que constituyen la primera fuente de energía del organismo. 1 C: carbono, H: hidrógeno, O: oxígeno 28 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Estructural: algunos lípidos como los fosfolípidos son componentes de las membranas celulares. Otros como las ceras forman cubiertas alrededor de semillas y frutos vegetales y de la piel, pelos y plumas de algunos animales. Bicapa de la membrana celular, formada por miles de moléculas de fosfolípidos y colesterol. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CellMembraneDrawing_(es).pngAccesado 21/11/15 AZÚCARES O HIDRATOS DE CARBONO Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son biomoléculas compuestas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), que se combinan en cantidades y formas variadas y dan lugar a la formación de una gran diversidad de sustancias. Los Hidratos de Carbono se clasifican en: Monosacáridos: formados por moléculas pequeñas, llamados también azúcares como la glucosa. La glucosa es el azúcar que los organismos autótrofos (vegetales) fabrican en el proceso de la Fotosíntesis a partir de la combinación del dióxido de carbono y del agua (sustancias inorgánicas) que incorporan del ambiente. Polisacáridos: denominados así porque se forman a partir de la unión de muchos monosacáridos. Los polisacáridos son moléculas muy grandes (macromoléculas), que no tienen sabor dulce. Algunos ejemplos son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Las principales funciones que desempeñan los Hidratos de Carbono en los seres vivos son: Energética: son la principal fuente de energía de las células. La glucosa es la principal sustancia de la cual los seres vivos obtienen energía en forma inmediata a través de su degradación en el proceso de respiración celular Reserva energética: algunos hidratos de carbono, como el almidón en las plantas y el glucógeno en los animales, son moléculas cuales el organismo puede recurrir para utilizarlos como fuente de energía. 29 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Estructural: otros hidratos de carbono tienen una función importante como material de construcción y de sostén de las células. Un ejemplo es la celulosa, que es el componente principal de la pared celular de las células vegetales. Otro ejemplo es la quitina, que forma el exoesqueleto de animales como los insectos. Molécula de Glucosa PROTEÍNAS Son las macromoléculas más abundantes de los seres vivos. Su unidad estructural es el AMINOÁCIDO. Existen 20 diferentes en la naturaleza, formados por C, H, O y N2; algunos también contienen azufre (S). A partir de los aminoácidos, a veces uniéndolos de a miles, todos los seres vivos fabrican sus proteínas, o lo que es lo mismo, las proteínas son cadenas largas de miles de aminoácidos. Las proteínas cumplen funciones muy variadas, entre las que se citan a continuación: Estructural:forman material de construcción de las células y estructuras de protección de numerosos organismos. Por ejemplo las proteínas en la membrana celular; colágeno en la piel y huesos; queratinaen pelos y plumas. Enzimática: actúan acelerando reacciones químicas. Por ejemplo la amilasa, enzima que acelera la descomposición del almidón y la lipasaque hace lo propio con los lípidos. Reguladora: controlan numerosas funciones organismo, como las hormonas. La insulina, por ejemplo, es la hormona que regula el nivel de glucosa en la sangre. De defensa: intervienen en la defensa contra agentes extraños al organismo como los anticuerpospresentes en la sangre. De transporte: se unen a otras moléculas a las que transportan por el organismo 2 C: carbono, H: hidrógeno, O: oxígeno y N: nitrógeno 30 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: Dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 Representación en 3 D de la proteína insulina humana Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Hormona#Hormonas_lip.C3.ADdicasAccesado 21/11/15 ÁCIDOS NUCLEICOS Sus macromoléculas, las más grandes de los seres vivos, son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico), que se forman a partir de la unión de cuatro NUCLEÓTIDOS diferentes. Los nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos. Es decir, los ácidos nucleicos son cadenas largas de nucleótidos. Los nucleótidos están formados por C, H, O, N y fósforo (P)3. La cantidad y el orden en que se unen esos nucleótidos determinan la diferencia entre las distintas moléculas de ácidos nucleicos. Esta variedad es enorme, al punto de que cada ser vivo diferente posee ADN y ARN característicos. Ambos constan de una estructura primaria, dada por la secuencia de nucleótidos que los forman. El ADN, además, adopta una estructura tridimensional característica, que suele compararse con una escalera enrollada sobre sí misma, en la cual cada mitad lateral está constituida por una sucesión de nucleótidos. El ADN es el portador de la información genética, es decir que en sus moléculas están “escritas” las instrucciones a partir de las cuales se fabrican todos los componentes del organismo. Por otra parte el ADN es la forma en que se transmite la información de los progenitores a hijos en el proceso de la 3 C:carbono, H: hidrógeno, O: oxígeno, N: nitrógeno, P: fósforo 31 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B reproducción. Por lo tanto, además de determinar las características y las funciones del individuo, el ADN es responsable de su transmisión a lo largo de las generaciones. El ARN es el responsable que interviene en el proceso que permite expresar la información contenida en el ADN y que da como resultado las características del individuo. Esquema que representa la estructura de doble hélice del ADN. Fuente: https://pixabay.com/es/adn-gen%C3%A9tica-s%C3%ADmbolo-la-biolog%C3%ADa-1020669/Accesada 21/11/15 Materia, energía y vida MATERIA, ENERGÍA Y VIDA FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es un proceso que realizan las plantas a través del cual, transforman la materia y la energía para fabricar su propio alimento. Toda transformación implica entradas y salida, a través del sistema que representa a la planta: ENTRADAS Materia y Energía Planta (Sistema) Transformaciones por el proceso de Fotosíntesis 32 SALIDAS Materia y Energía Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Las entradas son la materia representada por la materia inorgánica: agua y sales minerales, que la planta absorbe del suelo a través de las raíces, y dióxido de carbono (CO2) que la planta incorpora a través de los estomas de las hojas. Las transformaciones son todas las reacciones químicas que se realizan dentro de las células vegetales, particularmente en los organoides llamados cloroplastos. De esas transformaciones las células fabrican sustancias biológicas, principalmente un carbohidratos como la glucosa, y además se libera oxígeno (O2) a través de los mismos estomas. Las mencionadas como salidas, no necesariamente “salen” de la planta, son salidas del proceso, y en el caso de la glucosa, se almacena como almidón. La energía lumínica es la que ingresa, y es captada por la clorofila, pigmento verde que se encuentra dentro de los cloroplastos. ENTRADAS MATERIA Dióxido de carbono (CO2) Planta (Sistema) SALIDAS Hojas Intercambio por los estomas MATERIA Oxígeno (O2) Raíces Absorción MATERIA Agua y Sales Minerales Tallo Circulación MATERIA Glucosa (Alimento) Hojas Fotosíntesis ENERGÍA Energía Lumínica Hojas Cloroplastos ENERGÍA Energía Química La fotosíntesis es una reacción química por la cual se elaboran moléculas biológicas a partir de moléculas sencillas, a esto se lo denomina REACCIÓN DE SÍNTESIS. Para que se lleve a cabo requiere energía. La fuente de energía que se utiliza es la luz solar (ENERGÍA LUMÍNICA), que se transformará en ENERGÍA QUÍMICA. Cloroplastos Energía Lumínica Energía Química Molécula compleja Moléculas sencillas Reacción de Síntesis 33 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Reacción de la fotosíntesis: Reactivos Productos La convención utilizada para representar una reacción química consiste en indicar las sustancias que reaccionan del lado izquierdo y las que se forman como resultado de la reacción (del lado derecho) en ambos extremos de una flecha que indica en qué sentido ocurre la transformación. Los reactivos de la reacción son el dióxido de carbono y el agua. Los productos, la glucosa y el oxígeno. Los cloroplastos son organoides exclusivos de las células vegetales, que tienen una complejidad de estructuras en su interior, donde se realizan todas las reacciones de la fotosíntesis: captar la energía lumínica, a través del pigmento verde, clorofila, y transformarla en energía química, para realizar una serie de reacciones químicas que transforman, las sustancias simples: dióxido de carbono, agua y sales minerales, en sustancias complejas, como la glucosa, principalmente, aunque se forman innumerables moléculas del tipo de los carbohidratos como la glucosa y proteínas, lípidos, vitaminas. En el proceso de fotosíntesis, y con el fin de simplificar su estudio, sólo hacemos mención a la formación de la glucosa. La presencia de luz es determinante para el proceso: es absorbida por el cloroplasto y almacenada como energía química. RESPIRACIÓN CELULAR La respiración celular es realizada por plantas, animales, organismos unicelulares, etc. Es un proceso que ocurre a nivel celular y consiste en la transformación de la energía química contenida en los alimentos en energía utilizada para las funciones celulares. Como se realiza en presencia de oxígeno se denomina respiración aeróbica. La célula utiliza el alimento (glucosa) como combustible cuyas moléculas reaccionan con el oxígeno y se transforman en dióxido de carbono y agua por lo tanto es una transformación de una molécula compleja a moléculas simples. A esto se lo denomina REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN o DEGRADACIÓN. 34 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Reactivos Productos Mitocondria Energía Química Energía utilizable Glucosa (Alimento) Moléculas sencillas Molécula compleja Reacción de degradación En la respiración, la degradación del alimento ocurre en varias etapas. En cada una de ellas, se forman diferentes sustancias y se libera una pequeña cantidad de energía. Los Reactivos son: Glucosa y oxígeno y los Productos son Dióxido de carbono, agua y energía utilizable. Por lo tanto la respiración celular es una reacción que le permite a las células disponer de energía útil para sus funciones a partir del alimento y el oxígeno. Acerca del origen de la vida. ACERCA DEL ORIGEN DE LA VIDA 35 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://spongebobquh.wikispaces.com/%60+GEOLOGICAL+TIME+SCALE Accesado 21/11/15 En esta figura observamos un esquema muy resumido de la historia de la vida sobre la Tierra. La Tierra se originó hace unos 4600 millones de años, siendo sus primeras condiciones muy poco propicias para el desarrollo de la vida. Sin embargo, 1000 millones de años después comenzaron a aparecer las primeras formas de vida sobre la Tierra. Estos organismos eran extremadamente simples y aun así se pudieron adaptar a la inhóspita Tierra. Existen dos teorías acerca del origen de la vida en la Tierra: la creacionista y la evolucionista. Lateoría creacionista propone un origen divino del universo, de la Tierra y de los seres vivos. Esta teoría plantea que cada grupo de seres vivos surge como producto de un acto de creación divina y que, una vez creados, no sufren modificación alguna hasta la actualidad. Por otro lado, está lateoría evolucionista, propuesta por Charles Darwin y Alfred Wallace, en 1859. Esta teoría sostiene que la vida en la Tierra es el resultado de un largo proceso natural que dio origen a los primeros seres vivos de los cuales se originaron todas las especies que existen en la actualidad, y también aquellos que vivieron en el pasado y se extinguieron. Según esta teoría, unas especies dan lugar a otras especies a partir de la acumulación de cambios. Teoría de la generación espontánea 36 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Entre los numerosos interrogantes que los científicos y pensadores se plantearon a lo largo de los siglos acerca de "la vida", la pregunta sobre el origen de los organismos que los rodeaban tuvo un papel central. Ante la ausencia de un mecanismo claro que explicara la permanente aparición de nuevos animales, muchos se volcaron hacia la llamada idea de la generación espontánea. Desde épocas muy antiguas, varias culturas creían que los seres vivos simples, como los gusanos, los insectos, las ranas y las salamandras podían originarse en forma espontánea en el polvo o sobre un pedazo de carne; que los roedores se desarrollaban de los granos húmedos y que los pulgones de las plantas se condensaban a partir de una gota de rocío. La idea de generación espontánea prosperaba en el siglo XVII, sosteniendo que seres vivos pequeños surgían “mágicamente” por el agrupamiento natural de la materia sin vida. Evidencias en contra de la generación espontánea El médico italiano Francisco Redi, en 1668, llevó a cabo una serie de experimentos para demostrar que las moscas no se originaban espontáneamente: CARNE CARNE 1 CARNE 3 2 Fuente: dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 Colocó tres frascos con carne en distintas condiciones: Frasco 1: lo dejó destapado Frasco 2: lo cubrió con una tapa Frasco 3 lo cubrió con una malla 37 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Debido a que solo en el primer frasco, que se mantuvo destapado, aparecían gusanos y moscas, Redi dedujo que las moscas depositaban sobre la carne los huevitos a partir de los cuales se desarrollaban moscas adultas. Según estos resultados, la generación espontánea no era válida, al menos para el caso de