Lección 15 Los Microorganismos Introducción La microbiología

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERIA
CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 210101 – BIOLOGIA
Lección 15 Los Microorganismos
Introducción
La microbiología estudia los microorganismos u organismos unicelulares
generalmente microscópicos que se dividen en: virus; bacterias; protozoos,
algunas algas y hongos. Según el objeto de estudio o de interacción entre el
hombre y los microorganismos se pueden señalar múltiples clasificaciones para
casos específicos de la microbiología. Por ejemplo: bacteriología, microbiología
agrícola, microbiología de alimentos, microbiología ambiental, protozoología,
micología,
virología,
entre
otras.
El objeto material de la microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres
que investiga, lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos
estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los
virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las
bacterias, los protozoos y parte de las algas y de los hongos, los cuales según la
clasificación de Whittaker conforman reinos distintos a plantas y animales.
Los Virus
Características
Los virus son organismos submicroscópicos, de forma variable pueden ser
alargados, icosaédricos (polígono de 20 lados), algunos como los bacteriófagos
que atacan a las bacterias, tienen forma más compleja su estructura presenta
cabeza y cola. Los virus contienen solamente un tipo de ácido nucleico que puede
ser: ADN (ácido desoxirribonucleico) o ARN (ácido ribonucleico), rodeado de una
cubierta de proteína denominada cápsida la cual tiene función protectora.
Figura 108 Microfotografía de Adenovirus
Tomada de http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookDiversity_1.html
http://web.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/linda.html
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Algunos tipos de virus poseen también una envoltura, constituida por lípidos y
proteínas, que tiene su origen en la membrana de la célula infectada y envuelve la
cápsida, es el caso del virus de inmunodeficiencia humana. A esta estructura
completa se la denomina partícula vírica o virión. Los virus no tienen organización
celular, ni pueden realizar sus procesos metabólicos de manera independiente,
por lo que se les sitúa en el límite entre lo vivo y lo no vivo. Para su replicación
necesitan de células vivas constituyéndose en parásitos intracelulares obligados.
Los virus pueden actuar de dos formas distintas:
• Como agentes infecciosos productores de enfermedades en el hombre, las
plantas y los animales. Se reproducen en el interior de las células que infectan de
donde obtienen todo el material y los mecanismos requeridos para su replicación.
• Como agentes genéticos que modifican el material hereditario de las células que
infectan, al unirse a su material genético y causar variabilidad genética.
Los virus que infectan a las bacterias se denominan bacteriófagos
Figura 109 Representación esquemática de un virus bacteriófago
Fuente: Carmen Eugenia Piña
Figura 110 Representación esquemática de bacteriófago infectando una bacteria
Fuente: Carmen Eugenia Piña
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Mecanismo de replicación de los virus
El proceso se inicia con la adhesión del virus a la célula
El virus penetra dentro de la célula e inyecta en ella su ácido nucleico (material
genético).
El ADN de la célula fabrica las proteínas víricas y el ácido nucleico viral se replica
en la célula que parásita utilizando las enzimas, el material y los mecanismos de la
célula que hospeda.
Cuando hay suficiente cantidad de ácido nucleico viral este se ensambla con la
proteína vírica y abandona la célula.
Clasificación de los virus
Los virus no se clasifican en ninguno de los 5 reinos propuestos por Whittaker
debido a que no tienen organización celular, y utilizan los procesos anabólicos de
las células hospedadoras para su replicación. Tampoco se ubican en ninguno de
los 3 dominios
El ICTV (Comité Internacional de Taxonomía de Virus) propuso un sistema
universal de clasificación viral. El sistema utiliza una serie de taxones como se
indica a continuación:
Orden (-virales).
Familia (-viridae)
Subfamilia (-virinae)
Genero (-virus)
Especie ( ).
Los virus se agrupan en familias y subfamilias cuyo nombre se ha latinizado; por
ejemplo, los virus herpes se agrupan en la familia Herpesviridae. Las subfamilias
tienen el sufijo “nae”, Ej: Herpesvirinae.
El otro tipo de agrupación es el género, que no se nombra en forma latinizada, por
ejemplo, herpesvirus.
Por ejemplo, el virus Ebola de Kikwit se clasifica como:
Orden: Mononegavirales
Familia: Filoviridae
Género: Filovirus
Especie: virus Ebola Zaire
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Los
criterios
utilizados
en
este
sistema
de
clasificación
son:
a) Tipo y naturaleza del genoma. (AND; ARN)
b) Morfología de la partícula vírica o virion: simetría de la nucleocápsula, presencia
de envoltura.
c) Mecanismo de replicación Hospedero
Otro sistema de clasificación se basa en la capacidad de infectar determinadas
células huésped y de acuerdo con ello se subdividen en tres clases principales:
virus animales, virus bacterianos o bacteriófagos y virus de las plantas
Origen de los virus
Existen 2 hipótesis sobre el origen de los virus:
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/071/htm/sec_18.htm
1. Una teoría propone que los virus son consecuencia de la degeneración de
microorganismos (bacterias, protozoarios y hongos) que alguna vez fueron
parásitos obligatorios de otras células, a tal grado que se convirtieron en parásitos
intracelulares y perdieron paulatinamente todos los componentes necesarios para
desarrollar un ciclo de vida libre independiente de la célula hospedera. Sin
embargo, el hecho de que la organización de los virus es de tipo no celular, es un
importante argumento en contra de esta teoría, ya que las cápsides virales son
análogas, desde el punto de vista morfogenético, a los organelos celulares
constituidos por subunidades de proteína, tales como flagelos y filamentos que
forman el citoesqueleto, y no son parecidas a las membranas celulares. Por otra
parte, las envolturas de los virus no muestran similitudes arquitectónicas con las
membranas celulares o en caso de poseer dicha arquitectura es debido a que la
envoltura viral fue adquirida como consecuencia de la protrusión o brote de la
partícula
viral
a
través
de
la
membrana
celular.
2. La otra teoría propone que los virus son el equivalente a genes vagabundos.
Por ejemplo, es probable que algunos fragmentos de ácido nucleico hayan sido
transferidos en forma fortuita a una célula perteneciente a una especie diferente a
la que pertenecen dichos fragmentos, los cuales en lugar de haber sido
degradados (como ocurre generalmente), por causas desconocidas podrían
sobrevivir y multiplicarse en la nueva célula hospedera.
Enfermedades virales
Los virus son causantes de enfermedades infecciosas en el hombre como son : la
viruela, la gripe, la hepatitis, las paperas, la rabia, la poliomielitis, el SIDA, el
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sarampión , la encefalitis, la rubéola, el herpes, la fiebre amarilla ésta última
transmitida por un vector; en los animales originan el moquillo, la rabia, la
influenza, la encefalitis, el cólera; y en las plantas enfermedades como el virus del
mosaico del tabaco y el virus del mosaico amarillo del nabo entre otras.
Los mecanismos de trasmisión son diversos algunos por vía respiratoria cuando la
persona enferma estornuda o tose; otros a través de picaduras de insectos es el
caso de la fiebre amarilla; o por mordedura de animales enfermos como en el caso
de la rabia; los que causan trastornos digestivos por vía oral-fecal y por
inoculación con jeringas u objetos infectados, por transfusión de sangre
contaminada, por relaciones sexuales sin protección y por último a través de la
madre al hijo durante el embarazo o en el momento del parto. En el caso de las
plantas la trasmisión se hace por insectos o nematodos. Los medios para prevenir
la infección viral son las vacunas que causan inmunidad, evitar el contacto con
personas infectadas, esterilización de objetos, uso de jeringas desechables.
Importancia biológica de los virus
Los virus sirven para adelantar investigaciones biológicas relacionadas con su
mecanismo de replicación y así poder encontrar mecanismos para controlar su
multiplicación. Los virus permiten la elaboración de vacunas, fueron de los
primeros modelos para el estudio del funcionamiento del genoma, los biólogos
utilizan los virus para estudiar el mecanismo de control de la información genética
y extrapolarlo a organismos más complejos. Algunos virus atacan bacterias e
insectos perjudiciales ayudando a mantener el equilibrio ecológico. Los virus
sirven como mediadores en el intercambio genético entre individuos de una misma
o diferentes especies proporcionando variabilidad de los organismos y por ende
disminuyen la susceptibilidad a ser infectados. Por ejemplo, las bacterias que han
sido infectadas por virus –bacteriófagos- pueden realizar funciones que en otras
condiciones
no
podría
realizar
Algunos virus se utilizan en medicina para introducir información a células
animales que presenten defectos genéticos o adquiridos y así lograr que funcionen
normalmente.
Viroides
Son moléculas de ARN circular (300-400 nucleotidos) que carecen de cubierta
viral o cápsida, son de tamaño menor que los virus. Se encuentran en células
vegetales donde causan enfermedades. Debido a que los viroides no codifican
para ninguna proteína deben necesariamente reclutar proteínas y vías metabólicas
de la célula hospedera para completar su ciclo infeccioso. Se les considera como
la etapa primitiva de los virus. Se cree que los viroides podrían proceder
evolutivamente de los intrones.
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Características
1. Bajo peso molecular
2. No tienen cápsula proteica
3. Se multiplican en forma autónoma
4. Parásitos obligados
5. Infecciosos
Priones Son proteínas que se multiplican en la célula hospedadora donde generan
graves alteraciones. Todas las enfermedades ocasionadas por priones son
neurológicas, por ejemplo el síndrome de las vacas locas. A continuación se
presenta una ampliación tomada de:
http://enfenix.webcindario.com/biologia/microbio/priones.phtml
Proteínas del Prion Los priones son agentes patógenos formados por una proteína
(proteína del prión o PPr). Los priones, o las enfermedades producidas por
priones, tienen un comportamiento sorprendente, por un lado se transmiten
verticalmente, como cualquier enfermedad hereditaria típica, mientras que por otro
lado se comportan de manera infectiva, transmitiéndose horizontalmente,
mediante contagios que pueden darse entre individuos de distintas especies. La
proteína del prión (PrP) normal, tiene una secuencia de aminoácidos, (estructura
primaria) idéntica a la proteína del prión patógena. La diferencia entre las dos
recae en la estructuras secundaria y terciaria
Proteína de Prion Normal
Proteína de Prion patógeno
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Proteína patógena infectando una normal
Interacción de proteína normal con proteína patógena
Estructura terciaria de la proteína
del prión
Estructura secundaria del Prion
La proteína normal es muy rica en hélices alfa , la proteína patógena lo es en
láminas beta . Este cambio de configura ción es crucial, ya que las proteínas con
láminas beta son muy resistentes a las enzimas proteolíticas, al calor y no se
disuelven en agua. Pero sobre todo, la proteína alterada tiene una característica
única: interacciona con una molécula de proteína normal, le cambia la
conformación y la hace capaz de convertir las estructuras de más proteínas
normales. Ahí radica al parecer, el poder infectivo de los priones
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Esquema explicativo poder infectivo de los Priones
Figura 111 Esquema explicativo poder infectivo de los Priones
Puede ocurrir que la proteína patógena infecte individuos que producen proteína
normal (a), como ha ocurrido por ejemplo al consumir las vacas piensos
elaborados a partir de ovejas enfermas. En este caso la proteína patógena origina
un cambio conformacional de la proteína normal (b), transformando las hélices alfa
de su estructura proteica en láminas beta.
Las nuevas proteínas patógenas
inducen el cambio en otras normales, lo cual produce un efecto de "cascada".
Para saber más
Profundización sugerida para estudiantes de Regencia de Farmacia, Zootecnia, e
Ingeniería de Alimentos. Curso sobre Virología de la Universidad de Rochester:
http://www.medynet.com/usuarios/nnuneza/virologia/indexviral.html
http://www.virology.net/ Journal sobre virología
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Lectura
Nuevas investigaciones confirman el origen vírico de la obesidad
El 30% de los casos pueden deberse a infecciones y una vacuna puede prevenir hasta
el 15% del sobrepeso
Nuevas investigaciones confirman que el 30% de los casos de obesidad son
debidos a infecciones víricas y que una vacuna puede reducir el crecimiento de la
enfermedad en un 15%. Lo que en 1997 se descubrió en animales y el año
pasado en humanos, se confirma plenamente ahora: el adenovirus Ad-36
desempeña un papel crucial en la obesidad humana, originando hasta 20 kilos de
más en las personas infestadas. En consecuencia, de la misma forma que se
previenen enfermedades como la rubéola o la polio, una protección similar
aplicada en la infancia evitaría que los niños desarrollasen el sobrepeso en la
edad adulta. Por Marta Morales.
Cierto tipo de obesidad, derivada de un virus, podría evitarse por medio de
vacunas, según el equipo médico que lleva investigando la posible relación de la
obesidad con un tipo de virus y que ha informado del estado de sus conocimientos
en el congreso de la NAASO norteamericana, una asociación líder en
investigación científica sobre la obesidad, celebrado la pasada semana en
Vancouver.
El investigador Nikhil V. Dhurandhar, del Centro de Investigaciones Biomédicas de
Pennington, Lousiana, Estados Unidos, afirmó en Vancouver que el exceso de
peso está relacionado, en ciertos casos, con infecciones virales. Explicando el
estado actual de sus investigaciones, que ya fueron objeto de un estudio publicado
recientemente por el International Journal of Obesity, Dhurandhar señaló que se
ha comprobado que el adenovirus 36 (Ad-36) estaba presente seis veces más en
los obesos que en las personas de peso normal.
Hasta ahora se han identificado al menos 40 subtipos de adenovirus que pueden
provocar problemas respiratorios e infecciones gastrointestinales. Según el
profesor Dhurandhar, sus investigaciones demuestran que el Ad-36 desempeña
un papel crucial en la obesidad humana.
En el estudio publicado en el International Journal of Obesity, que analizó a 502
personas, demostró que el 30 por ciento de ellas presentaban anticuerpos del
virus Ad-36, mientras que los mismos anticuerpos estaban presentes únicamente
en el 5 por ciento de las personas no obesas. El estudio reveló asimismo que los
obesos infestados con el Ad-36 pesan una media de 20 kilos más que las demás
personas investigadas. Estos obesos se distinguen además de los otros en que,
paradójicamente, tienen una tasa más baja de colesterol y de triglicéridos. Los
10
investigadores consideran que el Ad-36 afecta al metabolismo de las células
adiposas en crecimiento, favoreciendo la acumulación de grasa y su rápido
crecimiento. Eso significa que una persona infestada por el virus engorda mucho
más que otra persona que coma la misma cantidad y tipo de alimentos.
Dhurandhar considera que el exceso de peso está relacionado, en ciertos casos,
con infecciones virales. En consecuencia, de la misma forma que se previenen
enfermedades como la rubéola o la polio, señala que una protección similar
aplicada en la infancia evitaría que los niños desarrollasen el sobrepeso en la
edad adulta. Dhurandhar está especializado en la investigación de las relaciones
entre los virus y la obesidad, y ha desarrollado su propia teoría acerca de lo que
ha bautizado como el “virus de la obesidad”, perteneciente al grupo de los
llamados adenovirus.
Virus identificado
Los adenovirus son virus de tamaño mediano, de los que existen 49 tipos
agrupados en seis subgéneros (de la A a la F). Generalmente estables contra
agentes químicos o físicos, los adenovirus pueden sobrevivir durante un tiempo
prolongado fuera del cuerpo. Sus efectos más comunes en el organismo humano
son las enfermedades respiratorias, pero también producen gastroenteritis,
conjuntivitis, cistitis y sarpullidos.
Uno de estos adenovirus es capaz además de producir obesidad. Las
investigaciones de Dhurandhar han demostrado que existe una relación entre la
grasa que genera el cuerpo y la presencia de los anticuerpos del AD-36 en la
sangre. Investigaciones previas ya habían demostrado que ratones y monos a los
que se les había inyectado dicho virus ganaban peso rápidamente.
Hasta ahora se sabía que la obesidad está relacionada con múltiples factores.
Aunque a menudo vaya asociada a un consumo excesivo de alimentos o a un tipo
de vida sedentaria, el caso es que también existen otras causas, como la herencia
genética, el contacto con los contaminantes o la ingesta de medicamentos.
Evitar graves riesgos
Los riesgos que para la salud entraña la obesidad son múltiples. Además de la
muerte, el sobrepeso propicia un gran número de enfermedades crónicas como la
diabetes, la hipertensión, el exceso de colesterol en la sangre, los infartos
cerebrales, los problemas cardiacos (varios estudios han demostrado que por
cada kilogramo de sobrepeso aumenta en un 1% el riesgo de muerte por
enfermedades coronarias), el cáncer (principalmente de colon en hombres y
mujeres, de recto y de próstata en hombres, y de útero y pecho en mujeres). Otras
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enfermedades derivadas del exceso de peso serían la artritis y los problemas
respiratorios.
El Dr. Dhurandhar comenzó a interesarse en los casos virales de la obesidad en
los años 80, mientras trabajaba como médico en Bombay, en la India. Allí pudo
constatar que ciertos agentes patógenos provocan un rápido aumento del peso en
algunos animales después de ser infestados con el Ad-36.
La NAASO norteamericana ofrece en su web la posibilidad de calcular la masa
corporal. Por su parte, la empresa Obetech ofrece la posibilidad de descubrir si
una persona está infestada por el Ad-36. La obesidad mata cada año en Estados
Unidos a 300.000 personas y los descubridores del origen vírico de la obesidad
consideran que el AD-36 tiene infectada al 20% de la población norteamericana.
Una vacuna podría prevenir el 15% de los casos de obesidad, según sus
estimaciones.
Cirugía peligrosa
La divulgación de los avances en esta investigación coinciden con la publicación
de otros estudios en Estados Unidos que desvelan que los riesgos de morir como
consecencia de la cirugía aplicada a la reducción de peso son mayores de lo que
se pensaba, incluso entre las personas con sobrepeso que están entre los 30 y 40
años de edad.
Hasta ahora se pensaba que la tasa de mortalidad en esta categoría de edad, la
más susceptible de sufrir una cirugía para reducir el sobrepeso, era del uno por
ciento. Sin embargo, un nuevo estudio revela que entre los 35 y los 45 años de
edad, la muerte se lleva al 5 por ciento de los hombres y al 3 por ciento de las
mujeres que han sufrido este tipo de intervenciones quirúrgicas. Los porcentajes
de mortandad se elevan en los pacientes que tienen entre 45 y 54 años de edad.
La posible vacuna contra la obesidad y el descubrimiento de los riesgos
quirúrgicos, pueden provocar un giro en los comportamientos asociados a esta
enfermedad. El número de estadounidenses que recurrieron a la cirugía para
reducir su peso se multiplicó por cinco entre 1998 y 2002.
Según un estudio de la Agencia para la Investigación y Calidad de la Sanidad
(AHRQ), mientras que en 1998 sólo 13.386 estadounidenses recurrieron a la
cirugía bariátrica, en 2002 la cifra ascendió hasta los 71.733, debido en gran parte
a un aumento del 900 por ciento en las operaciones en pacientes con edades
entre los 55 y 64 años.
Written by Marta Morales on miércoles 19 Octubre 2005
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Para saber más
Profundización sobre virología
http://www.medynet.com/usuarios/nnuneza/virologia/indexviral.html
http://www.virology.net/
Las Arqueobacterias y Bacterias
Introducción
Carl Woese mediante la secuenciación de la molécula de ARNr, comprobó que los
procariotas pertenecientes al reino Mónera se dividían en 2 grupos o dominios: al
primero de ellos lo llamó Eubacteria o Bacterias verdaderas y comprende las
bacterias más comunes que habitan en el cuerpo de los seres vivos, suelo, aire y
agua e incluye las Cianobacterias o algas verdeazules, con capacidad de realizar
fotosíntesis. Poseen además de la clorofila un pigmento azul llamado ficocianina.