organismos “grandes” como las moscas. Si bien esta teoría empezó a ser rechazada para explicar el origen de organismos grandes, todavía era válida para los microorganismos. Para rechazar esta teoría, Luis Pasteur tuvo que desarrollar una serie de experiencias más, para demostrar que los microorganismos también nacen a partir de otros y no a partir de alimentos en descomposición. Pasteur sostenía que en un medio esterilizado (que se hierve para eliminar todos los microorganismos) y cerrado herméticamente, no se pueden originar espontáneamente nuevos microorganismos. Sólo se originan en caso de que el medio se contamine con otros microbios que provienen del aire y se reproducen. Una experiencia sencilla que realizó, en el siglo XIX, para demostrar esta hipótesis fue la siguiente: Se coloca dentro de un frasco un medio nutritivo, que contiene las sustancias y las condiciones propicias para el crecimiento de los microorganismos. Este medio se hierve para eliminar todo microorganismo que pueda haber en él y se cierra herméticamente. Cuando se enfría, no aparecen nuevos microorganismos. A la vez, se coloca otro medio nutritivo esterilizado, pero se lo deja expuesto al aire. Al poco, tiempo, el medio nutritivo se vuelve turbio. Este cambio es un indicio que sugiere la presencia de una gran población de microorganismos en el frasco. Esta experiencia, sin embargo, no convenció a los defensores de la generación espontánea, quienes sostenían que el proceso de ebullición había alterado el aire del primer frasco y que en el aire alterado faltaba algún componente que era esencial para que se originara espontáneamente la vida. Es decir que, para que existiera generación espontánea, era necesario “aire fresco”. Para comprender mejor esta argumentación, se debe tener en cuenta que en aquella época no se tenía un conocimiento claro acerca de la composición del aire ni de las características de los seres vivos ni de los procesos que ellos realizan. Pasteur no se dio por vencido y, en 1864, realizó la siguiente experiencia, con la que dio por finalizada la discusión acerca de la generación espontánea: En el experimento, Luis Pasteur añadió un caldo de cultivo a un frasco de cuello largo. A continuación, calentó el cuello, imprimiendo a ese un formato de tubo curvado (cuello en forma de S). Después del modelado, continuó con el caldo hirviendo, sometiéndolo a una temperatura hasta el estado estéril (ausencia de microorganismos), pero permitiendo que el caldo tuviera contacto con el aire. Después de hervir, dejando el frasco en reposo por mucho tiempo, percibió que el líquido permanecía estéril. Después de unos días, para verificar la no contaminación, Pasteur inclinó el frasco, exponiendo el líquido inerte a los microorganismos suspendidos en el aire, favoreciendo las condiciones para la propagación de gérmenes. 38 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Matraces-Pasteur.pngAccesado 21/11/15 La experiencia demostró que, aunque el cuello en forma de S permite el ingreso de aire exterior (una condición indispensable para la generación espontánea, según sus defensores), dentro del frasco no se “originaron” seres vivos. Esto indicaría que no alcanza con las sustancias del aire o del agua para que se formen seres vivos. Pasteur concluyó que, para que se originen nuevos microorganismos, es necesario que existan otros que les den origen, y en el medio esterilizado no existen tales microorganismos. Además, si bien el cuello en forma de S permite la entrada de aire, retiene en su curvatura a los microorganismos que ingresan y, de esta forma, impide que lleguen al medio de cultivo. Al inclinar el frasco, el cultivo entra en contacto con los 39 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B microbios atrapados en el cuello y, a partir de ellos, se originan más microorganismos. Esta experiencia, aparentemente sencilla, pero genialmente ideada, permitió desestimar la teoría de la generación espontánea. Todo ser vivo, animal, planta o bacteria, se origina a través del proceso de reproducción. ¿Cómo se originó la vida? En la década de 1920, dos bioquímicos, el ruso Alexander Oparín y el inglés John Haldane, plantearon una teoría para explicar el origen de la vida. Según esta teoría, la vida se habría originado hace aproximadamente 3500 millones de años como consecuencia de un largo proceso de transformaciones químicas. Se cree que este proceso de cambio, denominado evolución química, sólo fue posible en las condiciones particulares que presentaba en aquel entonces la Tierra primitiva. La idea de Oparín y Haldane se basaba en que la atmósfera primitiva era muy diferente de la actual; entre otras cosas, la energía abundaba en el joven planeta. En la atmósfera y en el agua que cubría la superficie terrestre, existían átomos de oxígeno, de hidrógeno, de carbono y de nitrógeno, que componían sustancias sencillas, como dióxido de carbono, metano, amoníaco y agua. Sin embargo, la atmósfera carecía de oxígeno gaseoso, el gas que actualmente se encuentra en el aire y que utilizan la mayoría de los seres vivos en el proceso de la respiración. Se cree que en la Tierra primitiva había fuertes tormentas eléctricas y no existía una capa de ozono, como en la actualidad, que filtrara la radiación ultravioleta y le impidiera llegar a la superficie terrestre. Estos rayos ultravioletas y tormentas eléctricas aportaron la energía necesaria para que las sustancias sencillas se unieran y formaran, de manera espontánea, sustancias más complejas. Algunas de estas sustancias eran más estables, mientras que otras, más débiles, se rompían. Las más estables se seguían agrupando en diferentes proporciones y combinaciones, y así se iban acumulando en el mar primitivo estructuras cada vez más complejas. En determinado momento, en ese gran “caldo primitivo”, algunas estructuras complejas dieron origen a otras iguales, es decir que se había formado algo capaz de reproducirse. La formación de las primeras estructuras con vida marcó el comienzo del proceso denominado evolución biológica, que involucra los cambios que ocurren en los seres vivos a lo largo de las generaciones. Una de las experiencias que apoyan la teoría del origen de la vida explicada anteriormente fue realizada en 1953 por los investigadores estadounidenses Stanley Miller y HarolUrey. Miller y Urey reprodujeron en el laboratorio la atmósfera que se cree que existía en la Tierra primitiva y la sometieron a descargas eléctricas, una de las fuentes de energía que se supone era abundante en aquellos tiempos. Dispositivo para la experiencia de Miller y Urey 40 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MUexperiment-es.pngAccesada 21/11/15 Entre el balón inferior, que representa el océano primitivo, y la parte superior, que representa la atmósfera, circulan sustancias sencillas, como hidrógeno, vapor de agua, amoníaco y metano. Las descargas eléctricas en forma de chispas, generadas por electrodos, simulan la energía aportada por las tormentas eléctricas y por la radiación solar. Los productos obtenidos se enfrían y se recogen muestras para analizar. El resultado de esta experiencia fue que, al cabo de unos días, se habían formado aminoácidos, unidad estructural de las proteínas (moléculas complejas estudiadas en el apéndice temático: Composición química de los seres vivos). https://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=101846 https://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=101846&login_token=5650fa20ef5b66.937731 76&servicio=educar Unidad II: El organismo humano como sistema abierto 41 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Funciones de nutrición en el organismo humano El sistema digestivo La nutrición involucra un conjunto de funciones, a través de las cuales se incorporan oxígeno y alimentos, que se transforman y distribuyen en todo el organismo también se eliminan los desechos que resultan de dichos procesos. Esta función se lleva a cabo en los siguientes sistemas: digestivo, respiratorio, circulatorio y urinario. SISTEMA DIGESTIVO Fuente: https://ast.wikipedia.org/wiki/Dixesti%C3%B3nAccesado 4/12/15 BOCA: los dientes trituran la comida en pequeños fragmentos que, debido a los movimientos de la lengua, se mezclan con la saliva formando el bolo alimenticio. 42 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B GLÁNDULAS SALIVALES: producen la saliva y la vierten en la boca. La saliva contiene una enzima que inicia la digestión química del alimento. FARINGE: recibe el bolo alimenticio y, por medio de movimientos musculares, lo conduce hacia el esófago. ESÓFAGO: la acción de los músculos de sus paredes desplaza el bolo alimenticio hacia el estómago. ESTÓMAGO: produce el jugo gástrico, cuyas enzimas continúan la degradación de los alimentos. HÍGADO: produce bilis, que vierte al intestino delgado. La bilis permite la fragmentación de los lípidos en pequeñas gotitas, lo que facilita la acción de las enzimas. VESÍCULA BILIAR: especie de bolsita que se encuentra por debajo del hígado donde se almacena la bilis. PÁNCREAS: produce jugo pancreático, que vierte al intestino delgado. Este jugo contiene enzimas que contribuyen a la digestión. INTESTINO DELGADO: tiene una longitud de alrededor de 7 metros y se encuentra muy plegado. Su primera porción posee glándulas que producen jugo intestinal. Éste, junto con la bilis y el jugo pancreático, terminan la degradación de los alimentos. Las pequeñas moléculas formadas son absorbidas: atraviesan las paredes del intestino delgado y pasan a la sangre. INTESTINO GRUESO: su función principal es la absorción de agua y sales. Las sustancias no absorbidas conforman la materia fecal, que sigue su recorrido hasta el recto. También se sintetizan algunas vitaminas. RECTO: último tramo del intestino grueso donde se almacena la materia fecal. ANO: está constituido por músculos que permiten la salida de la materia fecal. COMIENZO DE LA DIGESTIÓN: LA BOCA Los alimentos ingresan en el tubo digestivo por la boca. Como en la mayoría de los mamíferos, los seres humanos tenemos dientes. De acuerdo con su forma y su función, se distinguen cuatro tipos de dientes: los incisivos cortan el primer bocado; los caninos desgarran el alimento y los premolares y los molares completan la masticación, triturándolo. En la boca se encuentran glándulas que secretan saliva, se distribuyen bajo la lengua (sublingual), por dentro y detrás de los maxilares (submaxilares y parótidas) 43 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: http://redpacientes.com/lesiones_en_glandulas_salivales_evolucionan_en_sindrome_sjogren Accesado 02/12/2015 Al mismo tiempo que se mastica, la saliva humedece y aporta la primera enzima digestiva. Una enzima es un proteína que se encarga de llevar a cabo reacciones de transformación en distintas partes de nuestro cuerpo. DIGESTIÓN QUÍMICA En el caso del sistema digestivo, las enzimas transforman sustancias complejas de los alimentos en más simples para que sean absorbidas y lleguen a la sangre y de allí a todas las células del cuerpo. En general, los nombres de las enzimas se relacionan con la sustancia que están degradando, así por ejemplo la LIPASA, degrada lípidos. Entonces la primera enzima digestiva es la amilasa salival presente en la saliva, que comienza con la digestión química en la boca. La saliva es segregada por tres pares de glándulas salivales. Por último, la lengua, órgano situado en la parte baja de la boca, mezcla el alimento y permite la deglución del bolo alimenticio, que pasa a la faringe. DEGLUCIÓN Y DIGESTIÓN: DE LA FARINGE AL ESTÓMAGO La faringe es un órgano musculoso que se comunica con las fosas nasales y con la boca en su parte superior, y con el esófago, en su parte inferior. Recibe el bolo alimenticio y lo conduce hacia el esófago. El esófago es un tubo cilíndrico de unos 25 cm de largo que comunica la faringe con el estómago, ubicado en la parte media de la cavidad torácica. Su cavidad interna está recubierta por mucus y presenta fibras musculares, que forman anillos. En la unión de este órgano y el estómago hay un anillo muscular o esfínter, denominado cardias, que se abre y se cierra por contracción y relajación e impide que los jugos ácidos del estómago lleguen al esófago. 44 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B La deglución es el proceso que permite el avance del bolo alimenticio hasta el esófago y, a través de él, al estómago. El estómago es un órgano flexible con forma de bolsa que se comunica con el esófago a través del cardias, y con el intestino delgado por medio de otra válvula, el píloro. Contienen células especializadas en la secreción del jugo gástrico. El jugo gástrico está formado por varios compuestos como ácido clorhídrico, mucus y enzimas. En el estómago se transforma el alimento en una masa semilíquida (quimo), la cual pasará al intestino delgado a través del píloro. En el jugo gástrico se encuentra la segunda enzima digestiva, pepsina que continúa la digestión de los alimentos, iniciada en la boca. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Gastric_mucosaAccesado 4/12/15 EL INTESTINO DELGADO El intestino delgado es un tubo largo, de unos siete metros, plegado sobre sí mismo. Se divide en tres porciones: el duodeno, el yeyuno y el íleon. El duodeno es la porción más activa en el proceso digestivo, ya que allí se produce el jugo intestinal, el cual contiene gran cantidad de enzimas propias. Además, recibe las secreciones del hígado y de la vesícula biliar (bilis) y del páncreas (jugo pancreático). La bilis, producida en el hígado y almacenada en la vesícula biliar, no contiene enzimas y trabaja a la manera de un detergente: emulsiona las grasas, fragmentándolas en gotitas, lo cual favorece la ulterior acción de las enzimas. ¿Cómo se produce la digestión química en el intestino? 