Las cianobacterias se utilizan como indicadoras de polución orgánica. Las
bacterias o eubacterias son microorganismos que habitan en el aire, suelo, agua y
cuerpo de otros organismos. Son procariotas, unicelulares de organización muy
sencilla. Se estima que existen unas 1700 especies. El segundo grupo lo llamó
Arqueobacteria o Arquea e incluye las bacterias que pueden crecer en condiciones
extremas como los hielos antárticos psicrófilas, o en aguas muy hirvientes son las
arqueas llamadas termófilas extremas, o las que habitan en medios anaerobios,
con pH muy ácido, las bacterias productoras de gas metano y las que se
desarrollan en medios salinos o sea las halobacterias. Algunas arqueas son
habitantes del intestino del hombre y animales
Características de las Arqueas
Forma de las Arqueas Presentan formas similares a la de las bacterias verdaderas:
esféricas, individuales o en grupo, bacilares, filamentosas, lobuladas
Estructura de Arquea
Pared Celular semejante a la pared celular de las bacterias gram negativas.
Formada por formada por lípidos, proteína o glicoproteína a diferencia de la pared
celular de peptidoglucano de las eubacterias. La pared presenta simetría
hexagonal y adquiere diferentes morfologías como respuesta a los diferentes
ambientes en los cuales se desarrolla.
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Membrana Plasmática puede presentar invaginaciones o mesosomas parecidos a
los de las bacterias gram positivas. Carecen de ácidos grasos y en su lugar tienen
cadenas laterales compuestas de unidades repetitivas de isopreno unidas por
enlaces éter al glicerol que constituyen el gliceroldiéter cuando se distribuyen a
manera de bicapa y el gliceroltetraéter cuando es a manera de monocapa, este
último arreglo es muy estable a temperaturas altas por lo tanto, no es una
sorpresa que se encuentre principalmente en las arqueas termoacidófilas.
Protoplasma (citoplasma), separado en cromoplasma (periférico y pigmentado) y
centroplasma (central, granuloso e incoloro). Los pigmentos que se encuentran en
el citoplasma son: clorofila a, c, carotenoides, phycoxantina, ficocianina C, de color
azul, ficocianobilina, ficoeritrina C, de color rojo, ficoeritrobilina entre otros.
Nucleoplasma contiene el ADN puede aparecer en forma de pequeños gránulos,
pueden aparecer granos de volutina, cianoficina y ribosomas. El ARN y enzimas
de arqueobacterias son diferentes al de las bacterias verdaderas.
Las arqueóbacterias presentan además mecanismos
de defensa contra las condiciones extremas que
podrían afectarlas. Por ejemplo ellas fabrican una
variedad de moléculas y enzimas protectoras. Las
arqueas que viven en medio ambiente altamente
ácidos, poseen en su superficie celular unas
moléculas cuya función es ponerse en contacto con
tomado de:
el ácido para evitar que penetre en la célula y así
http://www.latinoseguridad.com/
LatinoSeguridad/Fenat/Arqueas.shtml evitar que el ADN se destruya.
Las arqueas halófilas toman del exterior sustancias como el cloruro de potasio
para equilibrar el interior de la célula y evitar que el agua salada penetre y
destruya la célula. Se pueden encontrar en algunos tipos de alimentos en los que
se han utilizado altas concentraciones de sal (salmueras) para su preservación
como es el caso de pescados y carnes, en donde se reconoce su presencia
porque forman manchas rojas. Las arqueas obtienen energía a partir de
compuestos como hidrógeno, dióxido de carbono y azufre. Algunas lo hacen a
partir de la energía solar a través de la bacteriorodopsina, un pigmento que
reacciona con la luz y permite que la arqueobacteria fabrique el ATP.
Eubacterias - Las cianobacterias
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Las cianobacterias conocidas comúnmente
como algas verde-azuladas por su color
verde-azulado (a veces rojizo, pardo o
negro). Se caracterizan por que son
procariotas
(sin
núcleo
verdadero),
autótrofos
(fundamentalmente).
Unicelulares, tamaño entre 1 µm hasta
varios micrómetros.
La reproducción en las cianobacteriaas puede ser asexual,
por bipartición, o por fragmentación de filamentos
Algunas experiencias parecen confirmar que existen
fenómenos que implican la recombinación de material
genético, al igual que en las bacterias.
Los géneros Oscillatoria, Spirulina y Rivularia presentan
movimiento
Importancia biológica de cianobacterias
http://www.eez.csic.es/~olivares/ciencia/fijacion/cianobacterias.htm
Las cianobacterias son organismos antiguos que se caracterizan por conjugar el
proceso de la fotosíntesis oxigénica con una estructura celular típicamente
bacteriana. Al ser responsables de la primera acumulación de oxígeno en la
atmósfera, las cianobacterias han tenido una enorme relevancia en la evolución de
nuestro planeta y de la vida en él.
En la actualidad presentan una amplia distribución ecológica, encontrándose en
ambientes muy variados, tanto terrestres como marítimos, e incluso en los más
extremos, siendo la fotoautotrofia, con fijación de CO2 a través del ciclo de Calvin,
su principal forma de vida, y contribuyendo de manera importante a la
productividad primaria global de la Tierra. En relación con esto, es también
relevante el hecho de que muchas cianobacterias sean capaces de fijar el
nitrógeno atmosférico, siendo, a su vez, capaces de hacerlo en condiciones de
aerobiosis (de hecho, ciertas cianobacterias representan los mayores fijadores en
amplias zonas oceánicas contribuyendo de forma importante a la cantidad total de
nitrógeno fijado en vida libre).
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Cianobacterias y fijación de nitrógeno
La existencia conjunta de la fotosíntesis y de la fijación de nitrógeno ha requerido
el diseño de estrategias que hagan posible el funcionamiento de ambos procesos
antagónicos desde el punto de vista de sus requerimientos ambientales. Entre
tales estrategias la separación en el tiempo o en el espacio de ambas funciones
permite el desarrollo normal de la célula en condiciones de bajos niveles de
nitrógeno combinado. En este sentido, merece particular mención la capacidad de
algunas especies filamentosas de desarrollar unas células llamadas heterocistos,
enormemente especializadas en la fijación del nitrógeno en ambientes aeróbicos.
Los heterocistos son células especializadas, distribuidas a lo largo o al final del
filamento (cianobacterias multicelulares filamentosas), los cuales tienen
conexiones intercelulares con las células vegetativas adyacentes, de tal manera
que existe un continuo movimiento de los productos de la fijación de nitrógeno
desde los heterocistos hacia las células vegetativas y de los productos
fotosintéticos desde las células vegetativas hacia los heterocistos (Todar, 2004).
Las bases moleculares del proceso de diferenciación de los heterocistos y el
establecimiento del patrón de distribución de los mismos en el filamento
cianobacteriano constituyen uno de los campos más activos en el estudio actual
de las cianobacterias y, asimismo, representa un modelo simple de
establecimiento de patrones espaciales de diferenciación cuyo estudio puede
abordarse con la gran variedad de herramientas desarrolladas para el análisis
genético-molecular de las cianobacterias, que incluyen la construcción de
especies y la disponiblidad de la secuencia completa de los genomas de varias de
ellas.
Muchas cianobacterias, por ejemplo, Anabaena azolla juegan un papel importante
en el desarrollo de cultivos como el arroz. Anabaena azollae , en simbiosis con
helechos , proporciona hasta 50 kg de nitrógeno/ha siendo la utilización de este
sistema fijador general en muchas regiones del sudeste asiático.
(Con la contribución de Antonia Herrero, Instituto de Biología Vegetal y
Fotosíntesis, CSIC.)
Las Bacterias o eubacterias son microorganismos que habitan en el aire, suelo,
agua y cuerpo de otros organismos. Son procariotas, unicelulares de organización
muy sencilla.
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Figura 112 Representación esquemática de una bacteria
fuente: Carmen Eugenia Piña López
Características
El tamaño microscópico de las bacterias está determinado genéticamente, y
depende de la cepa, de las condiciones ambientales (nutrientes, sales,
temperatura, tensión superficial).
La unidad de medida bacteriana es el micrómetro, que equivale a 1/1000
milímetros (10-3 mm) = 1 micrómetro). Para darse una idea de su tamaño se
calcula que en un centímetro cúbico cabe alrededor de un millón de billones de
bacilos de tamaño medio. El rango en el tamaño de las bacterias es muy variado,
existen bacterias como las nanobacterias de aproximadamente un 0.05 m m, o
bacterias de un tamaño mayor como Epulopiscium , un comensal del intestino del
pez cirujano que mide 0.5 mm. Algunos micoplasmas tienen tamaños que oscilan
entre 0.2 a 0.3 micrómetros (mm) de diámetro Escherichia coli habitante natural en
el intestino humano mide aproximadamente 0.5 m m de ancho por 2 m m de largo.
Las bacterias difieren en la forma, las hay esféricas u ovales llamadas cocos,
alargadas cilíndricas en forma de bastón se les denomina bacilos, en forma de
espiral o helicoidal, los espirilos, en forma de coma las llamadas vibrios y algunas
en forma cuadrada con lados y esquinas en ángulo recto. La forma de la bacteria
puede ser modificada por las condiciones ambientales.
Composición Las bacterias están constituidas por un 70% de agua y un 30% de
materia seca, de esta materia seca el 70% corresponde a proteínas, el 3% a ADN,
el 12% a ARN, el 5% a azucares, el 6% lípidos y el 4% a minerales
Estructura de las bacterias: Dentro de este grupo se encuentra la pared celular, los
flagelos, esporas, fimbrias o pelos y cápsula. Estas estructuras no siempre se
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encuentran en todas las bacterias, por lo tanto se consideran variables, razón por
la cual se estima que no son esenciales. La célula bacteriana consta de:
* Pared celular: es una estructura rígida, se encuentra rodeando la membrana
citoplasmática de casi todas las bacterias, posee una gran rigidez lo cual le
confiere gran resistencia. Se considera esencial para el desarrollo y división
bacteriana; cumple con dos funciones importantes: mantener la forma de la célula
y evitar que la célula colapse debido a las diferencias de presión osmótica por el
constante intercambio de fluidos. El grosor de la pared de las bacterias oscila
entre de 10 y 80 nanómetros. La pared celular constituye una porción apreciable
del peso seco total de la célula; dependiendo de la especie y de las condiciones
de cultivo puede representar del 10 al 40 por ciento del peso seco del organismo.
En las eubacterias la pared celular contiene peptidoglicano, compuesto que no se
encuentra en las células eucariotas. En las bacterias gram- positivas se halla
inmerso en una matriz aniónica de polímeros azucarados, mientras que en las
bacterias gram-negativas está rodeada por una membrana externa, e inmersa en
un espacio periplásmico. El prefijo gram proviene de la técnica de coloración que
se utiliza para la diferenciación primaria del tipo de bacteria. Además de los
compuestos anteriores, se encuentran el ácido diaminopimélico y ácido teicoico
* Membrana plasmática la cual presenta invaginaciones, que son los mesosomas
que contienen enzimas que participan en la duplicación del ADN, en la membrana
plasmática se localizan también enzimas que intervienen en la producción de
energía (ATP), función que en la célula eucariótica cumple la mitocondria.
* Los mesosomas son repliegues y extensiones de la membrana citoplasmática,
intervienen en procesos metabólicos y de reproducción de la célula bacteriana.
* Citoplasma el cual presenta un aspecto viscoso, en él se encuentran: materiales
de reserva , ARN, ribosomas, un nucleoide ubicado en su zona central donde se
encuentra la mayor parte del ADN bacteriano en algunas bacterias se encuentran
dispersos por el citoplasma fragmentos circulares de ADN con información
genética llamados plásmidos y pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias
fotosintéticas. En el citoplasma se realizan los procesos metabólicos de la célula
bacteriana
* Ribosomas son organelos con apariencia de gránulos, algunos se hallan
dispersos en el citoplasma bacteriano y otros s e agrupan en cadena y se les
denomina polirribosomas; están compuestos por ácido ribonucleico - ARN (60%) y
proteína (40%). Su función es la síntesis de proteína.
18
*Los cuerpos de inclusión o gránulos son materiales de reserva como lípidos, hierro,
azufre que se almacenan en el citoplasma, en los períodos de suficiente aporte
nutricional para ser utilizados en épocas de inanición
*Las vesículas se encuentran en ciertas bacterias que habitan en lagos estas
vesículas les sirven para flotar, contrarrestando la atracción gravitatoria, y así
lograr el óptimo de luz
* La región nuclear esta localizada centralmente en la célula, se compone
principalmente de ADN aunque también puede encontrarse ARN y proteínas
asociadas a éste. El ADN esta dispuesto en un cromosoma largo y circular,
algunas veces llamado nucleoide, genóforo o cuerpo cromatínico.
* Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN extracromosómico, se
encuentran en la región nuclear de algunas bacterias. Las moléculas de ADN
plásmico a pesar de encontrarse fuera del cromosoma, toman una conformación
de doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas. Los plásmidos se replican
de manera independiente al cromosoma y contienen información genética para la
bacteria complementaria a la contenida en el nucleoide y que le es útil para su
supervivencia en condiciones desfavorables. Por ejemplo el código que hace
resistentes a las bacterias a los antibióticos, la capacidad de apareamiento, la
resistencia y la tolerancia a los materiales tóxicos. Los plásmidos son muy
utilizados en ingeniería genética ya que por su tamaño resulta fácil manipularlos;
se pueden aislar, introducir en ellos información e introducirlos en otras células
bacterianas viables en las cuales se expresa la información que ellos portan.
* Flagelos presentes en la mayoría de bacterias, generalmente son rígidos,
implantados en la membrana celular mediante un corpúsculo basal. Las bacterias
que poseen flagelos tienen movilidad, o sea, el movimiento de traslación de un
punto a otro en forma rápida y de zig zag permitiéndoles responder a estímulos
por ejemplo: químicos cuando las bacterias son atraídas a determinados
compuestos como la glucosa, la galactosa y se denomina quimiotactismo positivo
o por el contrario son repelidas de algunos compuestos como los antibióticos,
quimiotactismo negativo, luminosos es el caso de las bacterias fotosintéticas que
tienen fototactismo positivo a los rayos luminosos.
Los flagelos permiten a la mayoría de bacterias la movilidad en medios líquidos,
una excepción son las bacterias deslizantes que se mueven por flexión de la pared
celular. La movilidad debe distinguirse del movimiento pasivo de las bacterias en
una sola dirección como consecuencia de las corrientes en la preparación, o del
movimiento Browniano que es la constante vibración de las bacterias en un punto
fijo comportamiento que se presenta por estar suspendidas en medio líquido y por
su pequeño tamaño
19
* Fimbrias o pili muy numerosos y cortos, se encuentran relacionadas con
diversas funciones como la de adherencia a las superficies de tejidos, sitios de
adsorción para virus bacterianos y además pueden servir como pelos sexuales
para el paso de ADN de una célula a otra, no tienen función de motilidad
* Cápsula es una estructura de material viscoso que rodea la pared celular de
muchas bacterias que se encuentran en su ambiente natural. La cápsula no
cumple ninguna función metabólica pero sirve de protección, cuando una bacteria
encapsulada invade a un huésped, la cápsula evita que los mecanismos de
defensa del huésped destruyan la bacteria, permite la adhesión de bacterias
hermanas para la formación de colonias, igualmente permite a las bacterias
adherirse a sus sustratos.
* Endosporas Son estructuras generalmente de forma esférica que se forman en
ciertas bacterias gram positivas como respuesta a condiciones ambientales
adversas (poca humedad, temperaturas extremas, agentes químicos y físicos
etc.). Cuando las condiciones ambientales vuelven a ser favorables la endospora
se transforma de nuevo a la forma vegetativa. Ciertas formas filamentosas pueden
producir la endospora en el extremo del filamento y aparecen de manera libre, en
otras bacterias como Clostridium se pueden observar en el interior de las bacterias
a las que deforman de una manera característica, lo que sirve para su
identificación
Reproducción
Generalmente las bacterias se reproducen asexualmente por fisión binaria o
bipartición, unas pocas por gemación, algunas especies de bacterias filamentosas
se reproducen por esporas que se forman en los extremos de los filamentos.
Durante la bipartición la célula bacteriana origina dos células iguales o clones.
Este mecanismo de división celular es más rápido y menos organizado que la
mitosis y la meiosis. El resultado de la fisión binaria son dos células hijas por cada
célula madre, así, una célula se divide en dos, dos en cuatro y cuatro en ocho y
así sucesivamente. La síntesis de la pared, el crecimiento bacteriano y la
duplicación del ADN regulan la división celular. La bacteria da lugar a dos células
hijas.
La división empieza en el centro de la bacteria por una invaginación de la
membrana citoplasmática que da origen a la formación de un septo o tabique
transversal. La separación de las dos células va acompañada de la segregación
en cada una de ellas de uno de los dos genomas que proviene de la duplicación
del ADN materno. El proceso de división ocurre en tres fases principales: 1.
elongación o alargamiento de la célula y duplicación del material genético o ADN,
2. separación de ADN dentro de las células hijas formadas y 3. la citocinesis o
20
separación celular. El proceso se inicia con la duplicación del ADN, luego la pared
celular y la membrana plasmática forman un tabique que divide la célula
bacteriana en dos como se ve en el siguiente esquema:
Figura 113 Representación reproducción de una bacteria
fuente: Carmen Eugenia Piña López
Intercambio genético en bacterias Sin embargo en algunas bacterias ocurren
intercambios genéticos (intercambio de genes) como resultado de tres
mecanismos: transformación, conjugación, transducción e intercambio de
plásmidos.
Transformación: Consiste en el intercambio genético producido cuando una
bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se
encuentran dispersos en el medio donde vive.
Animación sobre proceso de conjugación
Conjugación: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un
puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que
se llama F+ posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano.
21
Transducción: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra, se
realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector
intermediario entre las dos bacterias.
Nutrición
Las bacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas.
Las autótrofas utilizan la luz del sol y el bióxido de carbono o compuestos
inorgánicos, por ejemplo, el azufre para fabricar su alimento.
Las heterótrofas (por absorción) pueden utilizar fuente de carbono orgánico para
su alimentación.
Las bacterias pueden vivir como parásitos afectando los organismos donde
habitan, como simbiontes formando parte de la flora bacteriana normal de la piel,
cavidades y tracto digestivo del hombre y de los animales y saprofitas la gran
mayoría, ayudando a la descomposición de la materia orgánica muerta.
Clasificación de las Bacterias
En la siguiente tabla se resumen algunos de los aspectos fundamentales en la
clasificación de las bacterias
Por forma
Por ordenamiento
Coco único
Coco
(esférico)
Diplocococo en
parejas
Representación
Por composición de la pared celular
que reacciona a la tinción de gram
Gram negativas no retienen el cristal
violeta conservan el colorante rojo
por
ejemplo
safranina
son
susceptibles a las cefalosporinas
Diplococo en parejas
Gram
positivas
absorben
y
conservan el colorante cristal violeta
son susceptibles a la penicilina y
estreptomicina
22
Estreptococo en
cadena
Estafilococo en
racimo de uvas
Sarcina grupo de
ocho cocos
Tetracoco Grupo de
cuatro cocos
Espirilos
En forma de espiral
Bacilos
En forma de bastón
Otro aspecto a tener en cuenta en la clasificación de bacterias es la necesidad de
oxígeno para poder vivir, las bacterias que requieren de oxígeno para cumplir sus
procesos vitales se denominan aerobias, mientras que las que viven en ausencia
de oxígeno se llaman anaerobias.
Utilidad de las bacterias
Las bacterias son útiles:
Para fijar el nitrógeno atmosférico que es tomado por las plantas y luego
trasferido a los animales.
23
En la descomposición la materia orgánica muerta ayudando de esta manera
a la fertilización del suelo.
En la producción de algunos antibióticos.
En la producción de determinadas enzimas.
En la elaboración de productos lácteos como: queso, yogur , mantequilla
En la producción de vinagre.
En la producción de encurtidos.
En la depuración de aguas residuales.
En el curtido de cueros.
La Echerichia coli ha sido manipulada genéticamente para producir insulina
Enfermedades de origen bacteriano
Las bacterias pueden ocasionar enfermedades, entre las bacterias más
perjudiciales tenemos:
La causante del tétano en caso de heridas contaminadas con Clostridium
tetani, bacteria que afecta el sistema nervioso causando rigidez muscular y la
muerte
La que ocasiona la gangrena gaseosa o putrefacción de tejidos, órganos
especialmente de las extremidades del hombre y de los animales siendo necesaria
su amputación.