45 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B El quimo procedente del estómago, al recibir las secreciones intestinales y de las glándulas anexas, se transforma en quilo. Las macromoléculas del quilo llegan al estado de monómeros (moléculas sencillas) por la acción enzimática. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Figura_2_vaciado_g%C3%A1strico.jpgAccesado 4/12/15 El resto del intestino delgado, llamado yeyuno-íleon, tiene la particularidad de estar revestido por microscópicas prolongaciones con forma de dedos, las vellosidades intestinales. Cada una de ellas, a su vez, está revestida por prolongaciones citoplasmáticas, llamadas microvellosidades. Las microvellosidades cumplen la función de absorción, en este caso, de los nutrientes y ceden a la sangre las sustancias simplificadas de las proteínas, lípidos e hidratos de carbono, es decir, sus monómeros (moléculas sencillas) El resto de los materiales sigue su camino hacia el intestino grueso. 46 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Pliegues de la mucosa intestinal microvellosidades vellosidad microvellosidad Capilares Fuente: dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 DIGESTIÓN MECÁNICA La digestión química es acompañada en la boca, en el estómago y en el intestino delgado por la digestión mecánica. Ésta última consiste principalmente en la trituración y maceración de los alimentos en la boca. Los movimientos rítmicos de las paredes de los órganos (llamados peristálticos) provocan el desplazamiento de las sustancias en transformación y favorecen el contacto entre ellas y los jugos digestivos con sus enzimas. EL INTESTINO GRUESO: ELIMINACIÓN DE SUSTANCIAS Los materiales que no fueron digeridos o absorbidos en el intestino delgado son conducidos con ayuda de los movimientos intestinales hasta el intestino grueso. En este órgano, terminan de absorberse algunas de esas sustancias (minerales y agua).Una particularidad del intestino grueso es la presencia de ciertas bacterias en su interior. Esos microorganismos, que son habitantes normales de este órgano, brindan importantes beneficios al organismo. Por ejemplo, a partir de las sustancias presentes en el intestino grueso, las bacterias fabrican vitaminas que el organismo no puede producir y que también se absorben en este órgano. Se estima que las sustancias permanecen en el intestino grueso entre diez y doce horas; durante ese tiempo, los materiales que no son absorbidos se convierten en materia fecal. Ésta avanza a través del intestino grueso, por movimientos musculares de sus paredes, y se almacena en el recto, última porción de este órgano, hasta su eliminación. 47 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B El sistema respiratorio SISTEMA RESPIRATORIO Los pulmones, órganos respiratorios, están ubicados en la cavidad torácica, el aire del ambiente es conducido hasta ellos a través de un conjunto de estructuras denominadas “vías respiratorias”. Esas estructuras son las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea y los bronquios. El sistema respiratorio es el que permite tanto la entrada del oxígeno en el organismo como la eliminación del dióxido de carbono. Además, el sistema respiratorio participa en la función de nutrición ya que en él se lleva a cabo el intercambio gaseoso (entrada de oxígeno y salida de dióxido de carbono) para transformar la materia (que ingresa al organismo en forma de alimentos) en energía utilizable en las actividades del cuerpo. Fuente: http://www.definicionabc.com/wp-content/uploads/sistema-respiratorio.jpegAccesado 4/12/15 FOSAS NASALES: permiten la entrada y salida del aire. Las células que tapizan sus paredes poseen cilias (como pequeños pelitos) y producen mucus que retienen partículas y evitan su entrada en el organismo. FARINGE: es un órgano común al sistema digestivo y al respiratorio; recibe el aire desde las fosas nasales y lo conduce hacia la laringe cuando el cartílago epiglotis se mantiene elevado cuando éste desciende permite el paso del alimento hacia el esófago e impide que ingrese a las vías respiratorias. 48 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Swallow_food.pngAccesado 4/12/15 LARINGE: conduce el aire hacia la tráquea. En su interior, se encuentran las cuerdas vocales, que permiten la emisión de sonidos al moverse cuando se elimina el aire al exterior. TRÁQUEA: está formada por anillos incompletos cartilaginosos que evitan que se cierre, continúa la conducción del aire y en su extremo inferior se ramifica en dos bronquios. BRONQUIO: cada uno permite la llegada de aire a un pulmón. Dentro de cada pulmón, los bronquios se ramifican en conductos de diámetro cada vez más pequeño: los bronquiolos. PULMÓN: en su interior, los bronquiolos continúan ramificándose y terminan en los lobulillos pulmonares. Fuente: https://www.pasadofuturo.com/nmg-articulosyouressence.htmAccesado 4/12/15 SACO ALVEOLAR: conjuntos de pequeños “globitos” o alvéolos, que tienen el aspecto de “racimos de uvas”. ALVÉOLOS PULMONARES: en ellos se realiza el intercambio de gases entre el aire contenido en su interior y la sangre contenida en los capilares. 49 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente:https://gl.wikipedia.org/wiki/Alv%C3%A9olo_pulmonarAccesado 4/12/15 DIAFRAGMA: músculo que separa las cavidades torácica y abdominal. Participa en el mecanismo que permite la entrada de aire en los pulmones y su salida. Intercambio gaseoso o hematosis El aire llega a los alvéolos pulmonares proveniente del exterior. De los gases que lo forman sólo el oxígeno pasa a la sangre que circula dentro de los capilares sanguíneos (conductos muy delgados que envuelven a los alvéolos). El dióxido de carbono contenido en los capilares sanguíneos pasa al interior de los alvéolos. El proceso por el cual se llevan a cabo estos pasajes es la difusión. La difusión consiste en el movimiento de partículas desde una zona de mayor concentración a una de menor concentración. En el caso del oxígeno, al encontrarse en mayor concentración dentro del alvéolo pulmonar, las partículas difundirán hacia el interior de los capilares sanguíneos en donde hay menor concentración de partículas de oxígeno. En el caso del dióxido de carbono el pasaje de las partículas será en sentido inverso, es decir, desde el capilar sanguíneo hacia el alvéolo por diferencia de concentración de sus partículas. Alvéolo pulmonar y capilar sanguíneo O2: Oxígeno; CO2: Dióxido de carbono; Hb: Hemoglobina (glóbulos rojos) 50 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_exchangeAccesado 4/12/15 La sangre que va por los capilares lleva el oxígeno obtenido del aire y glucosa obtenida a partir de la digestión de los alimentos hacia las células. Glucosa y oxígeno llegan a las células, donde tiene lugar la respiración celular (en las mitocondrias) que produce energía, agua y dióxido de carbono. El dióxido de carbono pasa de las células a la sangre y cuando llega a los alvéolos es eliminado al exterior. El oxígeno está involucrado en varios procesos que ocurren dentro del organismo y todos se asocian con el término “respiración”: La ventilación pulmonar: entrada del aire en los pulmones y su salida. También es llamada “respiración mecánica” o “mecánica respiratoria” Intercambio de gases o hematosis: entre el oxígeno contenido en el aire de los alvéolos y el dióxido de carbono presente en la sangre de los capilares sanguíneos. La respiración celular: reacción química entre la glucosa y el oxígeno, que ocurre dentro de las células (mitocondrias)y que permite la obtención de energía. Las vías respiratorias: el camino hacia los pulmones Las vías respiratorias son recorridas por el aire en dos sentidos. Al inspirar, el aire presente en el ambiente ingresa por las fosas nasales y recorre las vías respiratorias hasta los pulmones. Al espirar, el aire realiza el camino inverso, es decir, desde los pulmones hacia el ambiente. La ramificación de la tráquea en dos bronquios inicia la formación de un sistema de conductos muy ramificado, que se distribuye en el interior de cada pulmón formando millones de delgadísimos conductos: los bronquíolos terminales. Todos estos conductos distribuyen el aire en el interior de los pulmones. Es importante, entonces, que dichos conductos no se obstruyan, porque impedirán la circulación del aire. Sus paredes poseen cartílago, un tejido cuya dureza evita su aplastamiento. A continuación de los bronquíolos terminales, se encuentran dos tipos de estructuras: los bronquiolos respiratorios y los sacos alveolares. Las paredes de dichas estructuras son extremadamente delgadas y carecen de cartílago. Estas características permiten que el oxígeno y el dióxido de carbono pasen a través de esas paredes durante el intercambio entre el aire y la sangre. Mecánica respiratoria: cómo llega el aire a los pulmones Las diferencias en la presión del aire determinan que éste se desplace desde un lugar en donde hay mayor presión hacia un lugar en donde la presión es menor. Esto determina que en el organismo se generen condiciones que permitan la entrada del aire en el sistema respiratorio y su salida. Es decir, si la presión del aire en el ambiente es de 760 mm Hg, la presión dentro de los pulmones debe ser menor, para que el aire ingrese en ellos. Por el contrario, la presión dentro de los pulmones debe ser mayor que la presión exterior para que el aire salga de esos órganos. Los cambios en la presión del aire contenido en los pulmones se interpretan como el resultado de cambios en el tamaño de la cavidad torácica, donde se ubican dichos órganos. Esa cavidad está limitada lateralmente por una serie de huesos denominados costillas (entre los cuales se encuentran los músculos 51 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B intercostales) y en su parte inferior por el músculo diafragma. El trabajo coordinado de las costillas y los músculos determina el aumento y la disminución del tamaño de la caja torácica. Durante la inspiración, la contracción del diafragma y de los músculos intercostales provoca el aumento de tamaño de la caja torácica. Ese aumento trae como consecuencia una disminución de la presión dentro de los pulmones y, por lo tanto, la entrada en ellos del aire del ambiente (que se encuentra a mayor presión). Durante laespiración, en cambio, el diafragma y los músculos intercostales se relajan, la caja torácica disminuye de tamaño y sus paredes presionan sobre los pulmones. Esto aumenta la presión del aire contenido en su interior, el cual es eliminado al exterior. La mecánica respiratoria es el mecanismo que determina un ciclo completo de inspiración y espiración que se sucede a intervalos regulares. El número de veces que ese ciclo se repite por minuto se denomina “ritmo respiratorio” y en un adulto en reposo es de quince a veinte veces por minuto. Este mecanismo es el que permite la ventilación pulmonar, es decir, la renovación permanente del aire contenido en los pulmones. Fuente: http://estefa018.wikispaces.com/SISTEMA+RESPIRATORIO+HUMANO Accesado 16/10/15 52 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B File:Diafragma2.gif - Wikimedia Commons. (s. f.). Recuperado 20 de agosto de 2013, a partir de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diafragma2.gif Alvéolos pulmonares El análisis del aire espirado indica que posee más concentración de dióxido de carbono y menos concentración de oxígeno, en comparación con el aire atmosférico que se inspira. Estas variaciones se deben a los intercambios que ocurren entre el aire y la sangre en los alvéolos pulmonares. Algunos datos El hipo es una contracción espasmódica, involuntaria y repetitiva del diafragma y los músculos intercostales que provoca una inspiración súbita de aire. El diafragma es un músculo muy importante para la respiración; cuando se contrae, el tórax se expande y el aire entra en los pulmones a través de la tráquea (inspiración). En cambio, cuando se relaja, el tórax se contrae y el aire sale de los pulmones a través de la boca y la nariz (espiración). La tos se produce por contracción espasmódica repentina y a veces repetitiva de la cavidad torácica que da como resultado una liberación violenta del aire de los pulmones, lo que produce un sonido característico. La secuencia de la tos comprende un estímulo apropiado que inicia una inspiración profunda. Esto se sigue del cierre de la glotis, se relaja el diafragma y se produce una contracción muscular frente a la glotis cerrada y de esa manera se origina una máxima de presión positiva dentro del tórax y de las vías respiratorias. El sistema circulatorio SISTEMA CIRCULATORIO El sistema circulatorio se puede describir de manera simple como una bomba que hace circular sangre por un sistema de vasos de distintas características con el objetivo final de hacer llegar la sangre a cada rincón del organismo y traerla de vuelta para renovarla. La sangre es el medio por el cual cada célula del cuerpo recibe un sinfín de sustancias vitales y al cual también se vierten los desechos de estas células para ser eliminados. El sistema circulatorio mantiene la sangre recorriendo todo el organismo en forma permanente. Esta función es llevada a cabo por el corazón o “la bomba” y los vasos sanguíneos. Los vasos sanguíneos están conectados al corazón y son de dos tipos: las arterias, por las que la sangre circula desde el corazón hacia las células, y las venas, por las que la sangre retorna al corazón. 