La bacteria contaminante es un Clostridium que penetra en heridas o puede
ser trasmitida por la ingestión de aguas contaminadas.
El bacilo de Koch o Mycobacterium tuberculosis que causa la tuberculosis
cuando la persona enferma tose y en su esputo se libera el bacilo.
El bacilo Salmonella typhi causante del tifo a través de alimentos
contaminados con excretas.
El bacilo Corynebacterium diphtheriae que produce una infección del
sistema respiratorio, la difteria, que además lesiona el corazón y el sistema
nervioso ocasionando la muerte.
La espiroqueta Treponema pallidum. que produce una enfermedad de
trasmisión sexual denominada sífilis.
24
La Brucella, bacteria que causa la brucelosis por contacto con ganado
infectado, leche o carne contaminada y en la mujer provoca el aborto espontáneo.
Para saber más
http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/programa.htm
Los Protozoos
Características y clasificación
Son organismos microscópicos unicelulares, eucarióticos, se encuentran en su
mayoría en medios acuáticos, en el suelo húmedo aunque algunos son
endoparásitos y otros ectoparásitos. La mayoría son heterótrofos, sin embargo
algunos son autótrofos. Se reproducen por división binaria (la célula se divide en
dos) tienen capacidad de locomoción o desplazamiento. Según la forma como se
desplazan los protozoos se clasifican en: sacordinos, ciliados, flagelados y
esporozoos.
Figura 114 Caracteristicas del paramecio
Sacordinos Se desplazan por medio de pseudópodos (falsos pies), que son
prolongaciones de la célula que les sirven además para capturar el alimento,
25
englobarlo y formar una vacuola digestiva, donde el alimento es digerido por
acción de enzimas.
Figura 115 Entamoeba histolítica,
Tomada de: http://hpd.botanic.hr/bio/odgovori/odgovor315.htm
Son representantes de este filo:
- La ameba causante de infección del intestino o del hígado (amebiasis) por la
ingestión de aguas o alimentos contaminados con heces.
- La Entamoeba histolítica, que produce la disentería, enfermedad propia de los
países tropicales y que produce unas diarreas muy intensas.
- Los foraminíferos componentes del plancton (con un caparazón por cuyos
orificios salen los pseudópodos)
Ciliados
Figura 116 Paramecium Tomada de Biodidac
http://http://personal.telefonica.terra.es/web/ayma/atlas_p.htm#Paramecium%20caudatum
Se desplazan y capturan el alimento por medio de cilios, filamentos cortos,
vibrátiles y numerosos que rodean su cuerpo. Se caracterizan por ser los únicos
organismos con dos núcleos uno para la reproducción y otro relacionado con la
alimentación.
26
Ejemplos de este filo son: el Paramecio, la Vorticela, el Balantidium coli parásito
del intestino del hombre causante de inflamación del intestino.
Flagelados Para moverse utilizan unos filamentos largos y poco numerosos,
llamados flagelos. Muchos son de vida libre y otros son parásitos, como el
Tripanosoma, que produce la enfermedad del sueño. El tripanosoma es
transportado por la saliva de la mosca tsé-tsé, que contagia al picar a otros seres
vivos.
Figura 117 Tripanosomas en sangre
Tomada de Biodidac. http://www.irabia.org/web/ciencias/microbiologia/microbios/protozoo.htm
Esporozoos
Figura 118 Plasmodio falciparum Tomada de:
http://www.cdc.gov/malaria/spotlights/index_100504.htm
Carecen de órganos de locomoción son parásitos de células del hombre y de los
animales .Se reproducen por división múltiple, formando numerosas esporas.
Un representante es el Plasmodio, que produce la malaria, también llamada
paludismo. El Plasmodium hembra infecta los glóbulos rojos causándoles su
27
ruptura. El vector que transmite la infección es el mosquito Anopheles que al picar
a la persona le inyecta con su saliva el esporozoito.
Importancia Biológica
Los protozoos tienen importancia en las cadenas alimentarias como componentes
del plancton
Para saber más
http://www.alaquairum.com/generalidades_protozoos.htm
Algas
Principales características
Son organismos autótrofos, todas poseen clorofila y algunas poseen otros
pigmentos que pueden enmascarar la clorofila, son eucarióticas con pared celular,
habitan en medio acuático, ambientes húmedos y pertenecen al reino de los
Protistos. La mayoría de algas son unicelulares como las algas doradas o
diatomeas, otras como las algas verdes y las rojas son multicelulares. Pueden vivir
solitarias o en colonias. Ejemplo de algas verdes tenemos: el volvox, y la
spirogyra.
Su reproducción puede ser sexual y asexual: por fisión binaria o por producción
esporas.
Figura 119 Alga Closterium
Tomada de http://www.joseacortes.com/galeriaimag/microorganismos/index.htm#hongos
28
Figura 120 Alga Spirogyra
Tomada de http://www.joseacortes.com/galeriaimag/microorganismos/index.htm#hongos
Importancia biológica
Representan un importante eslabón en la cadena alimentaria, formando parte del
plancton (productores primarios).
Son productoras de oxígeno
Útiles en la elaboración de fármacos
Las algas rojas son importantes en la formación de arrecifes de coral pues viven
en simbiosis con los corales brindándoles carbonato de calcio y suministrándoles
el color rojo brillante
Algunos grupos de algas rojas se utilizan en la producción de Agar que es un
medio de cultivo microbiológico.
Las algas marinas son una importante fuente alimenticia.
Hongos
Características
Los hongos son organismos unicelulares como las levaduras o pluricelulares como
los hongos filamentosos. Los hongos presentan pared celular compuesta de
quitina que es un polisacárido estructural que también se encuentra en el
exoesqueleto de los artrópodos. Habitan en ambientes húmedos y oscuros por
ejemplo sobre el suelo, las frutas el pan, el queso, las plantas.
29
Figura 121 hongo del tomate
Tomada de: http://www.joseacortes.com/galeriaimag/microorganismos/index.htm#hongos
Su tipo de nutrición es la heterótrofa, algunos son parásitos de organismos vivos
como plantas, animales y el hombre, a quienes pueden ocasionar enfermedades,
otros son saprófitos es decir se alimentan de materia orgánica en descomposición
y hay hongos que crecen en simbiosis con las raíces de algunas plantas formando
las micorrizas. Los hongos pluricelulares forman una serie de filamentos
denominados hifas; el conjunto de hifas forman un micelio. Existen tres tipos de
hongos: Las setas formadas por un pie y una sombrilla como el champiñón, las
levaduras que son unicelulares y los mohos que presentan un aspecto de pelusa.
Reproducción
Las levaduras se reproducen por gemación consistente en que a la célula madre
le sale un botón o gema que poco a poco se va desprendiendo de ella dando
origen a una levadura hija idéntica a la madre.
Los hongos filamentosos como el moho del pan, se reproducen de forma asexual,
por esporas que al caer en el sustrato adecuado dan origen a nuevas hifas, en
este tipo de reproducción el núcleo de la célula madre se divide en varios núcleos,
cada uno toma una parte del citoplasma de la célula madre que luego se rodea de
una membrana celular, la célula madre se rompe y se liberan varias células hijas.
Otro tipo de reproducción asexual presente en los hongos es por fragmentación
del micelio.
La reproducción sexual es otra forma de reproducción de los hongos.
Enfermedades causadas por hongos
En los animales los hongos pueden producir enfermedades graves en la piel y en
los órganos, por ejemplo:
30
El hongo Aspergillus afecta los pulmones y el sistema nervioso
Las Micotoxinas son toxinas producidas por hongos tóxicos genéticos (Aspergillus,
Penicillium, Fusarium) que se desarrollan en los productos agrícolas.
Candida albicans afecta a las aves causándoles la muerte, en el hombre afecta las
mucosas de la boca, garganta y tracto genitourinario.
Muchos hongos causan enfermedades en la piel del hombre y los animales.
Algunas setas causan envenenamiento.
Los hongos que contaminan los alimentos producen sustancias tóxicas que al ser
consumidas por el hombre o los animales les causan enfermedades letales como
la micotoxicosis. Las aflatoxinas producidas por ciertos hongos contaminantes de
cereales y concentrados también causan enfermedades e inclusive la muerte.
Muchos hongos causan enfermedades en la piel, uñas y cuero cabelludo, por
ejemplo la tiña. Muchas enfermedades de las plantas son debidas a la presencia
de hongos. Por ejemplo la roya.
Importancia biológica
Los hongos no solamente causan enfermedades, sino que también son utilizados
en procesos industriales por ejemplo:
Del hongo Penicillium notatum se obtiene el antibiótico penicilina
Las levaduras se utilizan para la producción de cerveza
Algunos hongos son utilizados en la elaboración de queso Roquefort y en la
maduración del queso Camembert
Las enzimas de algunos hongos producen fermentación alcohólica en los jugos de
frutas proceso que se utiliza por ejemplo, para la elaboración de vino a partir de
jugo de uva.
Algunos son comestibles como el champiñón.
Para saber más
http://www.ual.es/GruposInv/myco-ual/clados.htm
31
32
Capitulo 4 Sistemática
Introducción
Debido a la gran diversidad de organismos en la naturaleza, los biólogos vieron la
necesidad de utilizar un sistema de clasificación que permitiera agruparlos por sus
características macroscópicas y microscópicas comunes, por su similitud en las
etapas de desarrollo, por su parecido en la composición bioquímica, por su
semejanza genética, con el fin de estudiarlos y así entender su origen, su
evolución y las relaciones de parentesco entre sí.
La taxonomía o, mejor dicho, los taxónomos, son los que se encargan de poner
algo de orden a la inmensidad de la vida, intentando averiguar las relaciones
filogenéticas existentes entre los distintos organismos.
Para conseguir esto se han ido creando una serie de categorías artificiales que no
son sino simples entelequias mentales producto, una vez más de nuestra mente
compartimentalizadora, que busca esquemas lógicos que le permitan reducir la
enorme diversidad existente a algo más sencillo y, por ello, medianamente
comprensible. Podemos hacer una excepción a esto con la especie, que parece
ser algo "natural", aunque sobre ello volveremos más adelante
33
Lección 17 Taxonomía
La taxonomía es una división de la sistemática relacionada con la clasificación de
los organismos según especializaciones. La Taxonomía proporciona los métodos,
principios y reglas para la clasificación de los organismos vivos en taxones
(grupos) a los que se les asigna un nombre y se los ubica dentro de categorías
jerarquizadas.
Las categorías consisten en grupos o niveles dentro de grupos en la que el grupo
mayor abarca al menor. El agrupamiento de los organismos se basa en
las semejanzas y diferencias tanto naturales (estructurales) como filogenéticas
(relaciones de parentesco o afinidades con otros organismos ya desaparecidos).
La taxonomía proporciona información directa e inferida sobre la estructura del
cuerpo y la historia evolutiva de los organismos respectivamente.
34
Las semejanzas estructurales de los organismos vivientes se conocen bien en su
mayor parte. Pero los estudios de la historia evolutiva, para muchos de categoría
superior inclusive es incompleta.
Frente a esta dificultad taxonómica, se ha intentado establecer sistemas de
clasificación alternativa, que muestren el grado actual de evolución.
Sistemas de clasificación
De Robert Whittaker (1969)
Figura 122 Sistemas de clasificación de los seres vivos por Robert Whittaker tomada de
http://www.euita.upv.es/varios/biologia/images/Figura s_tema18/tema18_figura 8.jpg
El esquema filogenético presentado por Whittaker clasifica a los organismos
vivientes en 5 reinos: Mónera, Protista, Hongos, Plantas y Animal.
Esta clasificación está basada en el tipo de organización celular: procariote y
eucariote; en la forma de nutrición: autótrofa por fotosíntesis o heterótrofa por
absorción; en la morfología y bioquímica de los organismos sin incluir análisis
moleculares sin dar implicaciones evolutivas.
Algunas características de estos reinos
Mónera microorganismos procarióticos (sin membrana nuclear), unicelulares, con
tipo de nutrición por absorción o fotosintética, con reproducción asexual, rara vez
35
sexual, con locomoción por medio de flagelos o inmóviles. Se encuentran en todos
los medios. Pertenecen a este reino las bacterias y las cianobacterias.
Protistas microorganismos unicelulares, eucarióticos (con membrana nuclear,
mitocondrias y otros organelos) su tipo de nutrición es la absorción, la ingestión, y
la fotosíntesis, pueden ser inmóviles o desplazarse por medio de flagelos, su
reproducción se puede realizar por procesos asexuales o por procesos sexuales.
Pertenecen a este reino los protozoos y las algas.
Fungi (hongos) organismos eucarióticos, en su mayoría multicelulares,
multinucleares, su nutrición es por absorción, son inmóviles, su reproducción
incluye ciclos asexuales y sexuales. Son representantes de este reino los hongos
o mohos pluricelulares y las levaduras unicelulares.
Plantae (plantas) organismos eucarióticos, multicelulares, la mayoría fotosintéticos
aunque algunos son simultáneamente absortivos, inmóviles con reproducción
sexual y asexual. Pertenecen a este reino, según Witthaker, los vegetales
superiores, las algas rojas, las algas pardas (Nota: actualmente se debe tener en
cuenta que las algas se clasifican más estrictamente como protistas), los
helechos, los musgos.
Algunas plantas, al evolucionar, aunque mantienen su condición fotosintética han
adquirido una condición semiparásita, por la cual parte de su nutrición la
consiguen por absorción a partir de otras plantas que perforan para absorberles
ciertos nutrientes. Un ejemplo de este caso es el muérdago.
Algunas plantas insectívoras, además de su condición fotosintética, también
adquieren condición complementariamente absortiva al tomar nutrientes
absorbidos de los insectos que cazan.
Animalia (animal) Organismos eucarióticos, multicelulares, su nutrición es la
ingestión y la digestión, reproducción predominantemente sexual, pertenecen a
este reino los animales invertebrados (artrópodos, no artrópodos) y vertebrados
(mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces).
De Lynn Margulis (1985) A partir de la clasificación de Whittaker surge la de Lynn
Margulis-Schwartz basada en análisis moleculares. Lynn Margulis desarrolla la
Teoría endosimbiótica, su sistema de clasificación presenta implicaciones
evolutivas, es más filogenético y tiene la ventaja de hacer grupos más
homogéneos. Cambia el reino protistas por de PROTOCTISTAS, en el que incluye
a protozoos, todas las algas (excepto cianofíceas) y a los hongos inferiores.
Su sistema de clasificación comprende 5 reinos y 2 subreinos asi:
36
Reino Prokaryotae o Monera
Subreino: Archaebacteria
Subreino: Eubacteria
Reino Protoctista
Reino Plantae
Reino Fungi
Reino Animalia
De Carl Woese (1990)
Figura 123 Sistema de clasificación de los seres vivos De Carl Woese por tomada de
http://www.euita.upv.es/varios/biologia/images/Figura s_tema18/tema18_figura 8.jpg
Los trabajos de Carl Woese secuenciando ácidos nucleicos descubrió que dentro
del grupo de los procariotas se habían incluidos organismos que, a nivel
molecular, eran bastante divergentes, en 1990 planteón la necesidad de separar
todos los seres vivos en tres grandes dominios (categoría por encima del reino):
Eubacteria (o bacteria verdadera), Arqueobacteria o Archaea (que significa antiguo)
y Eucarya.
Los dos últimos dominios (Archaea y Eucarya) están más próximos
filogenéticamente (siendo grupos hermanos, según la terminología cladista).
Las arqueobacterias se diferencian de las eubacterias por la composición de sus
paredes
celulares,
su
metabolismo
y
habitat.
37
http://www.danival.org/100%20biolomar/4000notasbio/clas/clas_3_dominios.html
Los Archaea son células Procariotas. Al contrario de Bacteria y Eucarya, tienen
membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por
uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano.
Mientras que no son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias,
son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eucarya. Los Archae tienen
rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eucarya. Viven a
menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos,
y termoacidófilos.
Bacteria (Eubacteria)
Las Bacterias son células Prokariotas. Como los Eukarya, tienen membranas
compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster.
Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano, son sensibles a los
antibióticos antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y regiones del tRNA
claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas,
cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas.
Eukarya (Eukaryota)
Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Como las Bacterias, tienen
membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por
uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son
sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales y tienen rRNA y regiones
del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. Incluyen a protistas,
hongos, plantas, y animales.
Los reinos "clásicos" no son más que unas pequeñas ramitas del gran árbol de la
vida, aunque son las ramitas que mejor conocemos. Por ejemplo, el reino
Animalia, es una de las ramas del dominio Eucarya.
Categorías taxonómicas supraespecíficas
Las clasificaciones de los organismos son jerárquicas.
Linneo trató de clasificar las especies conocidas en su tiempo (1753) para esto
agrupo a los organismos en categorías.
La clasificación Linneana se basó en la premisa que la especie era la menor
unidad de clasificación y que cada categoría o taxón se encuentra comprendida en
una categoría superior.
38
Las categorías taxonómicas básicas o taxones son 8, cuando se requiere mayor
precisión se recurre a otras categorías secundarias como: subespecie,
superfamilia, infraorden
Los taxones anteriormente mencionados y ordenados del más amplio al menos
amplio (en negrita las principales), son:
Reino
Filo
Superclase
Clase
Subclase
Superorden
Orden
Suborden
Infraorden
Superfamilia
Familia
Subfamilia
Tribu
Subtribu
Género
Subgénero
Especie
Subespecie
Como se puede comprobar en este esquema de categorías enlazadas, un género
sería un conjunto de especies relacionadas por criterios de parentesco; una familia
sería un conjunto de géneros relacionados, un orden un conjunto de familias, una
clase un conjunto de órdenes y un filo un conjunto de clases, todo esto guiado por
nuestros conocimientos en evolución, ya que se pretende que la clasificación se
asemeje lo más posible a la filogenia de los distintos organismos.
La especie es la única unidad que existe en la naturaleza, las demás categorías
son creadas artificialmente. La unidad básica para clasificar los seres vivos es la
especie.
39
Figura 24 Categorías supraespecíficas
Tomado de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/evolucion/clasif.htm
Figura 124 Categorías supraespecíficas
Tomado de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/evolucion/clasif.htm
40
Clave taxonómica
Para facilitar la determinación y ubicación taxonómica de los seres vivos los
taxónomos utilizan una serie de claves, una de las más utilizadas es la dicotómica
en la cual las características tenidas en cuenta tienen 2 opciones de selección. Por
ejemplo: a) ausencia de pelo b) presencia de pelo; a) esqueleto óseo b) esqueleto
cartilaginoso; a) poseen exoesqueleto, b) Cuerpo blando
El concepto de especie
A uno le podría parecer que, ya que todo biólogo, sea cual sea su campo de
estudio, debe trabajar de algún modo con especies, se debería tener claro en todo
momento que cosa es una especie. Sin embargo esto dista mucho de ser así. Se
han ido dando, a lo largo de la historia, numerosos conceptos de especie, todos
ellos válidos en el momento en el que fueron enunciados, pero que han ido
quedando desfasados por paso del tiempo o están actualmente en discusión.
A continuación se enumeran una serie de definiciones para dicho concepto (las
tres últimas tomadas en parte de Casares, (1998), que reflejan el pensamiento que
en cada momento se tenía, no sólo sobre lo que era una especie, sino también
sobre la vida en general.
El concepto morfológico de especie fue el que se usó hasta que la evolución y se
convirtió en el paradigma científico en el que se basa la Biología actual.
Este concepto postula que las especies se pueden definir con base en unos
caracteres taxonómicos tipo, que representan la esencia de cada especie; por
tanto, basta con tomar un ser vivo, describirlo tal y como se nos presenta, y todos
los que concuerden con esa descripción serán de su misma especie, siendo de
distintas especies aquellos que difieran.
En este contexto, la variación intraespecífica no es más que un distractor antes de
llegar a la esencia de la especie. Por desgracia, este criterio, que debería haber
sido ya totalmente relegado a la Historia de la Ciencia, sigue vigente en los
trabajos de algunos taxónomos (algo que ellos negarían rotundamente), que ante
la mínima diferencia con el ejemplar tipo, describen nuevas subespecies y/o
especies, con lo cual sólo consiguen enredar las relaciones interespecíficas y
dificultar el estudio de los distintos grupos.