53 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Sistema Circulatorio Fuente:http://portillocn1.blogspot.com.ar/2011_05_01_archive.htmlAccesado 6/12/15 El corazón: la “bomba” El corazón es un órgano muscular hueco que tiene la capacidad de contraerse rítmicamente. Está dividido en dos mitades, izquierda y derecha, que no se comunican entre sí. Internamente está formado por cuatro cavidades. Las dos superiores se denominan aurículas (izquierda y derecha) y con ellas se conectan las venas que llevan la sangre al corazón. Las dos cavidades inferiores se denominan ventrículos (izquierdo y derecho) y desde ellas sale la sangre del corazón a través de las arterias. Entre aurículas y ventrículos se ubican válvulas que permiten el paso de la sangre en una sola dirección: de aurículas a ventrículos y de estos a las arterias. Por la mitad derecha del corazón circula sangre con alta concentración de dióxido de carbono (CO2) o carboxigenada y por la mitad izquierda sangre con alta concentración de oxígeno (O2) u oxigenada. La aurícula derecha recibe la sangre proveniente del cuerpo a través de las venas cavas. Desde la vena cava inferior llega sangre carboxigenada de la zona inferior del organismo y por la vena cava superior ingresa sangre carboxigenada desde la parte superior del cuerpo. La sangre luego accede al ventrículo derecho desde donde se dirige a los pulmones por medio de la arteria pulmonar. En la aurícula izquierda se recibe sangre con alta concentración de oxígeno que proviene de los pulmones a través de las venas pulmonares. Desde este compartimento pasa al ventrículo izquierdo y de allí a través de la arteria aorta a todos los tejidos del organismo. 54 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagram_of_the_human_heart_(cropped)_es.svgAccesado 11/12/15 Dibujo de un corazón: se observan los vasos sanguíneos que se comunican con cada una de las cavidades cardíacas y válvulas. Las flechas indican el sentido en el que circula la sangre tanto en los vasos como en el corazón. Vena cava superior: recibe la sangre proveniente de los órganos de la región superior del cuerpo y la transporta hasta la aurícula derecha del corazón. Arteria aorta: transporta sangre desde el corazón al cuerpo. A medida que atraviesa los distintos órganos se ramifica en arterias más delgadas. Vena cava inferior: recibe la sangre proveniente de los órganos de la región inferior del cuerpo y la transporta hasta la aurícula derecha del corazón. Arteria pulmonar: transporta la sangre desde el corazón hacia los pulmones. Venas pulmonares: transportan la sangre con alta concentración de oxígeno desde los pulmones hacia la aurícula izquierda del corazón. Válvula tricúspide: se ubica en la mitad derecha del corazón entre la aurícula y el ventrículo, regula el paso de la sangre entre ambos. Válvula del tronco pulmonar (semilunar): regula el paso de la sangre desde el ventrículo derecho y la arteria pulmonar. Válvula mitral o bicúspide: se ubica en la mitad izquierda del corazón entre la aurícula y el ventrículo, regula el paso de la sangre entre ambos. 55 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Válvula de la aorta (semilunar): regula el paso de la sangre desde el ventrículo izquierdo y la arteria aorta. Latidos cardíacos La duración de un latido cardíaco es inferior a un segundo, el corazón de una persona en reposo impulsa alrededor de 5 litros de sangre por minuto, o sea 75 ml por latido. El ritmo considerado normal es de 70 latidos por minuto El latido cardíaco se produce por contracción y relajación involuntaria del músculo cardíaco. Se va acumulando sangre en ambas aurículas lo que estimula la contracción de las mismas. Esta contracción impulsa la sangre a través de las válvulas, tricúspide y mitral, hacia los ventrículos que se encuentran en reposo, simultáneamente se cierran las válvulas semilunares. Cuando los ventrículos están llenos de sangre se contraen, se cierran las válvulas auriculoventriculares (mitral y tricúspide) y se abren las válvulas pulmonar y aórtica (semilunares) permitiendo que la sangre salga de los ventrículos por la arteria pulmonar con destino a los pulmones (ventrículo derecho) y al resto del cuerpo (ventrículo izquierdo) por la arteria aorta. La salida de la sangre produce la relajación ventricular cerrándose las válvulas pulmonar y aórtica y la apertura de las válvulas auriculoventriculares comenzando nuevamente el ciclo. El corazón no actúa de manera independiente sino que es regulado por el cerebro que capta las distintas condiciones que se presentan (esfuerzo, factores de estrés, actividad física, etc.) para poder satisfacer las necesidades del organismo en dichas circunstancias Cuando el músculo cardíaco se contrae y la sangre es expulsada del corazón se dice que ocurre un movimiento de SÍSTOLE. Cuando se produce relajación muscular e ingresa el flujo sanguíneo el movimiento se denomina DIÁSTOLE. 56 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Llenado ventricular: en las aurículas se presenta mayor presión que en los ventrículos, se abren las válvulas tricúspide y mitral y la sangre ingresa en los ventrículos. 57 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Eyección de la sangre hacia las arterias; en los ventrículos se presenta mayor presión que en las arterias, se abren las válvulas semilunares y la sangre ingresa en la arteria pulmonar y en la arteria aorta. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fases_del_ciclo_card%C3%ADaco.jpg Accesado 12/12/15 Ruidos cardíacos Cuando el médico ausculta4 el corazón escucha dos ruidos separados por cada ciclo cardíaco, el primero de ellos es cuando se cierran las válvulas mitral y tricúspide (válvulas auriculoventriculares) y suena como “lub” y el segundo sonido que se da cuando se cierran las válvulas semilunares (pulmonar y aórtica) y se escucha como “dup”. Ruidos cardíacos Fuente: http://keckmedicine.adam.com/content.aspx?productId=118&pid=5&gid=003081Accesada 6/12/15 4 Auscultar: Escuchar los sonidos que se producen en el interior de un organismo humano o animal, especialmente en la cavidad torácica y abdominal, mediante los instrumentos adecuados o sin ellos. 58 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Marcapasos: El latido cardíaco es regulado por un tejido de fibras musculares especializado que se encuentra en varias zonas del corazón. El estímulo comienza en la aurícula derecha, es por ello que a ese tejido se lo denomina marcapasos. Los vasos sanguíneos Nuestra sangre circula solo por el interior de un extenso sistema de conductos: los vasos sanguíneos. Estos vasos son de tres tipos: arterias, venas y capilares. El sistema circulatorio humano y de otros vertebrados presenta tres tipos de vasos sanguíneos: venas, arterias y capilares. Arterias: son vasos que llevan la corriente sanguínea desde el corazón hacia los tejidos del organismo. Están formadas por varias capas de tejidos que la hacen resistente a la presión que ejerce la sangre dentro de ellas y a la vez le da elasticidad suficiente para que puedan dilatarse y contraerse al ritmo del impulso cardíaco. La arteria de mayor calibre es la Aorta. Venas: son vasos que llevan la corriente sanguínea desde los tejidos hacia el corazón. Sus paredes son de menor espesor que las arterias y también constan de varias capas. Tienen pocas fibras elásticas y presentan válvulas a todo lo largo de su trayecto lo que evita el retroceso de la sangre. Capilares: son vasos muy delgados lo que permite que cada gota de sangre que circula por la red capilar entre en contacto con una amplia superficie. Su pared está formada por una sola capa de células la cual facilita el intercambio de sustancias con las células. Red capilar: se muestra que la arteria va disminuyendo de calibre hasta transformarse en un vaso capilar arterial que se continúa con un capilar venoso el cual comienza a aumentar de calibre hasta alcanzar el tamaño de una vena. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Illu_capillary.jpgAccesado 12/12/15 Se recomienda el siguiente video para comprender https://www.youtube.com/watch?v=JU5RgDNXc48 59 el funcionamiento del corazón: Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Irrigación del corazón El corazón es irrigado por un sistema de vasos llamados coronarios. Las arterias coronarias nacen de la arteria aorta y se ramifican por todo el músculo cardíaco. La gran mayoría de las venas coronarias desembocan en la aurícula derecha. La circulación La circulación de los mamíferos y de las aves tiene tres características: Es doble Es cerrada Es completa Doble: la sangre pasa dos veces por el corazón al recorrer dos circuitos: El circuito o circulación menor o pulmonar va desde el ventrículo derecho hasta los pulmones y desde estos órganos, a la aurícula izquierda por las venas pulmonares. A través de este circuito la sangre que lleva una alta concentración de dióxido de carbono lo elimina en los pulmones incorporando oxígeno. El circuito o circulación mayor o sistémica va desde el ventrículo izquierdo hasta los diferentes órganos y desde éstos, a la aurícula derecha por las venas cavas. La sangre que posee una alta concentración de oxígeno parte del corazón llegando a todas las células las que toman el oxígeno y se desprenden del dióxido de carbono. Cerrada: la sangre siempre recorre su trayecto dentro de una red de vasos sanguíneos. Completa: la sangre oxigenada nunca se mezcla con la carboxigenada ya que el corazón está dividido en dos mitades que no tienen comunicación. Recorrido de la sangre La sangre es bombeada a muy alta presión a las arterias. La arteria aorta comienza su recorrido en el ventrículo izquierdo, se dirige hacia arriba donde se desprenden las arterias que irrigan cuello, cabeza y brazos, luego se curva descendiendo por el tórax y el abdomen irrigando los órganos de esta zona. La arteria pulmonar parte del ventrículo derecho y se divide en dos ramas una para cada pulmón. El retorno sanguíneo se produce a través de las venas. El calibre de los vasos aumenta desde los capilares venosos hacia las venas. Llega la sangre al corazón a través de las venas cavas. La inferior trae el flujo sanguíneo de los miembros inferiores y el abdomen y la superior recibe la sangre de la cabeza, cuello, miembros superiores y tórax. La sangre La sangre es un tejido porque está formado por células que cumplen una función determinada cuya sustancia intercelular es líquida. Una persona adulta contiene alrededor de 5 litros de sangre. Funciones de la sangre: Aporta a las células los nutrientes, agua, sales y recoge los productos de desecho de las mismas. Transporta el oxígeno hacia las células y el dióxido de carbono hacia los pulmones. Contribuye a mantener constante la temperatura corporal. 60 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Transporta hormonas. Interviene en la defensa del organismo contra la invasión de agentes patógenos o extraños. Participa de la coagulación de la sangre. Composición de la sangre: está constituida por un componente líquido denominado plasma, en el cual se encuentran flotando tres tipos de células: los glóbulos rojos, los glóbulos blancos y las plaquetas. Plasma: está constituido por un 90 % de agua y un 10% de sustancias como por ejemplo: proteínas, lípidos, urea, glucosa, sodio, potasio, magnesio, iodo, etc. En el plasma viajan disueltas nutrientes para las células y productos de desecho que las células le aportan, anticuerpos que protegen contra enfermedades y hormonas. Glóbulos rojos5: son células que carecen de núcleo cuando maduran y contienen hemoglobina que es una proteína que permite el transporte de oxígeno y dióxido de carbono. Se forman en la médula ósea y al cabo de 120 días se destruyen en el hígado o en el bazo. Cantidad: aproximadamente 5.000.000 en el hombre y en la mujer 4.500.000 por mm 3 de sangre. La disminución de glóbulos rojos se denomina anemia. Glóbulos blancos6: son distintos tipos de células que participan en la defensa del organismo contra agentes extraños como por ejemplo virus y bacterias. Su tiempo de vida es menor que el de los glóbulos rojos y se forman a partir de células precursoras de la médula ósea. Las plaquetas7: son fragmentos de células que intervienen en la coagulación de la sangre, cuando se produce una hemorragia las plaquetas se destruyen y liberan una sustancia que permite la formación del coágulo. Viven poco tiempo y se originan en la médula ósea y su cantidad es de aproximadamente 300.000 unidades por mm3. 5 Los glóbulos rojos también reciben el nombre de eritrocitos o hematíes. Los glóbulos blancos también reciben el nombre de leucocitos 7 Las plaquetas también se llaman trombocitos 6 61 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: http://fisiologiahumanajuan.blogspot.com.ar/2013_02_01_archive.htmlAccesado 6/12/15 Fuente: https://gl.wikipedia.org/wiki/SangueAccesado 6/12/15 Sistema Urinario SISTEMA URINARIO El sistema urinario tiene la función de eliminar los productos de desecho del cuerpo es decir es el encargado de “limpiar” los desechos que acarrea la sangre. Esta función de eliminación de sustancias contenidas en la sangre se denomina “excreción”. El sistema urinario también contribuye a mantener las concentraciones adecuadas de los demás componentes de la sangre. Otras de las funciones de este sistema son: Eliminación de sustancias tóxicas producidas por el metabolismo celular como la urea. Eliminación de sustancias tóxicas como la ingesta de drogas. Control electrolítico, al regular la excreción sobre todo de sodio (Na) y potasio (K). Control de la presión arterial, a través de la regulación hídrica. Órganos y funciones del sistema urinario El sistema urinario está constituido por los riñones, los uréteres, la vejiga y la uretra. Los riñones producen orina a partir de sustancias presentes en la sangre. Dentro de ellos se encuentra la unidad funcional del sistema urinario: el nefrón. 62 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Los nefrones son estructuras especializadas en la filtración y reabsorción de sustancias que se encuentran en la sangre. El pasaje de la sangre a través de ellos permite la formación de orina que una vez formada, es conducida a través del uréter a la vejiga, donde se almacena hasta ser eliminada por medio de la uretra. Si bien muchas de las sustancias que se filtran son desechos que se eliminan con la orina, otras son necesarias para el organismo. Esas sustancias necesarias son recuperadas por la sangre y se mantienen en el interior del organismo. Riñones: son dos, en ellos se forma la orina por filtración de la sangre que les llega. Uréter: son dos conductos que conducen la orina de los riñones hasta la vejiga. Vejiga: órgano hueco donde se almacena la orina. Uretra: conducto comunicado con la vejiga a través del cual se elimina la orina al exterior del organismo. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sistemaurinario.png accesado 5/12/15 Arteria renal: vaso sanguíneo a través del cual llega la sangre al riñón. En el interior de este órgano, la arteria se ramifica formando numerosos capilares. Algunas sustancias de la sangre, que atraviesan las paredes de los capilares son retenidas en el riñón y constituyen la orina. Vena renal: vaso sanguíneo a través del cual la sangre, libre de algunas sustancias que contenía, sale del riñón y continúa su recorrido por el cuerpo. 63 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Corte longitudinal de un riñón Fuente: Dibujo realizado por el Prof. Javier Clusellas. 2015 Esquema de un nefrón Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2611_Blood_Flow_in_the_Nephron.jpgAccesado 5/12/15 64 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B En la formación de orina, intervienen varios procesos: la filtración, quese produce en el glomérulo y determina la formación del filtrado glomerular, constituido por moléculas pequeñas que atraviesan la pared de los capilares y pasan al interior del tubo del nefrón; este tubo se encuentra rodeado por otra red de capilares que sirven para que se lleve a cabo otro proceso. la reabsorción, que ocurre mientras ese filtrado recorre el tubo. Entre las sustancias que se filtran en el riñón, se encuentran la glucosa, los aminoácidos, los minerales, la urea y el agua. Solo quedan retenidas en los capilares las moléculas de gran tamaño, como las proteínas y los lípidos. Entonces pensemos de nuevo al nefrón como un mini colador, que en la zona del glomérulo retiene moléculas grandes como proteínas y lípidos, mientras que las moléculas pequeñas pasan hacia la zona del tubo. Al observar el gráfico del nefrón, se observa que la zona del tubo se pliega lo que le permite maximizar la superficie en contacto con los capilares que lo rodean. Esta cuestión estructural permite una reabsorción más eficiente de dichas moléculas pequeñas que pasaron por el glomérulo (el“colador”) y que es importante que no se eliminen en la orina. Con el proceso de reabsorción se recuperan muchas de esas sustancias filtradas, por ejemplo, el 95 % del agua, la glucosa, los aminoácidos y algunos minerales que se encontraban en exceso en la sangre. En cambio la urea, que es una sustancia de desecho, se mantiene dentro de los tubos del nefrón y no se reabsorbe. Algunas sustancias son eliminadas por un proceso denominado secreción tubular, por el cual pasan desde los capilares al túbulo. La composición de la orina depende de las sustancias contenidas en la sangre. Algunas drogas que entran al cuerpo llegan a las células y son metabolizadas por ellas, afectando su funcionamiento. La célula transforma dichas sustancias y el producto pasa a la sangre y pueden encontrarse en la orina. Éste es el fundamento de los análisis que se realizan, por ejemplo, para controlar el consumo de ciertas sustancias en la actividad deportiva. Después que se forma la orina en los glomérulos, pasa por los túbulos a la pelvis renal, los uréteres y llega a la vejiga donde se almacena. Cuando la cantidad de orina en la vejiga supera los 250-500 cm³, sentimos la necesidad de orinar, debido a las contracciones y relajaciones del esfínter, que despierta el reflejo de la micción. En la frecuencia de las micciones intervienen factores como el estado psíquico de alegría o tensión y el consumo en mayor o menor medida de líquidos y bebidas alcohólicas. La cantidad de orina emitida en 24 horas en el ser humano es de aproximadamente 1500 cm³. La vejiga puede acumular hasta 3 litros; cuando una persona padece cistitis aparecen ganas de orinar hasta con 50 ml. El aumento por encima de esta cifra se denomina poliuria y la disminución oliguria. 65 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Etapas de elaboración de la orina Fuente: http://alejandrobiologiamorales.blogspot.com.ar/Accesado 5/12/15 Otras formas de excreción Existen otras vías de excreción. Por ejemplo, a través del sistema respiratorio se elimina el dióxido de carbono y agua en forma de vapor; a través de la piel, se eliminan algunos minerales y agua, en forma de sudor, el cual también contribuye a la regulación de la temperatura corporal. Funciones de coordinación y control Sistema nervioso SISTEMA NERVIOSO El sistema nervioso es el sistema encargado de captar los estímulos provenientes tanto del ambiente como de nuestro propio organismo, los procesa y los transforma en señales que se transmiten por todo el cuerpo. De acuerdo a las señales se elabora la respuesta más adecuada para mantener el equilibrio del medio interno. Las características estructurales de sus componentes permiten que esos estímulos se traduzcan en mensajes que llegan a los centros de información (el cerebro y la médula) a gran velocidad. Esto permite que la información recorra en el organismo grandes distancias en poco tiempo. 66 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Sistema Nervioso Fuente: https://www.goconqr.com/es/p/3873963-sistema-nervioso-accesado 5/12/15 Encéfalo: ubicado en la cavidad craneal, está formado por el cerebro, el cerebelo y el bulbo raquídeo. Medula espinal: seencuentra en el interior de las vértebras a lo largo de toda la columna, conduce impulsos nerviosos desde y hacia el cerebro, y elabora respuestas. Nervios: conducen impulsos desde los receptores hasta el sistema nervioso central y desde éste hasta los nervios efectores. Cerebro: controla todas las actividades voluntarias, las funciones motoras y sensoriales y las funciones cerebrales superiores como por ejemplo el habla. Cerebelo: mantiene el equilibrio, la postura corporal y controla los movimientos finos y coordinados como por ejemplo enhebrar una aguja. 67 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://ast.wikipedia.org/wiki/Sistema_nerviosuAccesado 5/12/15 Neuronas: son células del sistema nervioso especializadas en la comunicación de mensajes. Se caracterizan por sus prolongaciones, algunas de las cuales pueden tener hasta un metro de longitud. Se relacionan entre sí, con los efectores y los receptores, y conducen los impulsos nerviosos. Órganos y funciones del sistema nervioso Desde el punto de vista de su estructura, el sistema nervioso se clasifica, para su estudio, en central y periférico. El sistema nervioso central está constituido por órganos ubicados en dos cavidades óseas: el cráneo y el conducto que recorre internamente la columna vertebral. El cráneo aloja al encéfalo, constituido por el cerebro, el cerebelo y el tronco cerebral. En la columna vertebral, se ubica la médula espinal. Los órganos del sistema nervioso central reciben estímulos, los procesan y elaboran respuestas. El sistema nervioso periférico (SNP) está constituido por los nervios que comunican el sistema nervioso central (SNC) con todos los tejidos corporales. Estas estructuras se asemejan a cables, a través de los cuales los estímulos y las respuestas recorren el organismo. El sistema nervioso recibe estímulos, es decir, información del ambiente, como la luz, a través de estructuras denominadas receptores, como los ojos. Esos estímulos se transforman en impulsos nerviosos, que constituyen el lenguaje en el que la información recorre el sistema nervioso. A partir de la información que recibe, el sistema nervioso elabora respuestas, es decir, otros impulsos nerviosos que se conducen hasta estructuras denominadas efectores, como los músculos, las cuales ponen de manifiesto dichas respuestas; por ejemplo, la contracción muscular. También existen estímulos provenientes del interior del organismo, como la baja o elevada concentración de dióxido de carbono en la sangre. Los tipos de nervios que podemos encontrar en el sistema periférico, de acuerdo a su ubicación, son de dos tipos: 68 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Los nervios craneales, que se conectan directamente con el encéfalo. Los nervios raquídeos, que se conectan con la médula espinal. También se pueden clasificar según su función, en dos tipos: Los nervios sensitivos, constituidos por fibras sensitivas, cuya información fluye desde órganos receptores de diferentes estímulos provenientes del medio interno y externo. Los nervios motores, constituidos por fibras motoras que transmiten la información nerviosa desde el SNC hacia los músculos del esqueleto y otros órganos a los que se denominan órganos efectores. En el sistema nervioso periférico (SNP) se pueden reconocer dos subsistemas: El SNP somático que recoge información sensitiva desde los receptores sensoriales que captan estímulos desde el exterior y desde las articulaciones y músculos del cuerpo y, por otro lado, envía información motora hacia los músculos esqueléticos. Como lo recién expresado suena muy complejo, mejor entenderlo con un ejemplo: el SNP somático interviene cuando toco algo caliente y retiro la mano para no quemarme. El estímulo (algo caliente) es “leído” por las células especializadas (los receptores) de mi piel, que envían mensajes a otras células. Estas células se conectan con algún músculo que controla el movimiento de mi mano. El músculo al recibir la información de la quemadura, se contrae permitiendo que yo aleje mi mano de la fuente de calor. El sistema nervioso somático controla todos los sistemas musculares voluntarios dentro del cuerpo, con la excepción de los arcos reflejos. El arco reflejo es una respuesta a un estímulo como los golpes o el dolor. Siempre significa una respuesta involuntaria, y por lo tanto automática, no controlada por la conciencia. Arco reflejo Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Imgnotra%C3%A7at_arc_refelx_esp.svg Accesado 5/12/15 El SNP autónomo se relaciona fundamentalmente con la actividad de los órganos como el estómago, los intestinos, los pulmones, etc. y la regulación homeostática del medio interno. Ejemplo: EL SNP autónomo actúa cuando comés algo que el cuerpo considera tóxico y provoca el 69 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B vómito. Posee dos divisiones principales: una división simpática, que prepara al cuerpo para la acción: dilata las pupilas, aumenta la fuerza y la frecuencia de los latidos del corazón, dilata los bronquios, disminuye las contracciones estomacales. Se activa en situaciones de escape, estrés, ejercicio y emergencia. Por otro lado posee una división parasimpática, que interviene en la recuperación corporal. Actúa sobre el nivel de estrés del organismo disminuyéndolo. Realiza funciones opuestamente complementarias con respecto al sistema nervioso simpático. Las neuronas: células que reciben y transmiten información El tejido nervioso está constituido por dos clases de células: las neuronas y las células gliales. Las células gliales se ubican entre las neuronas y constituyen un soporte para éstas. Colaboran con la nutrición de las neuronas,producen una sustancia grasa llamada mielina la cual forma una cubierta a lo largo del axón. Esquema de una neurona Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neurona.svgAccesado 5/12/15 Célula glial Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Nervous_tissueAccesado 5/12/15 Las neuronas son las células del tejido nervioso que comunican mensajes. 70 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B En las neuronas, se reconocen diferentes partes: el cuerpo y las prolongaciones (dendritas y axones). Cada neurona posee varias dendritas, cortas y muy ramificadas, y un único axón, más largo y ramificado sólo en su extremo. En el sistema nervioso, existen dos clases de neuronas: sensitivas y motoras. Las sensitivas reciben estímulos, es decir, información que produce alguna modificación en el organismo. Estas neuronas transforman los estímulos que reciben en impulsos nerviosos, que es el lenguaje en el que la información recorre el sistema nervioso, y conducen esos impulsos hasta el sistema nervioso central, donde son procesados. Las neuronas motoras elaboran respuestas, también en forma de impulsos nerviosos, que conducen hasta diferentes lugares del organismo, donde se ejecutan. El impulso nervioso es un mensaje eléctrico que entra por las dendritas y recorre toda la neurona en una sola dirección. El impulso nervioso recorre la neurona de a saltos entre las vainas de mielina y no de manera continua; esto le permite recorrer el axón mucho más rápido. La mielina cumple un papel importante en la conducción del impulso nervioso. Esta sustancia grasa que envuelve al axón actúa como un aislante, del mismo modo que el material exterior de un cable, y hace más rápida la conducción del impulso nervioso a través del axón. La importancia de la mielina puede interpretarse, por ejemplo, al analizar la falta de coordinación motora en los bebés. Al nacer, la mayoría de los axones carecen de mielina por lo que la conducción del impulso nervioso es defectuosa. Con el tiempo, los axones se cubren de mielina, la conducción es más eficiente y los movimientos se perfeccionan. En esta animación vamos a ver cómo trabaja el impulso nervioso en un arco reflejo: http://www.mhe.es/secundaria/cienciasnaturaleza/8448150473/archivos/media/esp/unidad_5/5ani.sw f Los axones no se ponen en contacto directo con las estructuras con las cuales se comunican (por ejemplo, las dendritas de otras neuronas), sino que existe un espacio entre ellos. Del mismo modo que sucede en un cable cortado, la corriente eléctrica se interrumpe y no pasa, por ejemplo, a otra neurona. Existe un mecanismo que permite pasar la información de una neurona a la siguiente: la sinapsis. La sinapsis es la forma en que una neurona se comunica con otra. Existen dos tipos de sinapsis: eléctricas y químicas. En las sinapsis químicas se liberan sustancias denominadas neurotransmisores, que son proteínas fabricadas por las neuronas y que se almacenan en el extremo del axón. Al llegar el impulso nervioso al final de axón, el neurotransmisor sale de él a través de su membrana y atraviesa el espacio que lo separa de la siguiente neurona ingresando en ella, comenzando el mismo recorrido en esta célula. 