El concepto nominal de especie, que tuvo en Darwin a uno de sus máximos
defensores, postula que no existen las especies, solo los individuos concretos, y
que la especie no es más que una abstracción hecha "para entendernos",
contingente al momento actual y carente de significado en el tiempo.
41
Sin embargo, a la hora de enfrentarse a la práctica cotidiana, los nominalistas
describen especies no sólo en el momento actual (algo que concordaría con su
concepto de especie) sino también en el registro fósil, algo no coherente con ese
concepto. Actualmente este concepto parece descartado.
El concepto biológico de especie; enunciado por Mayr en 1963, que la define como
el "conjunto de poblaciones que real y potencialmente pueden reproducirse entre
sí, pero que están aisladas de otros grupos similares", está basado en el
"aislamiento" entre especies, algo muy aceptado en teoría pero con
numerosísimas excepciones en la práctica. Presenta además problemas con
especies de distribución espacial o temporal amplia, y con organismos de
reproducción asexual.
El concepto de reconocimiento de especie, enunciado por Paterson en 1985, que la
define como el "conjunto de individuos y poblaciones que comparten un mismo
sistema de fertilización", es decir, de reconocimiento entre individuos de distinto
sexo y de compatibilidad entre los genes aportados por cada uno. Bastante similar
al anterior, presenta los mismos inconvenientes.
El concepto evolutivo de especie, que la define como el conjunto de poblaciones que
comparten un destino evolutivo común a lo largo del tiempo. Consigue soslayar los
problemas de las definiciones anteriores, pero presenta uno nuevo: ¿qué se
entiende por destino evolutivo común a la hora de considerar organismos vivos?
Convención práctica Para efectos prácticos se puede adoptar convencionalmente
la siguiente definición tomada de Nelson G. (2000) Una especie es una población
con aislamiento reproductivo, que se reconoce por caracteres morfológicos
particulares y que ocupa un área geoFigura definida.
Nomenclatura
Como de una forma más o menos implícita insinuábamos antes, cualquier tipo de
estudio en Biología, debe tener una cierta base taxonómica. Si no sabemos el
nombre de los animales o de las plantas con que trabajamos, nos resultará
bastante difícil sacar algo en claro de nuestros estudios. Una vez que agrupamos
a los organismos por especies, se nos presenta el problema de qué nombre
ponerle a cada especie, para poder hacer referencia a ella más adelante.
Al principio se intentó dar nombres vulgares a todas las especies, o se las intentó
describir abreviadamente mediante una frase que resaltara sus características
más conspicuas. Tras varios intentos de varios autores, se acabó aceptando el
sistema binomial de Linneo, establecido en su obra Systema Naturae, cuya
décima edición (1758) sirve como punto de partida.
42
Este sistema asigna a cada especie un nombre compuesto de dos palabras. La
primera palabra corresponde al nombre científico del género y se escribe la
primera letra con mayúscula y en cursiva , mientras que la segunda palabra es el
epíteto específico y corresponde a la especie, la cual se escribe también en
minúsculas y en cursiva, por ejemplo, el nombre científico para el hombre es:
Homo sapiens.
El nombre científico esta escrito en latín para permitir la comunicación universal. Si
se escribe a mano en cursiva, entonces el nombre científico se subraya. En el
caso de que todo el texto circundante esté escrito en cursiva, el nombre científico
se escribe normal.
Generalmente la comunidad académica dedicada al estudio de determinado reino
de especies biológicas utilizan algunos protocolos particulares para el proceso de
nomenclatura. Por ejemplo, en el caso de que haya subespecie, ésta se escribe a
continuación de la especie, también en cursiva y sin ninguna palabra intercalada,
hecho este que diferencia el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica
(CINZ) del Código Internacional de Nomenclatura Botánica, en el que aparece la
abreviatura subsp. intercalada. Según el CINZ, no tienen validez los táxones
infrasubespecíficos.
Por ejemplo, el nombre científico del pez Aphyosemion bivittatum hollyi, el primer
nombre corresponde al género, el segundo a la especie y el tercero a la
subespecie
Tras el nombre del taxón específico se incluye el nombre del autor y el año en que
fue descrito por primera vez, Por ejemplo, Poecilia reticulata Peters, 1859.
Si la planta o animal ha cambiado de nombre se pone entre paréntesis el nombre
anterior en letra no cursiva, pero el nombre del autor que lo describió sigue
vigente. En el ejemplo anterior, el pez fue denominado por Peters. Lebistes
(género) entonces se escribe Poecilia reticulata (Lebistes), Peters, 1859.
Los nombres científicos revelan datos interesantes, no sólo sobre la especie en
cuestión, sino también sobre el científico que la describió. Así abundan los
nombres científicos referidos a personajes de la mitología grecorromana, sobre
todo en Lepidópteros. Por ejemplo, dentro de la familia de los Papiliónidos, nos
encontramos con Iphiclides podalirius y Papilio machaon, dos bellas mariposas
cuya similitud nos recuerda Linneo al ponerles los nombres de dos médicos
homéricos.
El estudio de estos nombres científicos nos puede proporcionar, como mínimo,
unos ratos muy interesantes.
43
En el mundo de los insectos las clasificaciones de especies nuevas son difíciles y,
muchas veces extenuantes, de lo que dan fe Stroudia difficilis, Paravespa gestroi
problemática y Bombus perplexus.
Estarían también los nombres puestos por entomólogos sin ninguna imaginación
como Coeleumenes secundus, Leptochilus tertius, Eudynerus nonus
(sinonimizado con E. octavus, para desesperación de los matemáticos).
Naturalmente en la Entomología también existe el peloteo, la egolatría y el
autobombo, del que podría dar fe el lepidóptero Cartwrightia carwrighti cuyo autor,
un tal Carwright, justificó la semejanza con su nombre alegando que había
dedicado el nombre genérico a su padre y el específico a su hermano.
Pero sin duda alguna el caso más alarmante sería el protagonizado por Embrick
Strand; en una revista dirigida por él mismo, y dentro de unos tomos dedicados al
editor de la revista, que casualmente también era él, apareció un artículo firmado
por un tal Jan Obenberger en el que se describían 92 nuevas especies de
coleópteros, de las cuales 50 llevaban en alguna parte de su nombre científico un
apelativo a Strand, ya usando su nombre, su apellido, ambos o una derivación de
ellos.
La construcción de árboles filogenéticos
Uno de los objetivos de la sistemática es la filogenia o sea la clasificación de las
especies teniendo en cuenta sus relaciones de parentesco. La construcción de
árboles filogenéticos, representa hipótesis evolutivas y trata de definir grupos
monofiléticos (ancestro y descendientes). Para construirlos, se deben tener datos
que provienen de las características usadas en la clasificación.
Métodos de clasificación Existen muchos métodos de clasificación, según la
manera en que evalúan ciertos caracteres, entre ellos
a. El tradicional o evolucionista,
b. La fenética o taxonomía numérica y
c. La cladística o filogenética
a. El tradicional o evolucionista
Los criterios usados en la sistemática tradicional enfatizan en tanto el antecesor
común (monofilésis), como en el peso de la divergencia entre grupos
Los organismos se agrupan en especies teniendo en cuenta:
44
• La utilización del concepto biológico de especie, basado en propiedades
biológicas (la comunidad reproductiva)
• La utilización de caracteres morfológicos y no morfológicos y la necesidad de
valorar adecuadamente (con métodos estadísticos si es necesario) la variabilidad.
• La necesidad de ponderar similitud morfológica y parentesco filogenético en caso
de conflicto
Sin embargo si tomamos como ejemplo la agrupación lagartos, cocodrilos, y aves
como se observa en la Figura
Figura 125 Determinación de grupo monofilético por ancestro común
Tomada de:
http://www.ciencias.uma.es/departamentos/bioanimal/sfonline/sistematicafilogenetica/tema_1.htm
Por su parecido entre sí (caracteres morfológicos) los lagartos y cocodrilos se
agrupan en un taxón Reptiles según la clasificación tradicional.
Pero si tenemos como criterio el parentesco filogenético, es decir, la proximidad de
los ancestrales comunes, aves y cocodrilos son ramas derivadas de un linaje
común ( línea naranja ) y por lo tanto, comparten un mayor grado de parentesco y
se agrupan en un taxón que se ha denominado "Arcosaurios", desde el punto de
vista de la clasificación cladista.
En conclusión al tomar en cuenta ambos criterios: similitud de caracteres
morfológicos y parentesco filogenético, como lo hace la clasificación tradicional o
evolucionista, puede presentarse conflicto en la agrupación y se requiere tomar el
sistema de clasificación más apropiado para ponderar el peso de los caracteres.
45
b. Fenética o taxonomía numérica. Agrupa a los organismos estrictamente por el
número de caracteres que tienen en común (similitud morfológica) y los cuantifica
en índices de similitud o de distancia.
Dichos índices reflejan el parecido global entre los taxones.
Estos procedimientos se basan en el uso de matrices en las que se incluyen
valores numéricos de determinados atributos de las unidades a agrupar, unidades
llamadas OTUs (de operative taxonomical unity) que pueden ser individuos,
muestras de poblaciones o especies, etc.
Los atributos pueden ser medidas, proporciones, recuentos o caracteres
semicuantitativos (por ejemplo: 0=ausencia, 1=presencia).
La idea es que cuanto más similares sean dos OTUs, menor será la diferencia
global entre los valores de sus atributos.
De esta forma se pueden definir índices de distancia fenética, como por ejemplo la
media cuadrática de las diferencias entre cada par de atributos.
En el caso de identidad total entre dos OTUs dicho índice valdría 0, y será mayor
cuanto más disimilares sean los OTUs.
c. Cladística y Cladogramas
46
47
La cladística es un tipo de sistemática desarrollada por Willi Hennig, tratando de
conseguir un método mas objetivo de clasificar organismos. En sistemática
filogenética o cladistica se agrupan los organismos en los taxones exclusivamente
en función de su grado de parentesco filogenético, es decir, en función del orden
relativo de sus ancestrales comunes.
Dado que los taxones están compuestos por organismos emparentados
(descendientes por tanto de un ancestral común a todos ellos) todos los taxones,
todas las unidades de clasificación, deberán ser estrictamente monofiléticos.
Una agrupación no monofilética, no formada por todos y cada uno de los
descendientes de un ancestral común, no puede ser constituida como taxón
Figura 126 Cladograma mostrando relaciones evolutivas Tomado de:
http://fai.unne.edu.ar/biologia/evolucion/clasif.htm
En la Figura anterior, el criterio o carácter huevo con amnios se usa para unir al
grupo de aves, reptiles y mamíferos que por compartir este carácter primitivo se
deduce que tienen un antecesor común.
La característica presencia de plumas y el pelo para separar aves y reptiles de
mamíferos en el caso de clasificación tradicional, no es un factor en las hipótesis
cladísticas, o cladograma, dado que son caracteres únicos en un taxón del grupo.
Una de las aplicaciones más interesantes de la cladística es la cuestión de los
pandas. En un principio se pensó que el oso menor era un oso, pero por sus
caracteres cercanos a los mapaches hizo que se los colocara cercanos a ellos.
El panda menor vive en la misma región de China que el panda gigante pero tiene
grandes similaridades con los mapaches, mientras que los estudios de
hibridización de ADN sugieren que el panda gigante esta en el clado de los osos y
el panda menor en el clado de los mapaches.
48
Ambos comparten un antecesor común, como lo indica los caracteres derivados o
evolutivos que comparten, además de los otros caracteres derivados de la
evolución convergente (adaptaciones a su única fuente de energía: el bambú).
Figura 127 Divergencia de antecesor común
Tomado de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/evolucion/clasif.htm
La Figura muestra esta divergencia del antecesor común, e intenta además
mostrar el tiempo al cual ocurrió esa divergencia.
Un interesante y ameno relato respecto al tema de sí las aves se originan o no de
los dinosaurios se encuentra en Investigación y Ciencia, El origen de las aves y su
vuelo, K. Padian y L.M Chiappe, 1998.
Profundización:Curso intercativo de sistemática
http://www.ciencias.uma.es/departamentos/bioanimal/sfonline/sistematicafilogeneti
ca/indice.htm
49
Actividades
Verificación de estructuras conceptuales sobre los conceptos relacionados con
las unidad 1 capitulo: Los microorganismos
Unidad 1: Estructura, función y diversidad de los seres vivos. Capitulo 4: Los
microorganismos
Fase de reconocimiento
Situación de salida/ Metas para competencia:
El estudiante identifica las características de los seres vivos, su estructura,
función y diversidad.
Aspectos
procedimentales
Situación 2
Tiempo previsto de
desarrollo: 3 minutos
Carácter de la
actividad: individual
Sistema de
interactividades: (Solo
es estudio personal)
Situaciones didácticas
Actividades de entrada:
Producto:
La actividad consiste en completar los
espacios en blanco con la palabra que usted
crea que complementa mejor la oración.
Tiene máximo tres minutos para pensar y
responder cada uno. Por favor no recurra a
libros o diccionarios porque sería inútil el
objeto de la actividad.
En su PDP
guarde el
texto con los
espacios en
blanco
diligenciados
(Comprobar
1. Existe una clasificación de los organismos respuesta
vivos según la estructura de las células. En
Recursos tecnológicos: el grupo de los _________________ están
los microorganismos en cuyas células el
Aula virtual.
material genético (ADN) no se encuentra
organizado en un núcleo, es decir, no se
Formato de
encuentra rodeado por una membrana.
objetivación/
productos: Texto
2. Dentro del grupo de la pregunta anterior
completo
se encuentran las _____________,
microorganismos unicelulares que
Sistema de evaluación:
estructuralmente son rodeados por
formativa:
membrana y pared celular.
autoevaluación, PDP
3. Continuando con la clasificación de
Seguimiento:
organismos por la estructura de sus células,
autorregulación (no
los organismos que pertenecen al grupo de
necesita enviar al tutor ni
los _______________ son aquellos que se
a la dirección nacional)
caracterizan por poseer células
especializadas como las de los animales y
las plantas.
4. Los _______________ son
microorganismos importantes en la
producción de antibióticos, son filamentosos
50
y se encuentran dentro del grupo de los
___________________ por la estructura de
sus células.
5. Para preparar medios de cultivo de
microorganismos se usa el ____________
que es una sustancia de consistencia
gelatinosa que se obtiene de algas marinas.
6. Los microorganismos
__________________ son aquellos que son
capaces de producir enfermedades.
7. La ________________ se conoce como el
manejo, modificación genética y
propagación de organismos vivos mediante
el uso de tecnologías como el cultivo de
tejidos y la ingeniería genética, que dan
como resultado la obtención de organismos
nuevos o mejorados.
8. Cuando las condiciones del medio se han
hecho desfavorables para vida de
organismos como las bacterias, éstos son
capaces de producir unas estructuras
llamadas ______________ que las protegen
de altas temperaturas y ambientes con poca
humedad.
9. Las _________________ son
microorganismos unicelulares, pertenecen al
reino de los __________________ y son las
responsables de la fermentación alcohólica
de la cerveza.
Los ________________ son compuestos de
núcleo-proteínas; no son considerados
organismos vivos; son demasiado pequeños
como para observarlos en microscopio
óptico, se propagan sólo en el interior de
células vivas y tienen capacidad de producir
enfermedades
51
Fase de profundización: Elaboración de mapa conceptual, ensayo o cuadro sinóptico
sobre temáticas de la unidad 1 para analizar relaciones entre conceptos
Unidad 1: Estructura, función y diversidad de los seres vivos.
FASE DE PROFUNDIZACIÓN
Situación de salida/ Metas para competencia:
El estudiante identifica, describe y analiza con propiedad las
características de los seres vivos, su estructura, función y diversidad.
Aspectos
procedimentales
Situación 7
Tiempo previsto de
desarrollo: 6 h
Carácter de la actividad:
individual grupo
colaborativo máximo de 3
personas
Sistema de
interactividades:
Acompañamiento Tutorial
en Grupo de curso
asincrónica 1h
Recurso tecnológico :
aula virtual o materiales
impresos
Situación didáctica
Actividades de entrada:
º Elabore un mapa conceptual
socialícelo en pequeño grupo
colaborativo a través del aula
Virtual y luego incorpore ajustes
basados en la realimentación
resultante de la socialización.
En su ejercicio deben aparecer los
siguientes conceptos que se
encuentran sin orden jerárquico y
que usted debe reordenar y
organizar jerárquicamente
agregando las palabras enlace y
los conectores:
funciones de la célula, sistemas de
comunicación, sexual, relación,
autótrofa, ADN lineal , asexual,
nutrición, respiración,
Formato de
objetivación/ productos: reproducción, mitosis, exocitosis,
digestión, movimiento, energía,
Informe con mapa
heterótrofa, fotosíntesis,
conceptual
mitocondrias, crecimiento,
procariota, endocitosis,
Sistema de evaluación:
respuestas, transporte de
Sumativa:
membrana, pinocitosis, meiosis,
Heteroevaluación. PDP
absorción, eucariota, estructuras
membranosas, citoesqueleto,
Seguimiento: PDP por
ribosoma, membrana nuclear, ADN
parte del tutor y
de cadena doble circular
sistematización enviada al
director nacional para
Los resultados de la actividad se
seguimiento y
incorporarán en su PDP y se
realimentación
publicarán en el aula Virtual para
socialización y realimentación con
el tutor y demás compañeros.
Producto
° Mapa
conceptual en
PDP y enviado al
tutor y
socializado en el
aula Virtual.
52
Actividad Fase transferencia: Actividad sobre procesos en consumo de
hamburguesa para identificar aprendizajes y experiencias previas sobre las unidades
1,2 y3
Unidades 1,2 y 3: Estructura, función y diversidad de los seres vivos.
Ecología y evolución
Fase de transferencia
Situación de salida/ Metas para competencias:
El estudiante identifica las características de los seres vivos, su
estructura, función y diversidad.
Aspectos
procedimentales
Situación 14.
Situaciones didácticas
Actividades de entrada:
Tiempo previsto de
desarrollo: 10 horas
° Describa los fenómenos que ocurren
en la siguiente situación:
Carácter de la
actividad: individual 3h
° 8 horas después de consumir una
hamburguesa, compuesta por pan,
lechuga, tomate, queso y carne, qué
procesos se han desarrollado en su
organismo. Para su respuesta considere
lo siguiente:
Sistema de
interactividades:
Tutoría individual y/o de
grupo colaborativo de
realimentación en el foro
de discusión del aula
virtual 1 h
1. Que órganos han intervenido?
2. Qué sistemas han interactuado?
3. Qué elementos ha asimilado su
organismo?
4. Para qué sirven los alimentos
Recurso tecnológico:
asimilados?
Aula virtual
5. En los componentes utilizados para
preparar la hamburguesa qué tipo de
Formato de
microorganismos intervinieron
objetivación/
previamente?
productos: Respuestas
6. El cerebro ordena el comportamiento
individuales a las
preguntas de la actividad. del organismo, en coherencia con el tipo
de nutrientes que recibe. ¿Qué efectos
Retroalimentación a las
puede causar una alimentación sin
respuestas de los
proteínas ni verduras ni frutas en el
compañeros de equipo.
Informe de equipo con los comportamiento humano?
7. Qué efectos ambientales puede
acuerdos para cada
respuesta publicado en el causar el consumo diario de millones de
hamburguesas en el mundo?
Aula Virtual
Sistema de evaluación:
Use el módulo de Biología y las fuentes
Sumativa:
heteroevaluación: informe documentales que considere necesarias.
y participación en el foro Responda las preguntas en forma
individual y colóquelas en el foro de
de discusión.
Producto:
° Respuestas
individuales a
las preguntas
planteadas.
°
Coevaluación
de los
compañeros
de equipo
colaborativo.
° Informe del
grupo
colaborativo.
Puntaje de
evaluación:
Coevaluación
3 puntos
Participación
en el foro de
discusión 7
puntos
Informe del
grupo
colaborativo
10 puntos
53
Coevaluación de cada uno discusión en el espacio de TRABAJO
de los compañeros del
INTELECTUAL.
equipo colaborativo
Retroalimente las respuestas de cada
Seguimiento: del
uno de sus compañeros. Use el mensaje
Portafolio de Desarrollo
en donde su compañero dio la
Personal por parte del
respuesta a la pregunta, haciendo click
tutor y sistematización
en responder.
enviada al director
nacional para seguimiento Responda los mensajes de
y realimentación
retroalimentación de sus compañeros.
Use el mensaje en donde su compañero
dio la retroalimentación, haciendo click
en responder.
Cada estudiante debe llegar a una
conclusión final después de este
proceso, que coloca en el foro de
discusión en el espacio trabajo
intelectual del equipo.
El ejercicio de participación en el foro de
discusión tiene un valor evaluativo de
10 puntos y es evaluado por el tutor.
Realizado el ejercicio confronte las
respuestas de todos los miembros del
grupo colaborativo y elabore un informe
dando las respuestas del equipo a cada
pregunta.
El informe debe llevar las siguientes
especificaciones:
Archivo de Word.
Margenes de 3cm.
Letra Arial 10
Interlineado de 1.5
Los estudiantes que no han realizado
participación no pueden aparecer en el
trabajo que consolida las respuestas del
equipo.
Se debe anexar como archivo de PDF,
en el foro de discusión espacio
ENTREGA DE PRODUCTO. Este producto
lo evalúa el tutor y tiene un puntaje de
15 puntos.
54
Es importante señalar que las
respuestas deben ser argumentadas en
fuentes documentales consultadas,
tanto las del informe como en las
individuales.
Una vez finalizada la actividad y
enviado el producto cada miembro del
grupo colaborativo evalúa a sus
compañeros, en el foro de discusión
espacio COEVALUACIÓN, esta
evaluación tiene un valor de 5 puntos.
55
UNIDAD 2. GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA
Presenta las condiciones biológicas en que se basa la habilidad de almacenar y
transmitir la información genética para explicar los mecanismos de herencia a nivel
de biología molecular y las perspectivas de intervención humana en el
mejoramiento genético de microorganismos, plantas y animales.
56
Capitulo 1 La información Genética
Introduccion
El término genética, introducido por Bateson en 1.906, se refiere al estudio de la
transmisión de la información de caracteres entre padres e hijos a través de los
cromosomas, mediante unidades hereditarias denominadas genes. Los caracteres
son físicos, comportamentales y fisiológicos.
Es así como todas las características que identifican a un organismo han sido
heredadas, es decir, provienen de la información genética contenida en los
gametos masculino, el espermatozoide, y femenino, el óvulo.
Cromosomas
En el proceso de división celular que se desarrolla en el núcleo de la célula, a
partir de la cromatina se forman los cromosomas que son un par de estructuras
longitudinales llamadas cromátidas unidas en un punto denominado centrómero.
Diferenciación de especies por número de cromosomas
Cada especie tiene un número característico de cromosomas en células somáticas
(o sea las de todo el cuerpo excepto las células sexuales). Ejemplo: el hombre
posee 46 cromosomas en las células somáticas, en el perro el número de
cromosomas se eleva a 78, en el mosquito son 6, en el ciruelo 48, en el
chimpancé 48, en el gato 38 y en la papa 48.
Composición química básica de los cromosomas
Composición química básica de los cromosomas
Incluye los siguientes elementos: Ácido desoxirribonucleico o ADN y una proteína
la Histona que al unirse con el ADN forma las nucleoproteínas, que configura n
casi hasta el 90% de los cromosomas.
Las principales funciones que debe cumplir un cromosoma son la de replicarse
(producir copias de si mismo), la de transmitirse de una célula a otra y de una
generación a la siguiente y la de expresar la información que contiene
57
Figura 128 Estructura del ADN Tomada de:
http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn.htm
Funciones del ADN
Almacenamiento codificado de la información genética que determina las
características futuras de la célula y de los organismos que se desarrollen a partir
de dicha información.
Replicación de si mismo o sea elaboración de una copia idéntica del ADN.
Síntesis de ARN
Transferencia mediante el ARN (ácido Ribonucleico) de la información
genética a las moléculas que realizan la síntesis de proteínas por intermedio de
los aminoácidos que son las unidades que forman las proteínas.
Replicación del ADN
Para poder transmitir la información genética codificada en el ADN este tiene que
realizar una copia de sí mismo antes de comenzar el proceso de división celular es
decir durante la interfase.
La replicación se realiza en el núcleo de la célula y consiste en la separación de
las dos cadenas de polinucleótidos del ADN (imaginese la apertura de una
cremallera) y cada una se convierte en una matriz o plantilla para el montaje de
una nueva cadena idéntica de ADN a la que se había separado.
58
Figura 129 replicación del ADN Tomada de:
http://www.acrennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn.htm
En este proceso los nucleótidos de las dos cadenas que formaban el ADN, una
vez separadas, atraen nucleótidos complementarios previamente formados por la
célula. Luego los nucleótidos complementarios se unen con los de la plantilla
mediante puentes de hidrógeno para formar la estructura de una nueva molécula
de ADN, semejando los travesaños de una escalera en espiral.
La enzima ADN polimerasa une los nucleótidos complementarios que van
encajando en la plantilla enlazando el grupo fosfato de uno con la molécula de
azúcar del siguiente. De esta manera se construye la cadena lateral
complementaria de ADN. El resultado final es una nueva molécula de ADN con su
estructura de doble hélice.
El significado genético de la replicación es el de conservar la información genética
Animación:
http://www.acrennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/
adn.htm#animation
Transcripción o síntesis de ARN
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Transcripcion/Transcripcion.htm#Transcrip
ción
La transcripción consiste en la síntesis de ARN tomando como molde ADN y
significa el paso de la información contenida en el ADN hacia el ARN. La
transferencia de la información del ADN hacia el ARN se realiza siguiendo las
reglas de complementaridad de las bases nitrogenadas y es semejante al proceso
de transcripción de textos, motivo por el que ha recibido este nombre. El ARN
producto de la transcripción recibe el nombre de transcrito.
59
En las bacterias la transcripción y la traducción tienen lugar en el citoplasma
bacteriano y al mismo tiempo, son simultáneas. Sin embargo, en eucariontes la
transcripción tiene lugar en el núcleo y la traducción en el citoplasma.
La ARN polimerasa o enzima encargada de llevar a cabo la transcripción toma
como molde el ADN para sintetizar ARN y sigue las reglas de complementaridad,
la A del ADN empareja con U del ARN, la G con C, la C con G y la T con A.
Existen experimentos que demuestran que la proporción (A+U)/G+C) del ARN es
similar a la proporción (A+T)/(G+C) del ADN.
A (de ADN) se complementa con U (de ARN)
T (de ADN) se complementa con A (de ARN)
G (de ADN) se complementa con C (de ARN)
C (de ADN) se complementa con G (de ARN)
Las ARN polimerasas sintetizan ARN siempre en la dirección 5'P a 3'OH, decir el
ARN producto de la transcripción crece solamente en esta dirección.
2. Una secuencia del ADN, llamada promotor, le ordena a la célula comenzar a
construir ARN mensajero, a partir del gen que le sigue.
Se transcribe para cada gen una de las dos hélices de ADN, (Asimetría de la
transcripción) la hélice que se toma como molde para producir el ADN se la
denomina hélice codificadora o hélice con sentido y la otra hélice de ADN, la
que no se transcribe, se la denomina hélice estabilizadora o hélice sin sentido.
3. Luego, cabeza y cola, se agregan al ARNm antes de dejar el núcleo.
60
4. El ARNm terminado puede ahora servir de molde para la correspondiente
proteína. Sintesis de proteína
Genotipo
La información genética codificada que posee un organismo con relación a un
rasgo particular para transmitirla a la siguiente generación, se conoce como
genotipo.
Fenotipo
La apariencia o sea el aspecto externo de los individuos resultante de la herencia
y su expresión durante el desarrollo en condiciones ambientales determinadas, se
denomina fenotipo. Por ejemplo el color de la piel, del cabello, de los ojos, la
estatura, la forma del cabello.
Genes
Los genes son pequeños segmentos de largas cadenas de ADN que determinan
la herencia de una característica determinada, o de un grupo de ellas. Los genes
se encuentran localizados en los cromosomas en donde se disponen en línea a lo
largo de ellos. Cada gen ocupa en el cromosoma una posición, o locus.
El conjunto de genes se denomina genoma.
Figura 130 Estrutura del gen
61
Alelos
Cada célula somática posee dos cromosomas homólogos, esto quiere decir que
para cada carácter o rasgo se cuenta con un par de genes que pueden tener la
misma o diferente información. De esta manera cada organismo contiene un gen
de origen paterno y otro de origen materno. A este par de genes que determinan la
expresión de una característica o carácter particular se les llama alelos.
Cuando ambos alelos son iguales se aplica el término homocigoto a los individuos
que los poseen. En cambio, si los alelos son diferentes, el organismo es
heterocigoto o híbrido.
Cuando en un individuo heterocigoto sólo uno de los alelos se expresa se le llama
dominante y al otro que se mantiene oculto, se le conoce como recesivo.
El alelo dominante para un carácter determinado se representa con una letra
mayúscula y su alelo recesivo para el mismo carácter, se representa con la misma
letra pero minúscula.
Ejemplo: Para el carácter estatura alto o bajo el alelo dominante alto se representa
con la letra mayúscula A y el alelo recesivo bajo se representa con la letra a
minúscula
Lección23
Leyes de Mendel, Aplicación de las leyes de Mendel, ejemplos de cruces
Leyes de Mendel
Después de una serie de experimentos con arvejas verdes y amarillas,
observando como se transmitían las características de los padres en
varias generaciones, el botánico Gregor Mendel planteó las leyes básicas
de la transmisión de la herencia.
Durante sus observaciones Mendel encontró que las características o
rasgos almacenados de manera codificada en los genes podían
corresponder a características puras homocigotas o características
híbridas heterocigotas, en este último caso se trata de un par de
características alternativas de las cuales una es dominante (o sea que es
la que se manifiesta externamente en el organismo), y la otra es
recesiva, o sea que no se manifiesta externamente, pero permanece en
62
la dotación genética y puede hacerse visible en las siguientes
generaciones.
Con base en lo anterior Mendel formuló las siguientes leyes:
Ver video sobre las leyes de mendel aquí clic
Primera ley de Mendel - Ley de la Uniformidad Si se cruzan dos
líneas puras (homocigotas) para un determinado carácter, los
descendientes de la primera generación son todos iguales entre sí (igual
fenotipo e igual genotipo) e iguales (en fenotipo) a uno de los
progenitores. Como cada uno de los progenitores es homocigoto, solo le
puede pasar a la descendencia el único alelo o variante del gen que
porta.
Segunda ley - Ley de la Segregación Los caracteres recesivos, al
cruzar dos razas puras, quedan ocultos en la primera generación (F1),
reaparecen en la segunda (F2) en proporción de 1:3 uno a tres respecto
a los caracteres dominantes. Los individuos de la segunda generación
que resultan de los híbridos de la primera generación son diferentes
fenotipicamente unos de otros; esta variación se explica por la
segregación de los alelos responsables de estos caracteres, que en un
primer momento se encuentran juntos en el híbrido y que luego se
separan entre los distintos gametos
Ley de la Dominancia Cuando se cruzan individuos que difieren sólo
en un carácter por ejemplo color de la semilla (dominante y recesivo
para este determinado carácter), la primera generación F1 será
semejante al progenitor que tiene el carácter dominante. En este caso
se habla de cruces monohíbridos
Ley de la transmisión independiente o de la independencia de
caracteres
Establece que los caracteres son independientes y se combinan al azar.
En la transmisión de dos o más caracteres, cada par de alelos que
controla un carácter se transmite de manera independiente de cualquier
otro par de alelos que controlen otro carácter en la segunda generación,
combinándose de todos los modos posibles.
Cuando se cruzan progenitores con dos caracteres diferentes (ejemplo
plantas puras es decir homocigotas con color de las semillas amarillo
63
dominante AA y verde recesivo aa y forma de la semilla lisa dominante
LL y rugosa recesiva ll), estos caracteres se trasmiten a la descendencia
en forma independiente. En este caso se habla de cruces dihíbridos.
Esto se observa mejor mediante un cuadro de Punnet que permite
visualizar las posibles combinaciones para los cruces de caracteres.
Ejemplo: En los experimentos de Mendel se encontraron:
plantas puras de arveja con semillas de color amarillo dominante,
o sea que sus alelos eran idénticos y se pueden denominar
convencionalmente AA
plantas puras de arveja con semillas de color verde recesivas, las
cuales denominaremos aa
plantas híbridas o heterocigotas con semillas de color amarillo, Aa
plantas puras de arveja con semillas lisas como característica
dominante, LL
plantas puras de arveja con semillas rugosas como característica
recesiva, ll
plantas híbridas o heterocigotas de arveja con semillas lisas, Ll
Lección 24. Aplicación de las leyes de Mendel en la resolución de problemas sobre
cruces monohibridos
Para aplicar el cuadro de punnet analicemos primero el caso del cruce de plantas
homocigotas o puras de arveja con semillas amarillas dominantes AA y plantas
puras con semillas verdes recesivas aa (caso de cruce monohíbrido, o sea
aplicado a un solo carácter en este caso color de la semilla)
Se elabora una tabla o cuadro con tres columnas y tres filas (cuadro de Punnet):
64
En las celdas horizontales de color negro, van los alelos o genes aportados por el
padre (en este ejemplo el padre tiene un par de genes AA para el color de la
semilla) pero cada gameto solo recibe un gen para ese carácter por parte del
padre.
Entonces se coloca un gen A por cada celda, o sea, un gen para la formación de
cada gameto en el cruce.
Esto se explica de acuerdo con la ley de la segregación Un par de genes es
segregado (separado) en la formación de los gametos.
En las celdas verticales negras se colocan los alelos o genes que aportará la
madre a los gametos. De igual manera se cumple la ley de la segregación.
Entonces en cada celda se coloca un solo gen:
Las celdas de color blanco corresponden a los gametos de los hijos que se
formarán en el cruce donde se restablecerá el número par de genes para cada
gameto
65
Ejemplo: Si se cruzan semillas homocigotas amarillas dominantes AA con semillas
verdes homocigotas recesivas aa, o sea que tenemos el caso
AA x aa
En las celdas blancas se formarán los gametos resultantes del cruce o sea la
combinación o entrecruzamiento de los genes aportados por el padre y la madre
para ese carácter (se combina el gen de la primera celda horizontal con el gen de
la primera celda vertical).
En este momento se restablece el número par de genes en lo gametos formados
(uno de cada progenitor)
El resultado del cruce será:
Genotipo: 100 % Heterocigoto Aa
Fenotipo: 100% Semilla de color amarillo. (Ser puede explicar por la ley de la
dominancia: un gen del par determina la expresión fenotípica y enmascara al otro;
El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo o gen para el
color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para
el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es
dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.
Otro ejemplo. Si se toman semillas heterocigotas lisas Ll y se cruzan con semillas
homocigotas rugosas ll.
Ll x ll siguiendo el anterior procedimiento:
66
El resultado del cruce será
Genotipo: 50 % Heterocigoto Ll
Fenotipo: 50% semilla de forma lisa y 50% de semillas rugosas.
Interpretación de las leyes de Mendel - Ejemplos de Cruces
Primera ley de Mendel o Ley de la uniformidad de la primera generación filial (F1) o
Ley de la Dominancia
Cuando se aparean o cruzan organismos (fecundación) de raza pura
(homocigotos) para un determinado carácter, todos los individuos de la primera
generación son iguales.
Ejemplo: Si se cruzan arvejas amarillas AA
con arvejas verdes aa toda la F1
resultante del cruce será Aa de color
amarillo. Aparece aquí el concepto de
Dominancia y Recesividad.
Las arvejas amarillas AA son dominantes
sobre las arvejas verdes aa recesivas. La
primera generación o F1 es
fenotípicamente amarilla y
Figura 131 Primera ley de Mendel imagen
genotipícamente heterocigota Aa
tomada de
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm
67
imagen tomada de
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm
Codominancia: La primera ley de Mendel
se cumple también para el caso en que un
determinado gen de lugar a una herencia
intermedia y no dominante, como es el
caso del color de las flores del "dondiego
de noche" (Mirabilis jalapa). Al cruzar las
plantas de la variedad de flor blanca con
plantas de la variedad de flor roja, se
obtienen plantas de flores rosas. La
interpretación es la misma que en el caso
anterior, solamente varía la manera de
expresarse los distintos alelos
Figura 131 Primera ley de Mendel
La segunda ley de Mendel también llamada de la separación o segregación o
disyunción de los alelos
El experimento de Mendel: Mendel tomó
plantas procedentes de las semillas de la
primera generación del experimento anterior
Aa y las polinizó entre sí. Del cruce Aa x Aa
obtuvo semillas amarillas y verdes en la
proporción 3:1. Así pues, aunque el alelo que
determina la coloración verde de las semillas
parecía haber desaparecido en la primera
generación filial, vuelve a manifestarse en
esta segunada generación.
Interpretación del experimento.
Figura 132 Segunda ley de Mendel
imagen tomada de
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm
Los dos alelos distintos para el color de la
semilla presentes en los individuos de la
primera generación filial, no se han mezclado
ni han desaparecido, simplemente ocurría que
se manifestaba sólo uno de los dos.
Cuando el individuo de fenotipo amarillo y
genotipo Aa, forme los gametos, se separan
los alelos, de tal forma que en cada gameto
sólo habrá uno de los alelos y así puede
explicarse los resultados obtenidos
68
Retrocruzamiento
En el caso de los genes que manifiestan
herencia dominante, no existe ninguna
diferencia aparente entre los individuos
heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA),
pues ambos individuos presentarían un
fenotipo amarillo.
La prueba del retrocruzamiento, o
simplemente cruzamiento prueba, sirve para
diferenciar el individuo homo del
heterocigótico. Consiste en cruzar el fenotipo
dominante con la variedad homocigota
recesiva (aa). Si es homocigótico, toda la
descendencia será igual, en este caso se
cumple la primera Ley de Mendel. Si es
Figura 133 Retrocruzamiento
heterocigótico, en la descendencia volverá a
imagen tomada de
aparecer el carácter recesivo en una
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm proporción del 50%
Tercera ley de Mendel o de la herencia independiente de caracteres:
Hace referencia al caso de que se
contemplen dos caracteres distintos. Cada
uno de ellos se transmite siguiendo las leyes
anteriores con independencia de la
presencia del otro carácter.
El experimento de Mendel: Mendel cruzó
plantas de guisantes de semilla amarilla AA
y lisa BB con plantas de semilla verde aa y
rugosa bb(Homocigóticas ambas para los
dos caracteres. Las semillas obtenidas en
este cruzamiento eran todas amarillas y
lisas, cumpliéndose así la primera ley para
cada uno de los caracteres considerados, y
revelándonos también que los alelos
dominantes para esos caracteres son los
que determinan el color amarillo y la forma
Figura 134 Tercera Ley Mendel
lisa. Las plantas obtenidas y que constituyen
Tomada de
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm la F1 son dihíbridas (AaBb).
69
Segunda generación filial F2
Se cruzan entre sí plantas de la F1,
teniendo en cuenta los gametos que
formarán cada una de las plantas
Los alelos de los distintos genes se
transmiten con independencia unos de
otros, ya que en la segunda generación
filial F2 aparecen guisantes amarillos y
rugosos y otros que son verdes y lisos,
combinaciones que no se habían dado ni
en la generación parental (P), ni en la filial
primera (F1).
Figura 135 Segunda generación filial
http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm
70
Figura 136 Segunda generación filial
Imagen tomada de http://www.biotech.bioetica.org/ap1.htm
Interpretación del experimento: Los resultados de los experimentos de la tercera
ley refuerzan el concepto de que los genes son independientes entre sí, que no se
mezclan ni desaparecen generación trás generación. Para esta interpretación fue
providencial la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen
siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén
regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas. No se cumple
cuando los dos genes considerados se encuentran en un mismo cromosoma, es el
caso de los genes ligados.