71 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Unión sináptica Fuente: https://ca.wikipedia.org/wiki/SinapsiAccesada 5/12/15 Una sinapsis eléctrica es aquella en la que la transmisión entre la primera neurona y la segunda no se produce por la secreción de un neurotransmisor, como en las sinapsis químicas, sino por el paso de pequeñas moléculas de una célula a otra. Si bien las sinapsis eléctricas son más rápidas que las sinapsis químicas, también son menos frecuentes. Sistema endocrino SISTEMA ENDOCRINO El sistema endocrino está constituido por un conjunto de glándulas ubicadas en diferentes lugares del organismo y que no se encuentran relacionadas estructuralmente entre sí. Dichas glándulas secretan sustancias mensajeras denominadas “hormonas” que viajan por la sangre hasta su destino. Sistema Endocrino Masculino y Femenino Fuente: https://gl.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%A1ndula_pinealAccesado 6/12/15 La función del sistema endocrino es regular diferentes funciones del organismo utilizando como mensajeros químicos a las hormonas. Las hormonas son sustancias químicas elaboradas en las glándulas endocrinas. Básicamente funcionan como mensajeros químicos que transportan información de una célula a otra. Por lo general son liberadas directamente dentro del torrente sanguíneo, solas o asociadas a ciertas proteínas y hacen su efecto en 72 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B determinados órganos o tejidos a distancia de donde se sintetizaron a los que se denomina tejidos u órganos blanco. El sistema endocrino regula el crecimiento, el desarrollo y las funciones de muchos tejidos. Los órganos endocrinos también se denominan glándulas sin conducto o glándulas endocrinas, debido a que sus secreciones se liberan directamente en el torrente sanguíneo. El sistema endocrino, al igual que el sistema nervioso, constituye un sistema de señales que frente a un estímulo libera hormonas que viajan hacia una “célula blanco”. Al llegar a dicha célula, la hormona desencadena una respuesta específica que puede ser por ejemplo, aumentar la actividad celular, o inhibirla. Veamos el proceso con más detalle en la siguiente figura: Fuente: http://mind42.com/mindmap/a8fe432b-f2d4-4fbf-af44-13a42001c7c4?rel=galleryAccesado 6/12/15 Una célula endocrina que forma parte de una glándula endocrina recibe un estímulo y secreta una hormona. Esta hormona viaja por el torrente sanguíneo, alejándose considerablemente de su lugar de origen. En un momento llega a la célula blanco; dicha célula presenta receptores específicos para tal hormona que le permite “entender” el mensaje químico que la glándula endocrina le mandó a larga distancia. A continuación, algunas de las glándulas endocrinas que forman el sistema endocrino: Hipotálamo: Parte del cerebro con la que se conecta la hipófisis. Produce sustancias que relacionan el sistema nervioso con el endocrino. Hipófisis: Produce hormonas que controlan el crecimiento del organismo y el funcionamiento de otras glándulas endocrinas y órganos. Tiroides: Sus hormonas controlan las reacciones metabólicas que ocurren en las células. Produce tres tipos de hormonas: tiroxina (T4), triyodotironina (T3) y calcitonina. Esta glándula es regulada por la hipófisis. Paratiroides: Es la glándula que produce la hormona que regula la concentración de calcio y fósforo en el organismo. 73 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Suprarrenales: Producen diferentes hormonas. Algunas controlan las reacciones metabólicas que transforman alimentos como proteínas y lípidos y otras determinan respuestas del organismo (como el aumento de las frecuencias cardíaca y respiratoria) frente a situaciones de estrés. Páncreas: Algunas de sus células elaboran hormonas que controlan la concentración de glucosa en la sangre. Testículos: Forman espermatozoides y producen hormonas que determinan las características distintivas del sexo masculino. Ovarios: forman óvulos y producen hormonas que determinan las características del sexo femenino y preparan el útero para la gestación. Algunos procesos regulados por hormonas: Contracciones uterinas en el parto: la glándula hipófisis libera la hormona oxitocina cuya regulación está a cargo del sistema nervioso. Éste recibe estímulos desde el útero durante el período previo al parto y estimula la liberación de oxitocina al torrente sanguíneo por donde llega al útero para producir las contracciones uterinas. Producción de leche materna: la hipófisis produce la hormona prolactina que estimula la producción de leche, el estímulo que recibe la glándula es la succión que ejerce el bebé. Para que la leche se encuentre disponible para el bebé deben contraerse las células musculares que rodean los alvéolos, este proceso es producido por la oxitocina que es liberada desde la hipófisis por reflejo producido por la succión del pezón. Fuente: http://www.fmed.uba.ar/fundalac/tips/hormo_lm.htmAccesado 6/12/15 74 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B ACCIÓN DE LA PROLACTINA Fuente:http://www.hospitaldenens.com/guia-de-salut-i-malalties/lactancia-maternaAccesado 6/12/15 Crecimiento óseo: es promovido por la somatotropina u hormona del crecimiento que es elaborada por la glándula hipófisis. Acción de la hormona de crecimiento 75 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Growth_hormoneAccesado 6/12/15 Regulación del nivel de glucosa en sangre: el páncreas es una glándula mixta ya que produce el jugo pancreático (sistema digestivo) y dos hormonas: la insulina y el glucagón. Ambas hormonas intervienen en la regulación de la glucosa (“azúcar”) en la sangre y en el aprovechamiento de la misma en las células. Cuando el nivel de glucosa se eleva en la sangre, se acelera el ritmo de secreción de insulina y se activa el pasaje de glucosa a las células. El glucagón interviene cuando disminuye la concentración de glucosa en sangre, promoviendo la liberación de la misma a la sangre a partir de las reservas hepáticas. La acción conjunta mantiene un nivel normal de glucosa sanguínea. Regulación de la concentración de Glucosa en sangre Fuente: http://megaarquivo.com/2012/09/08/6681-a-conexao-da-insulina/Accesado 5/12/15 Unidad III: Las interacciones entre los seres vivos y el ambiente En esta unidad veremos conceptos ecológicos y para entender de qué se tratan primero deberíamos definir la palabra Ecología: La Ecología: distintos significados para un mismo término Ecología (oikos, casa, logos, estudio): Es la rama de la ciencia que estudia la interacción de los individuos con el ambiente donde viven. 76 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Teniendo en cuenta esto, a partir de ahora vamos a hablar de niveles de organización superiores al nivel individuo (recordar unidad 1). Si miramos este gráfico entonces vamos a estudiar desde el monito como individuo en adelante. Estructura de los ecosistemas. Poblaciones y comunidades Recordemos los conceptos de población, comunidad y ecosistema: POBLACIÓN Conjunto de organismos de la misma especie (pueden reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil) que habitan en un lugar y tiempo determinado. COMUNIDAD Poblaciones diferentes que interactúan entre sí en una determinada región. ECOSISTEMA Es la interacción entre lacomunidad y los componentes inertes en un determinado espacio y tiempo. POBLACIÓN Para entender mejor cada nivel vamos a desglosar las definiciones: Dijimos que una población es un conjunto de organismos de la misma ESPECIE; entonces veamos qué significa el concepto de ESPECIE: Este concepto trae tras de sí años de disputas y discusiones, lo que generó distintos definiciones. El concepto más aceptado en la actualidad es el concepto de especie biológica: Una especie es un grupo natural de individuos que pueden reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil. 77 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente:https://www.flickr.com/photos/furlin/2266029108Accesado 22/11/15 Por ejemplo: si estamos en la zona de Puerto Madryn vamos a encontrar distintos grupos de animales, en esta foto se observan pingüinos y guanacos. Solo constituyen individuos de la misma especie aquellos que se pueden reproducir entre sí, es decir, un pingüino con un pingüino y un guanaco con un guanaco. En la definición anterior también se especifica que los individuos para ser considerados como de la misma especie deben dejar descendencia fértil. ¿Qué significa esto? En la naturaleza, grupos de animales que están muy emparentados pueden reproducirse y tener crías, sin embargo éstos, una vez que llegan a la madurez sexual, no pueden tener su propia descendencia. Esto es el caso de un burro y una yegua que se cruzan y tienen una mula. Las mulas no pueden cruzarse ni con otra mula ni un caballo ni con otro burro, ya que fisiológicamente está inhabilitado para tener crías (la mula es un ejemplo de híbrido). Por esta razón, aunque un burro y un caballo sean todavía compatibles para poder reproducirse, pertenecen a especies distintas ya que la descendencia que producen es infértil o estéril. Una mula Fuente: https://an.wikipedia.org/wiki/Mula#/media/File:09.Moriles_Mula.JPGAccesada 22/11/15 Ya tenemos una idea general de lo que es una especie, sigamos… Una población es un conjunto de individuos de la misma especie, que habitan en un LUGAR Y TIEMPO DETERMINADOS. 78 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Población de abejas Fuente: https://pixabay.com/es/abejas-de-miel-panal-de-miel-345620/ accesada 18/11/15 Lugar y tiempo determinado implica que los individuos que constituyen la población viven en el mismo espacio físico en el mismo momento. Un árbol que vive en Argentina y otro en Brasil, por más que sean de la misma especie, no pertenecen a la misma población. Lo mismo: un alerce que fue atacado por el fuego en un Parque Nacional Los Alerces, ya no pertenece a la población de alerces actual. Las relaciones que se dan entre los integrantes de una misma población se denominan relaciones intraespecíficas; y las que se dan entre individuos de poblaciones distintas, relaciones interespecíficas. Relaciones intraespecíficas Competencia intraespecífica: esta interacción se establece entre individuos de una misma población, entre los que se produce una disputa por el mismo recurso. Ejemplo: las lechuzas se alimentan de roedores. Si la cantidad de roedores disminuye, las lechuzas van a competir por el alimento. Otro ejemplo es cuando machos de la misma especie compiten por la hembra o por el territorio. Machos de la misma especie peleando por territorio (competencia intraespecífica). 79 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Rut_(mammalian_reproduction)Accesado 22/11/15 Relaciones interespecíficas Mutualismo: Implica una relación positiva para los dos individuos que intervienen en la relación. Básicamente es una relación de ayuda e intercambio entre individuos de diferentes especies. Ejemplo: un pez payaso que nada entre los tentáculos de anémona. Ese pez protege su territorio de otros peces comedores de la anémona y a cambio los tentáculos de la anémona lo protegen de otros depredadores. Cuando los organismos pueden vivir tanto asociados como separados (como en este ejemplo) se trata de una relación facultativa o no obligatoria Pez payaso entre los tentáculos de una anémona de mar Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clown_fish_swimming.jpgAccesado 22/11/15 Simbiosis:esta palabra significa “vivir juntos“. Aquí también las dos especies obtienen beneficio. A diferencia del mutualismo, es una relación obligatoria, ya que ambas especies depende de la asociación para sobrevivir. Uno de los ejemplos más conocidos son los líquenes, que son asociaciones obligadas entre hongos y algas. El hongo proporciona la humedad que necesitan las algas y, además, les suministra los minerales esenciales. Las algas son los miembros productores de alimento ya que hacen fotosíntesis, para ellas mismas y para los hongos. Liquen “Barba de viejo” Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquen_Barbas_de_chivo_001.JPGAccesado 22/11/15 80 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Comensalismo:es una relación que se establece entre dos especies, en la que una de ellas obtiene un beneficio y la otra no se beneficia ni se perjudica. El beneficio que obtiene el comensal puede ser la obtención de alimentos, la protección o el transporte. Ejemplo: la rémora debajo del tiburón aprovecha el transporte gratuito. Tiburón con varias rémoras Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Lemon_sharkaccesado 22/11/15 Parasitismo: Consiste en la relación entre dos organismos de diferentes especies en el que uno se beneficia y otro se perjudica. En