Lección 24
71
Síntesis de proteínas
Animación en Power Point
http://www.cnice.mecd.es/eos/MaterialesEducativos/mem2001/biologia/citoplasma/
organelas3.htm
Para la síntesis de proteínas se requieren:
• Subunidades ribosómicas pequeñas y grandes
• Cadena de ARN mensajero (ARNm), que es el portador de las instrucciones
codificadas
que
especifican
la
secuencia
de
aminoácidos
• ARN de transferencia (ARNt)
Estos ARNt forman enlaces covalentes con los aminoácidos, con los que forman
aminoacil ARNt, mediante reacciones catalizadas por enzimas específicos. Esto
significa que a cada ARNt le corresponde su propio aminoácido. Cada ARNt
contiene, además, un anticodón que reconoce el codón del ARNm que
corresponde al aminoácido del que es portador.
Todo este proceso de síntesis proteica o traducción a partir de una molécula de
RNAm, requiere que previamente se haya producido la transcripción, mediante la
cual a partir de una molécula de DNA se origina una de RNAm, que luego servirá
de "molde" para la síntesis de nuevas proteínas.
El proceso incluye las siguientes fases:
Etapa 1: se fija un ARNm a la subunidad pequeña. El sitio P de la subunidad
ribosomal pequeña queda ocupado por un ARNt de iniciación, cuyo anticodón
reconoce el codón triplete AUG, que codifica al aminoácido metionina
72
Figura 137 Síntesis de proteína Etapa 1
de Etapa 2: la subunidad ribosomal grande se fija a la subunidad pequeña, y el
ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm, en dirección desde 5'
hasta 3', hasta que el siguiente codón queda alineado con el sitio A de la
subunidad pequeña
Etapa 3: un nuevo aminoacil ARNt (es decir, un ARNt que lleva un aminoácido)
compara a su anticodón con el codón del RNAm; si concuerda, el ARNt se fijará
sobre el sitio A
73
Figura 138 Síntesis de proteína Etapa 2 y 3
Etapa 4: los aminoácidos en los sitios A y P forman un enlace peptídico - El ARNt
del sitio P pasa su aminoácido al ARNt del sitio A, que ahora tiene unidos sobre sí
a los dos aminoácidos (proceso catalizado por la enzima peptidiltransferasa)
Etapa 5: el ARNt desaminado deja libre el sito P, y el ARNm con sus dos
aminoácidos se mueve desde el sito A hacia el sitio P. Al mismo tiempo, el
ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm hasta que el siguiente
codón queda alineado con el sitio A de la subunidad ribosomal pequeña
Etapa 6: se repiten las etapas 3 a 5, con lo que se alarga la cadena polipeptídica
hasta que se llega al codón de terminación (que pueden ser tres: UAG, UAA o
UGA), responsable de detener el proceso de traducción
Etapa 7: cuando el sitio A de la unidad ribosomal pequeña llega a un codón de
terminación, se fija en el sitio A un factor liberador, encargado de descargar a la
cadena polipeptídica recién formada desde el sitio ARNt del sitio P hacia el citosol
Etapa 8: el ARNt se libera desde el sitio P, el factor liberador se libera desde el sito
A, y las subunidades ribosómicas grande y pequeña se disocian del ARNm
quedando libres en le citosol.
Figura 139 Síntesis de proteína Etapa Terminación
74
En definitiva, los ribosomas participan en la síntesis de las proteínas que tendrán
un destino u otro según que sean formadas por ribosomas libres o por
polirribosomas adheridos a las membranas del Retículo endoplasmático rugoso
Figura 140 Esquema de los ribosomas en la sístesis de proteína
75
Capitulo 2 Biotecnología
Lección 26. Los pasos de la ingeniería genética
http://www.agronort.com/informacion/abcbiotec/abcbio4.html
El ADN sirve como molde para la síntesis del ARN
1. Una de las bases del ARN es diferente
A (ADN) se complementa con U (ARN)
T (ADN) se complementa con A (ARN)
G (ADN) se complementa con C (ARN)
C (ADN) se complementa con G (ARN)
2. Una secuencia del ADN, llamada promotor, le ordena a la célula comenzar a
construir ARN mensajero, a partir del gen que le sigue.
3. Luego, cabeza y cola, se agregan al ARNm antes de dejar el núcleo.
4. El ARNm terminado puede ahora servir de molde para la correspondiente
proteína.
El Código genético
Traducción de ARN en proteína
1. Cada tres bases en el ARN, forman un codón correspondiente a ciertos
aminoácidos.
76
2. La mayoría de los aminoácidos pueden ser codificados por mas de un codón.
Aac.
Aac.
Cisteina
Prolina
Histidina
codones
UGU,UGG
CCU,CCC,CCA,CCG
CAU,CAC
Stop= UAA, UAG, UGA
3. También hay codones, que ordenan a la maquinaria de la célula, detener la
síntesis de la cadena proteica.
4. Todo este proceso es llevado a cabo por estructuras complejas, llamados
ribosomas, junto con enzimas y moléculas especiales de ARN.
Construcción de una Proteína:
Traducción del ARNm
1. Los ribosomas se mueven a lo largo del ARNm y van adosando los aminoácidos
correspondientes a cada codón.
2. Los aminoácidos se unen entre si por ligaduras de péptidos.
77
3. La cadena proteica toma una forma tridimensional, basada en la secuencia
particular de aminoácidos.
4. Esta forma particular, es la que le confiere propiedades y funciones únicas.
Resumen:
Pasos desde ADN a Proteína
1. Un gen es parte del ADN, en un cromosoma.
2. El código genético es "transcripto" en el ARN mensajero.
3. El ARNm forma una cabeza y una cola para dejar el núcleo.
4. El código en el ARNm es traducido, construyendo las largas cadenas de
aminoácidos que forman una proteína.
5. La proteína se organiza en su forma funcional.
Los pasos de la Ingeniería Genética
1. Identificar un carácter deseable, pero que no pueda ser manejado por los
métodos clásicos de mejoramiento.
2. Encontrar algún organismo que lo exprese.
3. Encontrar el gen responsable del carácter deseado, en dicho organismo.
4. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios para que este sea
funcional en la planta.
5. Mover los genes a las células de la planta.
6. Encontrar las células modificadas exitosamente, y regenerarlas en plantas
completamente funcionales.
78
Posibilidades de la Biotecnología
Ejemplos
Caracteres de Protección
Resistencia a Insectos
Tolerancia a Herbicidas
Resistencia a Hongos
Resistencia a Virus
Resistencia a Bacterias
Resistencia a Nematodos
Caracteres de Calidad
Demora de la maduración
Aceites modificados
Proteínas modificadas
Alto contenido de sólidos
Producción vegetal de anticuerpos,
enzimas, etc.
Búsqueda de fuentes para genes
deseados
Búsqueda de fuentes para genes deseados
1. La bacteria de suelo, Bacillus
thuringiensis (Bt), tiene genes para
diversas proteínas, selectivamente
toxicas para ciertos insectos.
2. El actinomycete de suelo,
Streptomyces tiene un gen para una
enzima que desdobla la molécula del
Glufosinato de Amonio (herbicida).
3. Una línea mutante de Arabidopsis
thaliana, tiene un gen para una versión
de la enzima EPSPS, menos sensible al
Glifosato
79
Herramientas Básicas
Enzimas "para cortar y pegar"
1. Las enzimas
de restricción
cortan ADN,
solo en ciertas
secuencias
especificas.
2. Muchas dejan
"extremos
pegajosos", de
manera que
otras piezas
cortadas con la
misma enzima,
se ligan
automáticament
e.
3. El "extremo
pegajoso" de
una pieza
puede hibridar
con el de otra
pieza, cortada
por la misma
enzima.
4. Otras
enzimas
llamadas
ligasas,
terminan las
uniones.
80
Clonado
1. Además de su principal
cromosoma, muchas bacterias
tienen también pequeñas piezas
circulares de ADN, llamadas
plásmidos. Estos tienen a
menudo, genes de resistencia a
antibióticos.
2. Los plásmidos son fáciles de
manejar en tubos de ensayo,
para "cortar y pegar" nuevas
piezas de ADN
3. Los plásmidos modificados,
pueden ser colocados de nuevo
en la bacteria, y serán copiados
en cada duplicación celular.
81
4. De esta forma es posible
obtener un gran numero de
copias del gen, tan solo
incrementando la bacteria.
82
Capturando el Gen
Tomar la pieza de ADN buscada desde el organismo donante
1. Se extrae ADN de muchas células, y se corta en
pequeñas piezas.
2. Las piezas se mezclan con plásmidos cortados
con la misma enzima, las cuales al conjugarse
conforman distintos plásmidos.
3. Los plásmidos, colocados de nuevo en bacterias,
son ahora distintos, y entonces pueden ser
separados.
4. Ahora, cada pieza de ADN puede copiarse tanto
como sea necesario.
Encontrando el Gen correcto
1. Los plásmidos usados en la bacteria
(vectores clonados), también contienen
un gen de resistencia a antibióticos, de
manera que solo aquellas que tengan el
nuevo plásmido recombinante, crecerán
en el medio de cultivo. Este gen se llama
"marcador selectivo".
83
2. Cada clon (progenie de bacterias con
la nueva secuencia de ADN), puede ser
probada para saber si contiene el gen
deseado. Hay diversas maneras,
dependiendo del carácter en cuestión
Lo que acompaña al Gen
La construcción
1. Los genes deben "estar prendidos" para expresarse; para eso se
usa el promotor.
3. Es necesario saber cuales (poco frecuentes) células han sido
modificadas; para eso se agrega un gen marcador selectivo.
4. La combinación terminada del gen + promotor + marcador
selectivo + terminadores, se llama construcción o inserto.
84
Promotores: dónde se "prenderá" el gen?
1. Para que el ADN transcriba el gen en ARNm, debe haber un
promotor delante de la secuencia.
2. Algunos promotores activan el gen en casi todas las células
de la planta (Pr. Constitutivos).
3. Algunos solo lo hacen en las partes verdes.
4. Otros promotores solo trabajan en tejidos específicos, como
polen, raíz o tejidos dañados.
Marcadores Selectivos
1. El tipo mas común es el de un gen que codifica para una enzima, que desdobla
algún antibiótico o componente del herbicida.
2. El gen marcador también necesita un promotor y terminador.
nptll -------------->kanamicína
bar -->glufosinato de amonio
85
3. Normalmente la planta moriría ante el químico. Solamente sobrevivirá si ha sido
exitosamente modificada para poseer esta enzima.
Inserto listo para ser transferido a una planta
Lección 29
Transfiriendo los genes a las plantas.
Opciones de Transformación.
Métodos
1. Agrobacterium. Uso de una bacteria como "Ingeniero Genético Natural". La
bacteria conteniendo el inserto, infecta las células de la planta produciendo la
recombinación genética.
86
2. Acelerador de Partículas (Gene Gun). Un cañón artificial bombardea
micropartículas con el inserto, sobre la célula.
3. Electroporación. Uso de carga eléctrica para que el ADN atraviese la membrana
nuclear. La corriente, fuerza el paso de los insertos al interior del núcleo.
4. Polietilenglicol. La exposición de las membranas al PEG, facilita el movimiento
de las moléculas de ADN.
5. Silicon Wiskers. Inyección mediante fibras microscópicas. Las fibras atraviesan
las membranas, llevando los insertos.
Transformación por Agrobacterium
Fundamentos
1. El patógeno de suelo Agrobacterium
tumefaciens, naturalmente inserta su ADN
(plásmido Ti), en las células expuestas de
sus huéspedes, en tejidos radiculares
dañados.
2. Este ADN extraño se incorpora y
recombina con el ADN propio de la planta
huésped, dividiéndose y creciendo al azar,
como un tumor.
3. El ADN de Agrobacterium toma el control
de las células del tumor, causando la síntesis
de aminoácidos inusuales que sirven de
soporte nutricional a la bacteria.
Preparando un gen para una transformación mediante Agrobacterium
1. Las secuencias del plásmido Ti,
responsable de la virulencia de la
bacteria, se remueven (vírgenes).
87
2.En otra bacteria, se ubica el gen
deseable, entre las dos secuencias de
borde del plásmido Ti.
3. Se integra el inserto que contiene el
gen deseable, dentro del plásmido Ti, al
ser incorporado nuevamente dentro del
Agrobacterium.
4. Bacteria clonada, lista para
transformar.
Resumen
Transformación mediante Agrobacterium
1. Armar dos construcciones; una con los genes a incorporar (gen principal y
marcador), y otra con las secuencias necesarias del plásmido Ti.
2. Integrar todo esto en un solo plásmido, en Agrobacterium, y usar este clon para
infectar tejido vegetal.
3. Exponer el tejido tratado al agente químico selectivo (antibiótico o herbicida).
Solo las células exitosamente transformadas, sobrevivirán.
4. Usar métodos de cultivo de tejidos para regenerar plantas viables de las pocas
células sobrevivientes.
Transformación por Acelerador de Partículas (Gene Gun)
1. Incorporar el inserto en un
plásmido y hacer un gran
numero de copias en una
bacteria.
88
2. Extraer los plásmidos y
cubrir con ellos pequeñas
partículas de tungsteno (1
micrón).
3. Disparar las partículas
mediante una explosión, sobre
los tejidos.
4. Exponer las células al
agente selectivo para
regenerar aquellas
exitosamente transformadas.
Porque un evento de transformación es raro y costoso?
1. En todo el proceso hay muchos pasos "poco probables" involucrados, debido a los
siguientes obstáculos:
Tener que introducir ADN en células vivas.
Lograr que el ADN sea insertado en forma estable, en los propios cromosomas de
las células, haciendo viable su replicación.
Lograr que esta inserción sea funcional
2. No hay forma de controlar adonde se ubicara el ADN extraño:
Podría
no
ser
funcional,
dependiendo
del
sitio
de
inserción.
Podría afectar o anular la acción de algún gen importante de la planta.
Lección 30
Los primeros desafíos
Tolerancia a Glifosato
Objetivo: Transformar plantas sensibles en altamente tolerantes, para su
aplicación directa.
89
Origen: El Glifosato inhibe una enzima vegetal (EPSPS), necesaria para el
crecimiento celular
Intento 1: Adicionar una nueva copia del gen para EPSPS, de petunia, con un
promotor fuerte, para aumentar la concentración de EPSPS en la planta, y lograr
tolerar mayores dosis de Glifosato.
Resultado 1: Aun con mas EPSPS, las plantas fueron todavía muy sensibles, como
para ser de interés comercial.
Tolerancia a Glifosato: 2do Intento
Objetivo: Generar mutantes de algún organismo fácil de cultivar, hasta hallar algún
individuo tolerante a Glifosato.
Intento 2: Un aislamiento de Agrobacterium resulta menos sensible, pero su
EPSPS es aun funcional; se la transfiere a plantas TG.
Resultado2: En soja, ambos mecanismos sumados funcionan adecuadamente, no
así en maíz, que requiere trabajo adicional.
Tolerancia a Glifosato: 3er Intento
Objetivo: Encontrar un microorganismo que produzca una enzima capaz de
detoxificar la molécula de Glifosato (GOX de Achromobacter sp.).
Intento 3: Juntar los efectos del gen para esta enzima con el gen mutante de
EPSPS, en plantas de maíz.
Resultado 3: Este intento, involucrando ambos genes resulto efectivo, logrando que
las plantas estén protegidas por producir EPSPS insensible al herbicida, mas la
capacidad de detoxificar parte del mismo.
Tecnología Bt
Objetivo: Lograr que la planta produzca su propio insecticida.
Origen: Algunos insectos pueden ser controlados mediante la aplicación de
Deltaendotoxinas de Bacillus thuringiensis. Estas toxinas son altamente selectivas
e inocuas para el hombre y el ambiente, pero se desdoblan rápidamente cuando
están expuestas a la luz ultravioleta.
Intento 1: Poner el gen completo para la toxina-proteína en la planta, con un fuerte
promotor que funcione en todos los tejidos.
90
Resultado 1: Aun con una transformación exitosa, la planta no producía suficiente
proteína para protegerse a si misma.
Tecnología Bt: 2do Intento
Origen: Cuando la toxina natural (potoxina) entra en el intestino del insecto, se
desdobla en la toxina activa, de cadena mas corta, por acción de las enzimas del
insecto.
Intento 2: Insertar un gen truncado que solo codifique para la porción de la
proteína correspondiente a la toxina activa.
Resultado 2: La planta produce mucho mas toxina ahora, pero seria conveniente
aun mas.
Tecnología Bt: 3er Intento
Origen: La planta "prefiere" usar ciertos codones para algunos aminoácidos.
Cuando no tiene estos codones "preferidos" produce mucha menos proteína.
Muchos de los codones en un gen bacterial, no son los "preferidos", por lo tanto el
gen no se expresa bien en la planta.
Intento 3: Realizar cambios en el ADN del gen, base por base, de manera que
codifique para los mismos aminoácidos, pero usando los codones "preferidos".
Original TTAGCACCCTAGGCTAGCGTA
Modificada TTACCACCCTACGCTAGCCTA
Resultado 3: Cuando el gen es trucado y además tiene los codones "preferidos",
expresa suficiente toxina para su autoprotección.
Links
http://www.agronort.com/links.html#Biotecnología
EL PROYECTO GENOMA HUMANO Aspectos científicos
USDA - Novedades, regulación, etc...
Plant Genome Information Resource
Intercambio información s/ cultivo de tejidos - Texas A&M
91
Regulación (OECD, IANB, G-VIII)
Biotecnología Aplicada - conceptos elementales, ética, etc..
Recursos y herramientas de biología molecular
Portal "porque biotecnología" de A.S.A. (Asociación Semilleros Arg.)
Checkbiotech.org - Información y novedades de biotecnología
National Center for Biotechnology Information
Council for Biotechnology Information
Glosario de términos de la Biotecnología
Genetic Engineering News
Galería Figura de procesos relacionados a la biotecnología
Ag BioTech InfoNet
Transgenic crops (Colorado State U.)
agbios Agriculture & Biotechnology Strategies Inc. (Canada)
AgBioForum - Economía y gerencia, en biotecnología agrícola.
Biotecnología Agrícola y Pobreza
Electronic Journal of Biotechnology - Universidad Católica de Valparaíso
92
UNIDAD 3. ECOLOGÍA Y EVOLUCIÓN
Capitulo 1 Ecología
Lección 31
Figura 141 Flujograma Ecologia
Ecología
El término ecología lo propuso en 1869 el biólogo alemán Ernst Haeckel, para
sistematizar el conocimiento referido al estudio del entorno viviente. Este término
se origina en los vocablos griegos “oikos” (casa o lugar donde vivimos) y “logos”
(estudio).
Los graves problemas de contaminación regional y planetaria, han convertido a la
ecología en una disciplina de vital importancia para descubrir y diseñar estrategias
de manejo y de uso sostenible de los recursos de la biosfera.
93
Organización del conocimiento ecológico La ecología estudia grupos de organismos
en sus relaciones con el medio ambiente. Los grupos de organismos pueden estar
asociados a tres niveles de organización: poblaciones, comunidades y
ecosistemas.
Población Una población es un grupo de individuos de cualquier clase de
organismo correspondiente a una sola especie.
Comunidad biótica Agrupa todas las poblaciones que ocupan un área física
definida.
Ecosistema
Figura 142 Flujograma Ecosistema
La comunidad, junto con el medio ambiente físico no viviente comprende un
ecosistema
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Campos problémicos que aborda el ecólogo
Al interior de las cadenas alimenticias de un ecosistema, se analiza por ejemplo:
quién vive a la sombra de quién, quién devora a quién, quién desempeña un papel
en la propagación y dispersión de quién, y cómo fluye la energía de un individuo al
siguiente en una cadena alimenticia.
El ecólogo trata de definir y analizar aquellas características de las poblaciones
distintas de las características de individuos y los factores que determinan la
agrupación de poblaciones en comunidades. En ocasiones el estudio ecológico se
centra en un campo de trabajo muy local y específico, pero en otros casos se
interesa por cuestiones muy generales.
Un ecólogo puede estar estudiando; cómo afectan las condiciones de luz y
temperatura a los árboles de un robledal, mientras otro estudia cómo fluye la
energía en la selva tropical; pero lo específico de la ecología es que siempre
estudia las relaciones entre los organismos y de estos con el medio no vivo, en
unidades de análisis denominadas ecosistemas.
El concepto de ecosistema es vital para comprender el funcionamiento de la
naturaleza. Es un error considerar que nuestros avances tecnológicos: coches,
grandes casas, industria, etc. nos permiten vivir al margen del resto de la biosfera.
El estudio de los ecosistemas, de su estructura y de su funcionamiento, nos
demuestra la profundidad de estas relaciones.
Los ecosistemas como unidad de estudio
El ecosistema es el nivel de organización de la naturaleza que se convierte en la
unidad
básica
de
estudio
interesa
a
la
ecología.
Dentro de los ecosistemas los organismos viven en poblaciones que se
estructuran en comunidades. El término autoecología se refiere a estudios de
organismos individuales, o de poblaciones de especies aisladas, y sus relaciones
con el medio ambiente. El término contrastante, sinecología, designa estudios de
grupos de organismos asociados formando una unidad funcional del medio
ambiente. Es decir analiza las numerosas relaciones entre comunidades y
ecosistemas.
Los ecólogos emplean el término ecosistema para indicar una unidad natural con
partes vivientes (factores bióticos) o inertes (factores abióticos), que interactúan
mutuamente para producir un sistema estable, en el cual el intercambio de
sustancias entre los organismos vivos y los elementos inertes es de tipo circular.
Entre los factores abióticos tenemos: el agua, el aire, el viento, la temperatura, la
luz, los minerales del suelo, la presión atmosférica; estos factores afectan y
95
permiten la supervivencia de los seres vivos o factores bióticos como los
microorganismos, las plantas, los animales
Un ecosistema puede ser tan grande como el océano o un bosque, o uno de los
ciclos de los elementos, o tan pequeño como un acuario que contiene peces
tropicales, plantas verdes y caracoles. Para calificar una unidad como ecosistema,
la unidad ha de ser un sistema estable, donde el recambio de materiales sigue un
camino circular. Un ejemplo clásico de un ecosistema bastante compacto para ser
investigado en detalle cuantitativo es una laguna o un estanque. La parte no
viviente del lago comprende el agua, el oxígeno disuelto, el bióxido de carbono, las
sales inorgánicas como fosfatos y cloruros de sodio, potasio y calcio, además de
muchos compuestos orgánicos.
En un lago, hay dos tipos de productores: las plantas mayores que crecen sobre la
orilla o flotan en aguas poco profundas, y las plantas flotantes microscópicas, en
su mayor parte algas, que se distribuyen por todo el líquido, hasta la profundidad
máxima alcanzada por la luz. Estas plantas pequeñas, que se designan
colectivamente con el nombre de fitoplancton, no suelen ser visibles, salvo si las
hay en gran cantidad, en cuyo caso comunican al agua un tinte verdoso. Suelen
ser bastante más importantes como productoras de alimentos para el lago que las
plantas visibles.
Los organismos consumidores son heterótrofos, por ejemplo, insectos y sus
larvas, crustáceos, peces y tal vez algunos bivalvos de agua dulce. Los
consumidores primarios son los que ingieren plantas; los secundarios los
carnívoros que se alimentan de los primarios, y así sucesivamente. Podría haber
algunos consumidores terciarios que comieran a los consumidores secundarios
carnívoros.
El ecosistema se completa con organismos descomponedores o saprofitos como
bacterias y hongos, que desdoblan los compuestos orgánicos de células
procedentes de organismos muertos, y con sustancias inorgánicas que pueden
usarse como materia prima por las plantas verdes.
Aún en el ecosistema más grande y más completo puede demostrarse que está
constituido por los mismos componentes: organismos productores, consumidores
y desintegradores, y componentes inorgánicos.
Biocenosis y biotopo
La estructuración de un ecosistema reúne la biocenosis o conjunto, en equilibrio
dinámico, de organismos vivos, y las características del biótopo o sea de la
extensión física en que se encuentra circunscrita la unidad ecosistémica que se va
a estudiar.
96
El concepto de ecosistema aún es más amplio que el de comunidad porque un
ecosistema incluye, además de la comunidad, el ambiente no vivo, con todas las
características de clima, temperatura, sustancias químicas presentes, condiciones
geológicas, etc.
La organización de la naturaleza en niveles superiores al de los organismos es la
que interesa a la ecología.
Hábitat y nicho ecológico
Dos conceptos fundamentales útiles para describir las relaciones ecológicas de los
organismos son el hábitat y el nicho ecológico.
El hábitat es el lugar donde vive un organismo, su área física, alguna parte
específica de la superficie de la tierra, aire, suelo y agua. Puede ser vastísimo,
como el océano, o las grandes zonas continentales, o muy pequeño, y limitado,
por ejemplo, la parte inferior de un leño podrido, pero siempre es una región bien
delimitada físicamente. En un hábitat particular pueden vivir varios animales o
plantas.
En cambio, el nicho ecológico es el estado o el papel de un organismo en la
comunidad o el ecosistema. Depende de las adaptaciones estructurales del
organismo, de sus respuestas fisiológicas y de su conducta.
Puede ser útil considerar al hábitat como la dirección de un organismo (donde
vive) y al nicho ecológico como su profesión (lo que hace biológicamente). El nicho
ecológico no es un espacio demarcado físicamente, sino una abstracción que
comprende todos los factores físicos, químicos, fisiológicos y bióticos que necesita
un organismo para vivir.
Para describir el nicho ecológico de un organismo es preciso saber qué come y
qué lo come a él, cuáles son sus límites de movimiento y sus efectos sobre otros
organismos y sobre partes no vivientes del ambiente. Una de las generalizaciones
importantes de la ecología es que dos especies no pueden ocupar el mismo nicho
ecológico.
Una sola especie puede ocupar diferentes nichos en distintas regiones, en función
de factores como el alimento disponible y el número de competidores. Algunos
organismos, por ejemplo, los animales con distintas fases en su ciclo vital, ocupan
sucesivamente nichos diferentes. Un renacuajo es un consumidor primario, que se
alimenta de plantas, pero la rana adulta es un consumidor secundario y digiere
insectos y otros animales.
97
En contraste, tortugas jóvenes de río son consumidores secundarios, comen
caracoles, gusanos e insectos, mientras que las tortugas adultas son
consumidores primarios y se alimentan de plantas verdes como el apio acuático.
Lección 33
Ejemplos de ecosistemas
La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abarca todo el planeta y
reúne a todos los seres vivos en sus relaciones con el ambiente no vivo de toda la
Tierra. Pero dentro de este gran sistema hay subsistemas que son ecosistemas
más delimitados. Así, por ejemplo, el océano, un lago, un bosque, o incluso, un
árbol, o una manzana que se esté pudriendo son ecosistemas que poseen
patrones de funcionamiento en los que podemos encontrar paralelismos
fundamentales que nos permiten agruparlos en el concepto de ecosistema.
Funcionamento del ecosistema
El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una
fuente de energía que, fluyendo a través de los distintos componentes del
ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros
componentes físicos del ecosistema. La fuente primaria y principal de energía es
el sol. En todos los ecosistemas existe, además, un movimiento continúo de los
materiales. Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, del agua o del aire
a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven al suelo, o al
agua, o al aire, cerrándose el ciclo. En el ecosistema la materia se recicla en un
ciclo cerrado y la energía fluye linealmente generando organización en el sistema.
Enfoque para el estudio del ecosistema
Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre
los elementos, que el cómo son estos elementos. Los seres vivos concretos le
interesan al ecólogo por la función que cumplen en el ecosistema, no en sí
mismos como le pueden interesar al zoólogo o al botánico.
Para el estudio del ecosistema es indiferente, en cierta forma, que el depredador
sea un león o un tiburón. La función que cumplen en el flujo de energía y en el
ciclo de los materiales son similares y es lo que interesa en ecología.
Cualquier variación en un componente del ecosistema repercutirá en todos los
demás componentes. Por eso son tan importantes las relaciones que se
establecen para mantener ciertas dinámicas de equilibrio general a pesar de la
gran complejidad de las interacciones. Una manera simplificada de abordar el
estudio de los ecosistemas consiste en analizar las relaciones alimentarias, los
ciclos de la materia y los flujos de energía.
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Relaciones alimentarias
La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la Tierra desde el Sol y
pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.
Figura 143 Ejemplo de cadena trófica
Tomada de www1.ceit.es/.../Ecologia/Hipertexto/ 04Ecosis/100Ecosis.htm
Las redes de alimentación (reunión de todas las cadenas tróficas) comienzan en
los organismos productores (las plantas) que captan la energía luminosa con su
actividad fotosintética y la convierten en energía química almacenada en
moléculas orgánicas.
Las plantas son devoradas por otros seres vivos que forman el nivel trófico de los
consumidores primarios (herbívoros).
Los herbívoros suelen ser presa, generalmente, de los carnívoros (depredadores)
que
son
consumidores
secundarios
en
el
ecosistema.
Pero las cadenas alimentarias no acaban en el depredador cumbre (Ej. felino que
como todo ser vivo muere, existen necrófagos, como algunos hongos o bacterias
que se alimentan de los residuos muertos y detritos en general (organismos
descomponedores o detritívoros).
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De esta forma se soluciona en la naturaleza el problema de los residuos.
Los detritos (restos orgánicos de seres vivos) constituyen en muchas ocasiones el
inicio de nuevas cadenas tróficas. Por Ej., los animales de los fondos abisales se
nutren de los detritos que van descendiendo de la superficie.
La cadena alimentaria más corta estaría formada por los dos eslabones citados
(ej. cabras alimentándose de la vegetación).
Ejemplos de cadenas alimentarias de tres eslabones serían:
hierba - vaca - hombre
algas - krill - ballena.
Las cadenas alimentarias suelen tener, como mucho, cuatro o cinco eslabones,
seis constituyen ya un caso excepcional. Ej. de cadena larga sería: plantas insectos
sapos
serpientes
mangosta
–
felino.
Las diferentes cadenas alimentarias no están aisladas en el ecosistema sino que
forman un entramado entre sí y se suele hablar de red trófica.
Redes tróficas y alimentarias
Se estima que el índice de aprovechamiento de los recursos en los ecosistemas
terrestres es como máximo del 10 %, por lo cual el número de eslabones en una
cadena trófica, por necesidad, corto.
Reflexión: ¿qué pasa con el 90% correspondiente a la energía no aprovechada al
ascender en la escala trófica? ¿Se pierde o se aprovecha en otra forma?
Sin embargo, un estudio de campo y el conocimiento más profundo de las distintas
especies nos revelará que esa cadena trófica es únicamente una hipótesis de
trabajo y que, a lo sumo, expresa un tipo predominante de relación entre varias
especies de un mismo ecosistema.
La realidad es que cada uno de los eslabones mantiene a su vez relaciones con
otras especies pertenecientes a cadenas distintas. Es como un cable de
conducción eléctrica, que al observador alejado le parecerá una unidad, pero al
aproximarse verá que dicho cable consta a su vez de otros cables conductores
más pequeños, que tampoco son una unidad maciza. Cada uno de estos cables
conductores estará formado por pequeños filamentos de cobre y quienes
conducen la electricidad son en realidad las diminutas unidades que conocemos
como electrones, componentes de los átomos que constituyen el elemento cobre.
100
Pero hay que poner de relieve una diferencia fundamental, en el cable todas las
sucesivas subunidades van en una misma dirección, pero en la cadena trófica
cada eslabón comunica con otros que a menudo se sitúan en direcciones distintas.
La hierba no sólo alimenta a la oveja, sino también al conejo y al ratón, que serán
presa de un águila y un búho, respectivamente. La oveja no tiene al lobo como
único enemigo, aunque sea el principal. El águila intentará apoderarse de sus
recentales y, si hay un lince en el territorio, competirá con el lobo, que en caso de
dificultad no dudará en alimentarse también de conejos.
De este modo, la cadena original ha sacado a la luz la existencia de otras laterales
y entre todas han formado una tupida maraña de relaciones ínter- específicas.
Esto es lo que se conoce con el nombre de red trófica. La red da una visión más
cercana a la realidad que la simple cadena. Nos muestra que cada especie
mantiene relaciones de distintos tipos con otros elementos del ecosistema: la
planta no crece en un único terreno, aunque en determinados suelos prospere con
especial vigor.
Tampoco, en general, el herbívoro se nutre de una única especie vegetal y él no
suele ser tampoco el componente exclusivo de la dieta del carnívoro.
La red trófica, contemplando un único pero importante aspecto de las relaciones
entre los organismos, nos muestra lo importante que es cada eslabón para formar
el conjunto global del ecosistema.
Una representación más realista de quien come a quien se llama red alimenticia,
como se muestra a continuación
Figura 144 Red alimenticia
Tomada de: http://www.jmarcano.com/nociones/trofico2.html
Pirámides biológicas
101
Una representación muy útil para estudiar todo este entramado trófico son las
pirámides de biomasa y energía. En ellas se ponen varios pisos con su anchura o
su superficie proporcional a la magnitud representada. En el piso bajo se sitúan los
productores; por encima los consumidores de primer orden (herbívoros), después
los de segundo orden (carnívoros) y así sucesivamente.
Figura 145 Pirámide de energía de una cadena trófica acuática
tomada de: www1.ceit.es/.../Ecologia/Hipertexto/ 04Ecosis/100Ecosis.htm
Biomasa y energía
La biomasa es la cantidad total de materia viviente, en un momento dado, en un
área determinada o en uno de sus niveles tróficos, y se expresa en gramos de
carbono, de la materia seca correspondiente. Las pirámides de biomasa son muy
útiles para mostrar la biomasa en un nivel trófico. El aumento de biomasa en un
período determinado recibe el nombre de producción de un sistema o de un área
determinada.
Pirámide de energía
Una pirámide de energía muestra la cantidad máxima de energía en la base, la
cual disminuye uniformemente en cada nivel trófico. La transferencia de energía
de un nivel trófico a otro no es totalmente eficiente. Los productores gastan
energía para respirar, y cada consumidor de la cadena gasta energía obteniendo
el alimento, metabolizándolo y manteniendo sus actividades vitales.
Los estudios muestran que la eficiencia en la transferencia de energía entre los
niveles es del 10 %, es decir, que la energía almacenada en los herbívoros es solo
el 10% de la almacenada en las plantas y así mismo los consumidores
102
secundarios tienen almacenado solo un 10% de la energía almacenada en los
consumidores primarios. Esto explica por qué las cadenas alimentarias no tienen
más de cuatro o cinco miembros, pues no hay suficiente energía por encima de los
depredadores en la cúspide de la pirámide para mantener otro nivel trófico.
Ciclos de la materia
Los elementos químicos que forman los seres vivos (oxígeno, carbono, hidrógeno,
nitrógeno, azufre y fósforo, etc.) van pasando de unos niveles tróficos a otros. Las
plantas los recogen del suelo o de la atmósfera y los convierten en moléculas
orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los animales los toman
de las plantas o de otros animales. Después los van devolviendo a la tierra, a la
atmósfera o a las aguas por la respiración, las heces o la descomposición de los
cadáveres, cuando mueren. Es así como el ciclo de la materia tiene un trayecto
cíclico.De esta forma encontramos en todo ecosistema unos ciclos del oxígeno,
del carbono, del hidrógeno, del nitrógeno.
Figura 146 Ciclo energético del ecosistema
Tomada de: www1.ceit.es/.../Ecologia/Hipertexto/ 04Ecosis/100Ecosis.htm
Flujo de energía
El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va
pasando de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena
103
alimentaria sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los
productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema en forma
de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede
reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. El ciclo de energía
sigue una trayectoria lineal a diferencia de los ciclos de la materia o de los
elementos químicos.
Lección36. Productividad de los ecosistemas como base para la intervención humana
sostenible
La productividad es una característica de las poblaciones que sirve también como
índice importante para definir el funcionamiento de cualquier ecosistema. Su
estudio puede hacerse a nivel de las especies, cuando interesa su
aprovechamiento económico, o de un medio en general.
Las plantas, como organismos autótrofos, tienen la capacidad de sintetizar su
propia masa corporal a partir de los elementos y compuestos inorgánicos del
medio, en presencia de agua como vehículo de las reacciones y con la
intervención de la luz solar como aporte energético para éstas. El resultado de
esta actividad, es decir los tejidos vegetales, constituyen la productividad primaria.
Más tarde, los animales comen las plantas y aprovechan esos compuestos
orgánicos para crear su propia estructura corporal, que en algunas circunstancias
servirá también de alimento a otros animales. Esta es la productividad secundaria.
En ambos casos, la proporción entre la cantidad de nutrientes ingresados y la
biomasa producida nos dará la llamada productividad, que mide la eficacia con la
que un organismo puede aprovechar sus recursos tróficos. Esto también se llama
ecoeficiencia
Pero el conjunto de organismos y el medio físico en el que viven forman el
ecosistema, por lo que la productividad aplicada al conjunto de todos ellos nos
servirá para obtener un parámetro con que medir el funcionamiento de dicho
ecosistema y conocer el modo en que la energía fluye por los distintos niveles de
su organización.
La productividad es uno de los parámetros más utilizados para medir la eficacia de
un ecosistema, calculándose ésta en general como el cociente entre una variable
de salida y otra de entrada. La productividad de los ecosistemas se mide en
gramos o kilogramos por área de superficie y por año. El desarrollo de la
productividad se puede dar en dos medios principales, las comunidades acuáticas
y las terrestres.
104
El hombre nada puede hacer para aumentar la cantidad de energía luminosa
incidente, y muy poco para elevar el porcentaje de eficacia de transferencia de
energía, por lo que sólo podrá aumentar el aporte de energía de los alimentos,
acortando la cadena alimenticia, es decir, consumiendo productores primarios,
vegetales y no animales. En los países superpoblados como en La India y China,
los habitantes son principalmente vegetarianos porque así la cadena alimenticia es
más corta y un área determinada de terreno puede de esta forma servir de sostén
al mayor número de individuos.
Condiciones de las interacciones en los factores abióticos y bióticos
Factores abióticos
Todos los factores químico-físicos del ambiente son llamados factores abióticos
(de a, "sin", y bio, "vida). Los factores abióticos más conspicuos son la
precipitación (lluvias, nevadas) y temperatura; todos sabemos que estos factores
varían grandemente de un lugar a otro, pero las variaciones de estos factores
pueden ser aún mucho más importantes de lo que normalmente reconocemos.
No es solamente un asunto de la precipitación total o la temperatura promedio. Por
ejemplo, en algunas regiones la precipitación, total promedio es de más o menos
100 mm por año distribuida uniformemente durante el año. Esto crea un efecto
ambiental muy diferente al que se encuentra en otra región donde cae la misma
cantidad de precipitación pero solamente durante 6 meses por año
correspondientes a la estación de lluvias, dejando a la otra mitad del año como la
estación seca.
Igualmente, un lugar donde la temperatura promedio es de 20º C y nunca alcanza
el punto de congelamiento, es muy diferente de otro lugar con la misma
temperatura promedio pero que tiene veranos ardientes e inviernos muy fríos.
De hecho, la temperatura fría extrema – no temperatura de congelamiento,
congelamiento ligero o varias semanas de fuerte congelamiento – es más
significativa biológicamente que la temperatura promedio. Aún más, cantidades y
distribuciones diferentes de precipitación pueden combinarse con diferentes
patrones de temperatura, lo que determina numerosas combinaciones para
apenas estos dos factores. Pero también otros factores abióticos pueden estar
involucrados, incluyendo tipo y profundidad de suelo, disponibilidad de nutrientes
esenciales, viento, fuego, salinidad, luz, longitud del día, terreno y pH (la medida
de acidez o alcalinidad de suelos y aguas).
Como ilustración, consideremos el factor terreno: en el Hemisferio Norte, el terreno
de las laderas que dan hacia el norte generalmente presenta temperaturas más
frías que las que dan hacia el sur. O consideremos el tipo de suelo: un suelo
105
arenoso, debido a que no retiene bien el agua, produce el mismo efecto que una
precipitación menor. O consideremos el viento: ya que aumenta la evaporación,
también puede causar el efecto de condiciones relativamente más secas. Sin
embargo, estos y otros factores pueden ejercer por ellos mismos un efecto crítico.