el caso del parasitismo, el que se beneficia (parásito)no llega a matar al que se perjudica (hospedador). Ejemplos hay miles: nuestros perros y gatos coexisten con parásitos de todo tipo y tamaño, microorganismos como las giardias que habitan en su sistema digestivo, insectos como las pulgas y arácnidos como las garrapatas. Mosquito hematófago del género Anopheles Fuente:https://en.wikipedia.org/wiki/Hematophagy.Accesado 24/11/15 Depredación: al igual que en el parasitismo, hay un individuo que se beneficia (depredador) y el otro recibe el máximo perjuicio: la muerte (presa). La depredación es un paso obligado en las redes tróficas y constituye uno de los mecanismos que mantienen el equilibrio de los ecosistemas. Ejemplos de este tipo de relación son los yaguaretés con los ciervos, el oso hormiguero con las hormigas 81 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Lince depredando un pájaro Fuente: https://gl.wikipedia.org/wiki/Lince_(zoolox%C3%ADa). Accesado 24/11/15 Competencia: es un tipo de relación en la que ambos individuos participantes se ven perjudicados. Por ejemplo, dos especies de aves diferentes (palomas y gorriones) compiten por el mismo tipo de alimento. Maíz y Sorgo de Alepo que compiten por los recursos del suelo Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Zea_mays#La_planta. Accesado 24/11/15 Las redes alimentarias: la transferencia de materia y energía entre los seres vivos NIVELES TRÓFICOS La palabra trofos significa “que se alimenta” y en esta parte vamos a tratar de entender quién se come a quién y cómo ésto permite mantener el delicado equilibrio de los sistemas ecológicos. Un nivel trófico comprende a un grupo de organismos que cumplen la misma función en sus respectivas redes tróficas. Una red trófica es un diagrama que permite entender las múltiples relaciones que se pueden dar entre los distintos niveles tróficos. Así, según el modo de nutrición y las relaciones alimentarias que establecen los 82 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B distintos tipos de organismos en un hábitat determinado, se los puede agrupar en un nivel trófico determinado: el de los productores, el de los consumidores o el de los descomponedores. Fuente: https://proyectoeducere.wordpress.com/tag/consumidor-secundario/Accesada 13/12/15 Esquema de una red podemos ver que la red demuestra las complejas relaciones entre los niveles tróficos. Una cadena trófica es solo una porción de la red. Productores El primer nivel trófico de una red alimentaria está constituido por los productores. En ambientes terrestres, las plantas son los productores y, en los acuáticos, en general son las algas. Estos organismos se denominan productores porque producen su propio alimento como ya aprendimos cuando vimos fotosíntesis, también llamados autótrofos. Este alimento es aprovechado por ellos mismos y por otros organismos que se alimentan de ellos. Consumidores 83 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Aquellos organismos que no pueden fabricar su propio alimento, heterótrofos, se ven forzados a alimentarse de otros que le proporcionan energía y materia para realizar sus funciones vitales. Aquellos consumidores que se alimentan de productores, constituyen el segundo nivel trófico y se denominan consumidores de primer orden y son herbívoros. Por otro lado, están los que se alimentan de animales herbívoros y pertenecen al nivel de consumidores de segundo orden, tercer orden, etc. Descomponedores o degradadores Representados por los hongos y las bacterias, son organismos heterótrofos que se alimentan de restos y desechos de una comunidad, como hojas, ramas de árboles, heces, etc. Se encargan de transformar la materia orgánica en inorgánica, restituyendo así materiales inorgánicos al ambiente (que habían sido extraídos por los productores para la fotosíntesis) Es importante señalar que los descomponedores o degradadores actúan sobre todos los niveles tróficos de la red. Red trófica y niveles tróficos 84 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: http://www.escuelapedia.com/cadena-alimenticia/Accesada 13/12/15 Red trófica donde podemos ver los organismos de pertenecientes a cada nivel. En este esquema podemos observar: Primer nivel trófico: productores, plantas que elaboran su propio alimento. Segundo nivel trófico: consumidores de primer orden, animales que se alimentan de productores Tercer nivel trófico: consumidores de segundo orden, animales que se alimentan de consumidores de primer orden Cuarto nivel trófico: consumidores de tercer orden, animales que se alimentan de consumidores de segundo orden (No se detallan en este esquema a los descomponedores) COMUNIDADES Una comunidad es un conjunto de poblaciones de diferentes especies, que habitan una zona geográfica determinada y un tiempo determinado. Veamos dos ejemplos de comunidades: 85 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Comunidad acuática donde se observan distintas poblaciones de peces tropicales, corales y vegetales acuáticos Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Palma_Aquarium-Mares_tropicales.jpgAccesado 25/11/15 En esta fotografía vemos la comunidad de un campo, hay distintas poblaciones de animales y vegetales. Comunidad integrada por poblaciones de cerdos, caballos, vacunos, y poblaciones de vegetales. Fuente:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animals_at_Sturtmoor_Pond,_Plaitford_Common,_New_Forest__geograph.org.uk_-_440454.jpgAccesado 25/11/15 86 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B A medida que avanzamos en los niveles de organización, vamos a darnos cuenta que las relaciones entre los individuos se tornan más complejas, y en el caso de las comunidades la interacción entre las poblaciones determinan su distribución, la explotación del recurso, las redes tróficas, etc. También es importante tener en cuenta a los componentes abióticos que siempre están presentes. La luz, el agua, los minerales del suelo son determinantes en la distribución espacial de las poblaciones. Por ejemplo, en la selva, se reconocen estratos vegetales que se disponen de manera que puedan aumentar la absorción de luz, esos estratos son el resultado de “la lucha por la luz del sol”. En cambio en un ambiente desértico, el agua es el recurso limitante, provocando que las poblaciones animales y vegetales estén adaptadas al uso sustentable del agua. Si bien una comunidad está sujeta a cambios ambientales naturales o provocados por el hombre, la persistencia de la comunidad en el tiempo refleja su estabilidad. Es decir, su capacidad de encontrar, después de un cambio o una perturbación, un nuevo estado de equilibrio que difiere del anterior en la abundancia relativa de sus poblaciones. La estabilidad no sólo depende de la composición de cada comunidad, sino también de la magnitud y de la recurrencia de las perturbaciones. Una comunidad que habita un ambiente de condiciones físicas estables, como una zona tropical, es más sensible a las perturbaciones (tormentas, plagas) que una comunidad de zonas templadas o frías, donde las variaciones son más frecuentes. ECOSISTEMA Y llegamos al mayor nivel de organización que vamos a ver en esta unidad. Ahora va a ser más fácil entender el concepto de ecosistema que vimos al principio que decía: un ecosistema es la interacción entre las comunidades y los componentes inertes en un determinado espacio y tiempo. Ya entendimos el concepto de comunidad, entonces nos resta entender qué son los componentes inertes o abióticos. Los componentes abióticos corresponden al medio físico, donde se desarrolla la vida de los organismos. Por ejemplo, el aire, los minerales disueltos, el agua, el suelo,la temperatura, etc. Es importante entender el hecho de que definir los límites de un ecosistema es una tarea muy difícil. En sí, la palabra ecosistema es meramente una definición para tratar de aislar una porción del ambiente y así estudiarla mejor. Pero en sí, un ecosistema puede ser el tronco de un árbol caído como la zona costera de nuestro país. Las transformaciones de la materia y energía en los ecosistemas Ciclo de la materia La materia necesaria para la vida en los ecosistemas se mueve en ciclos cerrados, que permiten a los organismos vivientes utilizarlos una y otra vez, ya que se reciclan constantemente. Para comprender mejor cómo operan estos ciclos, debemos recordar que en la fotosíntesis las plantas verdes toman del ambiente sustancias inorgánicas y las transforman en compuestos orgánicos, que sirven como fuente principal de energía y de materia para construir el cuerpo de cualquier ser viviente. En la red alimentaria de un ecosistema, la materia orgánica generada por los productores (organismos fotosintetizadores) se transfiere, sucesivamente, a través de los diferentes niveles tróficos ocupados por los consumidores. Cuando tales organismos mueren (o eliminan sus desechos), las sustancias orgánicas presentes en los restos cadavéricos (o en los desechos) son desintegradas por los descomponedores, hasta 87 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B reducirlas a moléculas inorgánicas simples, que pueden ser tomadas por otros organismos capaces de incorporarlas a su propio organismo. En síntesis, dentro de un ecosistema y también entre ecosistemas, la materia prima con que se construye el ser vivo circula: desde los componentes no vivos (componentes abióticos) a los organismos vivos, luego regresa a lo no vivo, de ahí a los seres vivientes y así, sucesivamente. Este tipo de circulación se conoce como CICLO DE LA MATERIA. Si la materia no repitiera su ciclo, ninguna forma viviente sobreviviría en la actualidad, porque los cadáveres y desechos orgánicos acumularían indefinidamente la materia prima que permite estructurar a los organismos. Flujo de la energía ¿Por qué se llama ciclo de la materia y no de la energía? A diferencia de la materia, la energía no describe un ciclo, sino un camino lineal llamado flujo de la energía. Las plantas usan la energía lumínica del sol y mediante la fotosíntesis la transforman en energía química que queda almacenada en moléculas más complejas como la glucosa. Las sustancias complejas ricas en energía química, son aprovechadas en mantener el funcionamiento del organismo y en construir nuevos materiales necesarios para el crecimiento y la reproducción del individuo. Del total de energía asimilada, una parte se elimina a partir de sustancias presentes en las heces y en la orina, y en las sustancias que se liberan cuando ocurre la respiración (agua y dióxido de carbono). Otra parte de la energía se pierde en forma de calor y, por lo tanto, no puede volver a ser utilizada en el ecosistema. 88 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Debido a todas las transformaciones que se suceden, a medida que se avanza en los niveles tróficos, se pierde una cantidad considerable de energía, razón por la cual supone que una cadena alimentaria no presente muchos eslabones. Ciclo de la materia y flujo de la energía en un ambiente terrestre, se observa como el grosor de la flecha de energía es menor a medida que avanzas por los niveles tróficos. Fuente: http://enznaturalsciencesgrd.blogspot.com.ar/2013_03_01_archive.htmlAccesado 16/12/15 Ciclo del agua El agua en todos sus estados permite que exista la vida en la Tierra. Puede presentar tres estadosfísicos: líquido, sólido y gaseoso. Las nubes pueden llegar a almacenar grandes cantidad de vapor de agua. Esta 89 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B agua en estado gaseoso ingresa en los ecosistemas, tanto acuáticos como terrestres, desde la atmósfera por precipitaciones (lluvia, nieve, granizo). Una vez que el agua se ha precipitado sobre la tierra firme, puede seguir diversos caminos: parte de ella se infiltrará en el terreno y se acumulará en grandes depósitos subterráneos (acuíferos) o formará corrientes subterráneas que, con el tiempo, dejarán salir el agua a la superficie para que siga su curso. Otra parte del agua caída discurrirá por la superficie terrestre formando torrentes, arroyos y ríos que llevarán, de nuevo, el agua hasta el mar. Luego el agua vuelve al estado gaseoso por evaporación de las superficies terrestres y acuáticas o por transpiración desde los seres vivos de los ecosistemas terrestres. Así se completa el ciclo del agua o ciclo hidrológico. Como dijimos antes, en el ciclo de la materia, en este caso el agua, se mantiene constante a lo largo de todo el ciclo. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo-del-agua.jpgAccesado 13/12/15 Ciclo del carbono Volvamos a recordar los procesos que aprendimos en las unidades anteriores: la fotosíntesis y la respiración. En la fotosíntesis, realizada por las plantas verdes, moléculas de dióxido de carbono (CO 2 ) se utilizan para poder producir glucosa. 90 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: http://fotosintesisvi.wikispaces.com/homeAccesado 13/12/15 En la respiración, realizada por todos los seres vivos, se rompen moléculas de glucosa para obtener energía y como producto secundario se obtienen moléculas de dióxido de carbono. Larvas de mosquitos respirando Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Culex_sp_larvae.pngAccesado 13/12/15 El ciclo del carbono muestra como circula este elemento dentro de los ecosistemas. Es un ciclo de gran importancia para la supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta, debido a que de él depende la producción de materia orgánica que es el alimento básico y fundamental de todo ser vivo. Las moléculas de CO2 asimilables por los seres vivos constituyen la reserva principal de carbono; se hallan en los cuerpos de agua y en la atmósfera en una concentración de aproximadamente 0.03 %. Los organismos vivos lo incorporan cuando los vegetales lo toman para el proceso de fotosíntesis y retorna a la atmósfera a través de la respiración de los seres vivos. Los productores almacenan carbohidratos que pasan a los consumidores quienes restituyen el CO2 a través de la respiración. Otra fuente de este gas es la descomposición de la materia orgánica, la combustión del petróleo y algunos fenómenos naturales como los incendios. Fuente: http://psaez8b.blogspot.com.ar/Accesado 13/12/15 91 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Los problemas actuales de la actividad del hombre sobre el medio Efecto invernadero El dióxido de carbono (CO2) es un gas cuya proporción en la atmósfera es muy baja (0.03 %). Sin la presencia del mismo la radiación proveniente del sol que llega a la superficie terrestre sería enviada como calor hacia el espacio. El dióxido de carbono, el óxido nitroso, el metano, el vapor de agua y otros conservan una alta proporción de calor que llega desde el Sol. Este proceso se conoce como “efecto invernadero” y ha permitido el desarrollo de la vida en la tierra. La tala de selvas y bosques, la quema de combustibles como el petróleo, el carbón y el gas natural y algunos métodos de explotación agrícola, han provocado el aumento en la proporción de los gases invernadero. Esto trae aparejado un incremento de la temperatura global cuyas consecuencias entre otras serían: alteraciones en el ciclo del agua, inundaciones, intensificación de procesos erosivos, sequías, derretimiento de los casquetes polares con el consecuente aumento del nivel del mar, disminución de la biodiversidad, disminución de los rendimientos agrícolas en las regiones tropicales y subtropicales, desertificación de zonas interiores como por ejemplo la Patagonia de nuestro país. Las medidas que se deben considerarse son preventivas para reducir el uso y la eliminación de los gases invernadero a la atmósfera. Algunas de ellas son: reducir la deforestación, incrementar el uso de energías alternativas, reemplazar las lamparitas incandescentes por fluorescentes, utilizar heladeras con la etiqueta A que indica mayor eficiencia energética, reducir el volumen de basura generado. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Efecto-invernadero-1-728.jpgAccesada 13/12/15 Adelgazamiento de la capa de ozono El ozono atmosférico se encuentra en las altas capas de la atmósfera y actúa como depurador del aire y sobre todo como filtro de los rayos ultravioletas procedentes del Sol. Sin ese filtro, la existencia de vida en 92 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B la Tierra sería completamente imposible, de ahí la gran importancia de la llamada “Capa de Ozono”. La radiación ultravioleta provoca cambios genéticos, generalmente perjudiciales, en los organismos, aumento considerable de los casos de cáncer de piel, aumento de cegueras oculares, cataratas, cáncer ocular, perturbaciones en el sistema inmunológico y en los vegetales disminución de las cosechas. En la década del 70, se descubrió que algunas zonas de la capa de ozono estaban adelgazando y que este efecto era promovido principalmente por la eliminación a la atmósfera de clorofluorocarbonos (CFC). Estos compuestos fueron muy utilizados en los años 40 en la fabricación de aerosoles, como fluidos refrigerantes en frigoríficos e instalaciones de aire acondicionado, etc. Los CFC se descomponen por la acción de los rayos ultravioletas y liberan gas cloro, que destruye miles de moléculas de ozono. Se dice, que el efecto del CFC es retardado, lo que significa que los efectos actuales de este gas sobre la capa de ozono corresponden a la acción de gases que fueron liberados hace más de diez años. Algunas medidas para combatir este problema: evitar el consumo de sprays, aerosoles y productos envasados con espumas de poliestireno, buscar electrodomésticos con alternativas al CFC, protegerse del sol directo y usar anteojos de sol. Contaminación ambiental La contaminación es aquella alteración en el medio ambiente que puede provocar daños en un ecosistema, en el medio físico o en los seres vivos. Un contaminante es una sustancia que se encuentra en un medio al cual no pertenece o que lo hace a niveles que pueden causar efectos (adversos) para la salud o el medio ambiente. Existen diversos factores que provocan esos daños, generando los distintos tipos de contaminación que nos rodean: contaminación ambiental, contaminación acústica, contaminación del agua, contaminación del suelo, contaminación radiactiva, etc. Veamos algunos ejemplos: Contaminación radiactiva: las centrales nucleares utilizan como combustible una sustancia radiactiva llamada Uranio. Como los residuos radiactivos son contaminantes, deben ser almacenados en un sitio completamente aislado durante un largo período. Si ocurre un accidente nuclear, las consecuencias para la salud y el ambiente pueden ser catastróficas. El caso más famoso de contaminación radiactiva es el que ocurrió en Chernobyl, Ucrania en el año 1986. Contaminación acústica: hace referencia al ruido (entendido como sonido excesivo y molesto), provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, locales de ocio, aviones, etc.), que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los seres vivos. El ruido es considerado como un contaminante, es decir, ya que un sonido molesto puede producir efectos nocivos fisiológicos y psicológicos para una persona o grupo de personas. Las principales causas de la contaminación acústica son aquellas relacionadas con las actividades humanas como el transporte, la construcción de edificios y obras públicas, las industrias, entre otras. La 93 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B contaminación acústica implica el riesgo de una disminución importante en la capacidad auditiva, así como la posibilidad de trastornos que van desde lo psicológico (paranoia, perversión) hasta lo fisiológico. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Noise_pollutionAccesada 13/12/15 Contaminación del agua:Los cuerpos de agua (ríos, lagos, mares, etc.) en general son los más afectados por agentes contaminantes producto de las actividades del hombre quien agrega al agua sustancias ajenas a su composición, modificando la calidad de la misma. Se dice que está contaminada pues no puede utilizarse como generalmente se hace. Esta contaminación ha adquirido importancia debido al aumento de la población y al incremento de los agentes contaminantes que el propio hombre ha creado.Las fuentes de contaminación son resultados indirectos de las actividades domésticas, industriales o agrícolas. Ríos, canales y lagos son contaminados por los desechos del alcantarillado, desechos industriales, detergentes, abonos y pesticidas que escurren de las tierras agrícolas. El efecto en los ríos, lagos y mares se traduce en la desaparición de la vegetación natural, disminuye la cantidad de oxígeno produciendo la muerte de los peces y demás animales acuáticos. Algunas medidas para evitar la contaminación del agua: mejorar los planes urbanísticos adecuando los desagües cloacales y construyendo plantas depuradoras, reciclar el agua proveniente de las industrias y depurarla antes de verterla, fomentar políticas de ahorro de agua, controlar el transporte de petróleo y material tóxico en el mar, etc. Contaminación visual:Este tipo de contaminación percibida a través del sentido de la vista expone diariamente a millones de personas, principalmente en las ciudades, a estímulos agresivos que las invaden.La contaminación visual se refiere al abuso de ciertos elementos “no arquitectónicos” que alteran la estética, la imagen del paisaje tanto rural como urbano y que generan, a menudo, una sobreestimulación visual agresiva, invasiva y simultánea. Dichos elementos pueden ser carteles, cables, chimeneas, antenas, postes y otros elementos, que no provocan contaminación de por sí; pero mediante la manipulación indiscriminada del hombre (tamaño, orden, distribución) se convierten en agentes contaminantes. La simultaneidad de estos estímulos a los que se ven sometidos, por ejemplo, los automovilistas, pueden llegar a transformarse en disparadores de accidentes de tránsitodado que pueden llegar a generar distracción, e incluso a imposibilitar la percepción de las señales indicadoras de tránsito. 94 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Fuente: https://www.flickr.com/photos/dannychoo/3216181434Accesada 13/12/15 95 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Indice Unidad I: Las características de los seres vivos ........................................................................................ 3 Características de la vida ............................................................................................................................... 3 Los seres vivos, sistemas complejos y abiertos. Niveles de organización de la materia en la tierra ............ 8 La organización de los seres vivos. La célula como unidad básica de los seres vivos. Estructura básica de la célula ........................................................................................................................................................ 16 La composición química de los seres vivos. Las moléculas de la vida ......................................................... 27 Materia, energía y vida ................................................................................................................................ 32 Acerca del origen de la vida......................................................................................................................... 35 Unidad II: El organismo humano como sistema abierto ......................................................................... 41 Funciones de nutrición en el organismo humano ............................................................................... 42 El sistema digestivo ................................................................................................................................. 42 El sistema respiratorio ............................................................................................................................. 48 El sistema circulatorio.............................................................................................................................. 53 Sistema Urinario ...................................................................................................................................... 62 Funciones de coordinación y control ................................................................................................. 66 Sistema nervioso ..................................................................................................................................... 66 Sistema endocrino ................................................................................................................................... 72 Unidad III: Las interacciones entre los seres vivos y el ambiente ............................................................ 76 La Ecología: distintos significados para un mismo término ........................................................................ 76 Estructura de los ecosistemas. Poblaciones y comunidades ...................................................................... 77 Las redes alimentarias: la transferencia de materia y energía entre los seres vivos .................................. 82 Las transformaciones de la materia y energía en los ecosistemas ............................................................. 87 Los problemas actuales de la actividad del hombre sobre el medio .......................................................... 92 96 Programa Adultos 2000 – Dossier de Biología B Material de estudio: Guía de estudio y autoevaluaciones Dossier A continuación se le presenta una lista con actividades principales y complementarias de la guía de estudios. Este listado apunta a que Ud. optimice sus tiempos de estudio. En las actividades principales encontrará aquellas en las que se trabajan los contenidos centrales de esta materia, los cuales se completan con los talleres. Para resolver las actividades principales necesitará, además de la guía, el dossier. Con las actividades complementarias podrá reflexionar acerca de las distintas conductas y conocimientos que posee, antes de estudiar Biología, ampliar conocimientos y tener mayor información acerca de los diversos temas tratados Unidad 1 Actividades principales Actividades: 1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,19,21,22,23,25,26,28,30 Actividades complementarias Actividades de anticipación I y II Actividades: 9,14,15,16,17,18,20,24,27,29 Tenga en cuenta que en la guía de estudios figura material teórico que debe ser estudiado ya que explica algunos contenidos importantes los cuales se completan con el dossier. Unidad 2 Actividades principales Actividades: 31,32,34,35,38,39,40,41,42,43,44,45,46,49,50,51,53,54,55,57,58,59,61,62 Actividades complementarias Actividades de anticipación: I,II y III; pág 77: I Actividades: 33,36,37,47,48,52,56,60,63,64,65 Tenga en cuenta que en la guía de estudios figura material teórico que debe ser estudiado ya que explica algunos contenidos importantes los cuales se completan con el dossier. Unidad 3 Actividades principales Actividades: 66,70,71,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,91,102,103,104 Actividades complementarias Actividades de anticipación: I Actividades: 67,68,69,72,73,74,75,87,88,89,90,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101 Tenga en cuenta que en la guía de estudios figura material teórico que debe ser estudiado ya que explica algunos contenidos importantes los cuales se completan con el dossier. 97
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