Resumiendo, podemos ver que los factores abióticos, que se encuentran siempre
presentes en diferentes intensidades, interactúan unos con otros para crear una
matriz de un número infinito de condiciones ambientales diferentes.
Factores bióticos
En un ecosistema los factores bióticos están relacionados con la interacción de
organismos que contribuyen al desarrollo de biomasa y las condiciones de
predominancia y equilibrio entre diversas poblaciones. Invariablemente la
comunidad vegetal está compuesta por un número de especies que pueden
competir unas con otras, pero que pueden ser de ayuda mutua. También existen
otros organismos en la comunidad vegetal: animales, hongos, bacterias y otros
microorganismos.
Así que cada especie no solamente interactúa con los factores abióticos, sino que
está constantemente interactuando con otras especies (factores bióticos) para
conseguir alimento, protección, territorio u otros beneficios, inclusive, mientras se
compite se puede ser además fuente de alimento para un nivel trófico superior.
Todas las interacciones con otras especies se clasifican como interacciones
bióticas positivas, negativas o neutras.
Óptimos y rangos de tolerancia de las especies a factores abióticos
Veremos ahora la manera en que diferentes especies se "ajustan" a condiciones
ambientales diferentes.
Especies diferentes de plantas, animales o microorganismos varían grandemente
en cuanto a su tolerancia (capacidad para soportar) a diferentes factores abióticos.
Enfatizaremos en las plantas porque es más fácil ilustrar los principios con ellas.
A través de observaciones de campo (observaciones de elementos tal como
existen en la naturaleza en contraposición a experimentos de laboratorio),
podemos llegar a la conclusión que: especies diferentes de plantas varían
grandemente en cuanto a su tolerancia a diferentes factores abióticos. Esta
hipótesis ha sido examinada y verificada a través de experimentos llamados
"pruebas de estrés".
Se cultivan plantas en una serie de cámaras en la que pueden controlarse todos
los factores abióticos; de esta manera, el factor simple que estudiamos puede
106
variarse de manera sistemática mientras que todos los demás factores se
mantienen constantes. Por ejemplo, mantenemos la luz, el suelo, el agua y otros
factores con iguales valores en todas las cámaras, pero variamos la temperatura
de una cámara a otra (para así distinguir el efecto de la temperatura de los demás
factores). Los resultados muestran que, partiendo desde un valor bajo, a medida
que se eleva la temperatura las plantas crecen mejor hasta alcanzar una tasa
máxima de crecimiento. Sin embargo, si se sigue elevando la temperatura las
plantas empiezan a mostrar estrés: no crecen bien, sufren daños, y finalmente
mueren.
La temperatura a la cual se presenta la máxima tasa de crecimiento se llama
temperatura óptima. La gama o rango de temperatura dentro de la cual hay
crecimiento se llama el rango o gama de tolerancia (en este caso para la
temperatura). A las temperaturas por debajo o por encima de las cuales las
plantas no crecen se les conoce como los límites de tolerancia.
Experimentos similares han sido realizados con la mayoría de los demás factores
abióticos. Para cada factor abiótico estudiado, los resultados siguen el mismo
patrón general: hay un óptimo, que permite el máximo crecimiento, un rango de
tolerancia fuera del cual hay un crecimiento menos vigoroso, y límites por debajo o
por encima de los cuales la planta, el animal o el microorganismo no puede
sobrevivir.
Desde luego, no todas las especies han sido examinadas para todos los factores;
sin embargo, la consistencia de tales observaciones nos lleva a la conclusión de
que este es un principio biológico fundamental.
Entonces podemos generalizar diciendo que cada especie tiene:
un óptimo,
un rango de tolerancia,
un límite de tolerancia con respecto a cada factor.
Además del principio de los óptimos, este tipo de experimentos demuestra que las
especies pueden diferir marcadamente con respecto al punto en que se presenta
el óptimo y los límites de tolerancia. Por ejemplo, lo que puede ser muy poca agua
para una especie puede ser el óptimo para otra y puede ser letal para una tercera.
Algunas plantas no toleran las temperaturas de congelamiento (esto es, la
exposición a 0º C o menos es fatal). Otras pueden tolerar un congelamiento ligero
pero no intenso, y algunas realmente requieren varias semanas de temperaturas
de congelamiento para completar sus ciclos de vida. Lo mismo puede decirse para
los demás factores. Pero, mientras que los óptimos y los límites de tolerancia
pueden ser diferentes para especies diferentes, sus rangos de tolerancia pueden
107
sobreponerse considerablemente. De esta manera, los experimentos controlados
apoyan la hipótesis de que las especies difieren en su adaptación a los diversos
factores abióticos.
La distribución geoFigura de una especie puede estar determinada por el grado en
el cual sus requerimientos son cumplidos por los factores abióticos presentes. Una
especie puede prosperar donde encuentra condiciones óptimas; sobrevive
malamente cuando las condiciones difieren de su óptimo. Pero no sobrevivirá en
aquellos lugares donde cualquier factor abiótico tenga un valor fuera de su límite
de tolerancia para ese factor.
Relaciones entre individuos
Componentes de las relaciones intra-específicas
Las relaciones intra-específicas son interacciones que se dan entre los individuos
de una misma especie al tener el mismo hábitat o compartir la misma
alimentación. Estas interacciones facilitan el apareamiento, la cría, la protección y
la alimentación de cada individuo.
A nivel unicelular tanto en organismos vegetales (fitoplancton) como en
organismos animales (zooplancton) las relaciones entre individuos de una misma
especie están condicionadas por el medio común (factores de tipo físico y
químico) que comparten, al que vierten sus metabolitos y del que reciben los de
otros organismos. Por ejemplo, la mayoría de formas de algas son microscópicas
unicelulares y forman parte del plancton, es decir, que tienen su hábitat
generalmente en el agua, donde suelen, realizar una rápida multiplicación que
puede provocar a veces en ambientes reducidos una cantidad excesiva de
residuos metabólicos o un agotamiento total del oxígeno disuelto que cause su
muerte.
En el caso de los organismos de mayor entidad biológica, de formas pluricelulares,
cualquier relación entre individuos de una misma especie lleva siempre un
componente de cooperación y otro de competencia, con predominio de una u otra
en casos extremos. Así en una colonia de pólipos la cooperación es total, mientras
que animales de costumbres solitarias, como la mayoría de las musarañas,
apenas permiten la presencia de congéneres en su territorio fuera de la época
reproductora.
La colonia
La colonia es un tipo de relación que implica estrecha colaboración funcional e
incluso cesión de la propia individualidad. Los corales de un arrecife se
especializan en diversas funciones: hay individuos provistos de órganos urticantes
108
que defienden la colonia, mientras que otros se encargan de obtener el alimento y
otros de la reproducción. Este tipo de asociación es muy frecuente también en las
plantas, sobre todo en las inferiores.
En los vegetales superiores, debido a la incapacidad de desplazamiento, surgen
formaciones en las que el conjunto crea unas condiciones adecuadas para cada
individuo, por lo que se da una cooperación ecológica, al tiempo que se produce
competencia por el espacio, impidiendo los ejemplares de mayor tamaño crecer a
los plantones de sus propias semillas.
Sociedades
En el reino animal nos encontramos con sociedades, como las de hormigas o
abejas, con una estricta división del trabajo. En todos estos casos, el
agrupamiento sigue una tendencia instintiva automática. A medida que se
asciende en la escala zoológica encontramos que, además de ese componente
mecánico de agrupamiento, surgen relaciones en las que el comportamiento o la
etología de la especie desempeñan un papel creciente
Los bancos de peces son un primer ejemplo de particularidades en el
comportamiento de cooperación que asegura la supervivencia de la especie, al
desplazarse en cardúmenes. En las grandes colonias de muchas aves (flamencos,
gaviotas, pingüinos, etc.), las relaciones entre individuos están ritualizadas para
impedir una competencia perjudicial.
Algo similar sucede en los rebaños de mamíferos. Entre muchos carnívoros y, en
grado máximo entre los primates, aparecen los grupos familiares que regulan las
relaciones intra-específicas y en este caso factores como el aprendizaje de las
crías, el reconocimiento de los propios individuos y otros aspectos de los que
estudia la etología pasan a ocupar un primer plano.
Componentes de las relaciones ínter-específicas
Las relaciones inter-específicas son interacciones que se dan entre diferentes
especies por el alimento, el territorio o la defensa o por la predominancia de una
especie.Entre las especies se pueden establecer relaciones de competencia, en
este caso prima el interés de cada especie por el alimento o el espacio. En
muchas ocasiones, para lograr determinados fines se recurre a compromisos con
otras especies que se manifiestan en asociaciones del tipo de una simbiosis.
Simbiosis
La simbiosis se define como una cooperación entre organismos para poder vivir o
adaptarse. Esta colaboración puede darse uno a uno (en forma directa), es decir A
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ayuda a B y B ayuda a A, o también puede ser indirecta A ayuda a B, B ayuda a C
y C ayuda a A.
Mutualismo
Un tipo de simbiosis es el mutualismo en el que ambas especies se benefician
recíprocamente, tal es el caso, de un abejorro que poliniza las flores de un arbusto
y obtiene néctar como recompensa, o por ejemplo, el liquen resultado de la
asociación entre algas y hongos , en esta relación el hongo absorbe agua del
ambiente y el alga suministra al hongo el alimento elaborado mediante el proceso
de fotosíntesis, o la asociación Rhizobium - leguminosa en la cual la bacteria
Rhizobium produce sustancias reguladoras del crecimiento que son aprovechadas
por la leguminosa y la leguminosa proporciona a la bacteria un medio y nutrientes
para su supervivencia.
Comensalismo
El comensalismo es otro tipo de simbiosis en donde una especie saca provecho
de otra sin que esta última se afecte, es el caso del pez rémora que tiene una
aleta transformada en ventosa, con la que se adhiere al cuerpo del tiburón. Así, la
rémora se desplaza junto al tiburón y se alimenta con los restos de comida que
éste deja caer.
Entre otras relaciones particulares posibles, tenemos:
Parasitismo
El parasitismo es un tipo de relación de alimentación en la cual el depredador es
mucho más pequeño que el huésped vivo del cual obtiene su alimento causándole
algún daño, por ejemplo la relación que se establece entre la garrapata y el
ganado.
Depredación
La depredación, en este tipo de relación algunos individuos -predadores- devoran
a otros –presas vivas- como es el caso de los carnívoros de segundo y tercer
orden que devoran presas vivas por ejemplo, la mangosta y la serpiente , o el tigre
y el venado.
Amensalismo
El amensalismo es el tipo de relación en la que una especie inhibe el crecimiento
de otra, sin afectarse ella. Por ejemplo, el hongo Penicillium produce sustancias
antibióticas que inhiben el crecimiento de otros microorganismos.
110
La importancia de estas relaciones es que establecen muchas veces los flujos de
energía dentro de las redes tróficas y por tanto contribuyen a la estructuración del
ecosistema. Las relaciones en las que intervienen organismos vegetales son más
estáticas que aquellas propias de los animales, pero ambas son el resultado de la
evolución del medio, sobre el cual, a su vez las especies actúan, incluso
modificándolo, en virtud de las relaciones que mantienen entre ellas.
Pero también es relevante la interacción comunicativa entre las especies, como
pueda ser la exhibición de colores llamativos o la emisión de sonidos estridentes
de una presa para disuadir a un depredador
Atributos de las poblaciones
Puede definirse la población como un grupo de organismos de la misma especie
que ocupan un área dada. Posee características en función más bien del grupo en
su totalidad que de cada uno de los individuos, como: densidad de población,
frecuencia de nacimientos y defunciones, distribución por edades, ritmo de
dispersión, potencial biótico y forma de crecimiento. Si bien los individuos nacen y
mueren, los índices de natalidad y mortalidad no son características del individuo
sino de la población global.
Las relaciones entre población y comunidad son a menudo más importantes para
determinar la existencia y supervivencia de organismos en la naturaleza que los
efectos directos de los factores físicos en el medio ambiente. Uno de sus atributos
importantes es la densidad, o sea el número de individuos que habitan en una
unidad de superficie o de volumen. La densidad de población es con frecuencia
difícil de medir en función del número de individuos, pero se calcula por medidas
indirectas como por ejemplo, los insectos atrapados durante una hora en una
trampa.
La Figura en la que se inscribe el número de organismos en función del tiempo es
llamada curva de crecimiento de población. Tales curvas son características de las
poblaciones, no de especies aisladas, y sorprende su similitud entre las
poblaciones de casi todos los organismos desde las bacterias hasta el hombre.
La tasa de nacimientos o natalidad, de una población es simplemente el número
de nuevos individuos producidos por unidad de tiempo. La tasa de natalidad
máxima es el mayor número de organismos que podrían ser producidos por
unidad de tiempo en condiciones ideales, cuando no hay factores limitantes.
La mortalidad se refiere a los individuos que mueren por unidad de tiempo. Hay
una mortalidad mínima teórica, la cual es el número de muertes que ocurrirían en
condiciones ideales, consecutivas exclusivamente a las alteraciones fisiológicas
que acompañan el envejecimiento.
111
Disponiendo en Figura el número de supervivientes de una población contra el
tiempo se obtiene la curva de supervivencia. De esas curvas puede deducirse el
momento en que una especie particular es más vulnerable.
Como la mortalidad es más variable y más afectada por los factores ambientales
que por la natalidad, estos tienen una enorme influencia en la regularización del
número de individuos de una población.
Los ecólogos emplean el término potencial biótico o potencial reproductor para
expresar la facultad privativa de una población para aumentar el número, cuando
sea estable la proporción de edades y óptimas las condiciones ambientales.
Cuando el ambiente no llega a ser óptimo, el ritmo de crecimiento de la población
es menor, y la diferencia entre la capacidad potencial de una población para
crecer y lo que en realidad crece es una medida de la resistencia del ambiente.
Tabla Niveles de Integración de los materiales biológicos en los ecosistemas
Los materiales biológicos (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, etc.) se integran
en la naturaleza en un cierto número de niveles de organización cada vez más
complejos: célula - individuo - población - comunidad.
La célula es la unidad biológica funcional más pequeña y sencilla. Está
compuesta por un territorio protoplasmático, limitado por una membrana
plasmática (de lípidos y proteínas), reforzada en los vegetales por una pared
celular. El protoplasma está constituido por una solución coloidal de proteínas
muy estructurada (citoplasma), en cuyo seno se encuentra el material genético
(ADN, ARN), organizado generalmente en un núcleo, y toda una serie de
orgánulos (mitocondrias, ribosomas, plastos, etc.) que constituyen la
maquinaria metabólica.
El individuo (organismo) es un sistema biológico funcional que, en los casos
más simples, se reduce a una sola célula (unicelular), pero que, en principio,
está compuesto por numerosas células, que pueden estar agrupadas en
tejidos y órganos. Un individuo se caracteriza por su anatomofisiología y su
metabolismo. En un momento dado, un individuo posee una determinada
biomasa que se puede expresar en peso vivo (fresco) o en peso de materia
seca.
La población (o demo) es un sistema biológico formado por un grupo de
individuos de la misma especie que viven en un lugar determinado en un
momento determinado. Aproximadamente, la especie es un conjunto de
individuos semejantes que transmiten este parecido de generación en
generación.
La comunidad (o biocenosis) es un sistema biológico que agrupa el conjunto
de poblaciones habitantes de un mismo lugar determinado, en unas
condiciones dadas del medio y en un momento concreto.
112
El ecosistema, lo constituyen las relaciones e interdependencias de las
comunidades integradas conjunta y sinérgicamente en su medio.
La biosfera es el conjunto de los ecosistemas naturales desarrollados en el
seno de los mares o en la superficie de los continentes.
La noosfera representa la integración virtual del pensamiento humano sobre la
biosfera, crecientemente tecnologizada.
Figura 147 Niveles de organización en la naturaleza
Tomada de www1.ceit.es/.../Ecologia/Hipertexto/ 04Ecosis/100Ecosis.htm
Lección 38. Aplicaciones para conservación de la biodiversidad
El hombre con sus prácticas ecológicas no sostenibles ha transformado el
ambiente, originando grandes desequilibrios de los ecosistemas, causando
desastres ecológicos que ponen en peligro la vida.
113
Los recursos naturales renovables como la biodiversidad (flora y fauna) los
bosques y los recursos no renovables como los yacimientos minerales, los
combustibles fósiles y nucleares deben ser manejados de manera racional y
sostenible para su conservación y sus beneficios.
Algunas acciones conducentes a la conservación de la biodiversidad
* Policultivos o diversificación de los cultivos
* Evitar la tala de bosques que pone en peligro las especies animales y causa
erosión en los suelos
* Prelación al control biológico en lugar de controles químicos.
* Uso de energías alternativas
* Evitar la caza y la pesca indiscriminada
* Manejo adecuado de las basuras
* Reciclaje de productos no degradables
* Creación de parques naturales y reservas naturales
* Conservación en laboratorios de bancos de germoplasma de plantas, de
animales y de microorganismos.
* Evitar contaminar el agua con desechos procedentes de la agricultura o de la
industria
* Controlar el pastoreo libre
* Disminuir el consumo de aerosoles o clorofluorocarbonados que destruyen la
capa de ozono protectora contra las radiaciones cósmicas
* Reducir la contaminación atmosférica producida por los gases expulsados por
fábricas, vehículos que permanecen en la atmósfera causando el efecto
invernadero y las lluvias ácidas.
* Evitar el uso de detergentes no biodegradables.
Conclusión
La misión del ecólogo
Tanto en el medio rural como en el urbano son muchas las tareas que debe llevar
a cabo el ecólogo en el presente. Su misión fundamental, desde el punto de vista
práctico, puede resumirse en una sola palabra, prevenir. Cualquier acción
irracional que se produzca en el medio biológico trae como consecuencia
verdaderas reacciones en cadena. El consejo del ecólogo debe llegar antes y no
después, porque una vez iniciado el proceso destructivo del ambiente resulta muy
difícil detenerlo.
La segunda misión del ecólogo es conservar, que no sólo implica evitar la
destrucción sino favorecer, a veces artificialmente, a las poblaciones cuya
existencia peligra.
114
En síntesis: prevenir deterioros ambientales, potenciar las resiliencias de los
ecosistemas y mantener buenos índices de ecoeficiencia, con aportes teóricos y
técnicos para la productividad limpia.
Lección 39. Pensamiento Sistémico y Desarrollo Sustentable
Tomado de: Congreso Internacional NIKAN
Honorato Teissier Fuentes (*)
Nota: El conocimiento de los ecosistemas habilita al estudiosos para comprender
la posisción epistemológica del pensamiento sistémico, como un aporte de la
biología a la conceptualización ambiental del desarrollo sostenible, comenzando
por el manejo de los agroecosistemas, que no son otra cosa que la intervención
productiva del hombre en los ecosistemas .
Para reflexionar sobre este enfoque de pensamiento sistémico biológico es
interesante revisar el texto tomado de Honorato Teissier Fuentes
La Era Industrial y la Naturaleza
No cabe duda que la industrialización aportó gran parte del desarrollo humano en
los últimos doscientos años. Sin embargo ha traído consigo una gran cantidad de
aspectos negativos. La era industrial requirió del individuo, la tecnología y las
materias primas para la producción masiva. No obstante de haber sido pensada
para beneficio del hombre, ésta lo volvió su esclavo, convirtiéndolo en un engrane
más de su mecanización.
La forma fragmentada de pensar, que contiene al enfoque mecanicista, también
generó una desintegración del mundo. Las materias primas, productos de la
Naturaleza, se volvieron sólo la entrada para el insaciable hambre de riqueza
industrial y la ambición del poder de los gobiernos. Bajo esta visión analítica,
divisionista, lineal y fragmentada hemos llegado a los niveles de deterioro del
Planeta que hoy observamos. Descomponer un sistema es lo mismo que
destruirlo. No sólo implica la separación de sus partes, sino la anulación de sus
propiedades: el agua, separada en oxígeno e hidrógeno deja de ser el compuesto
que ayudó a formar la vida en la Tierra, no es más un sistema.
El concepto de Sistema, a pesar de lo antiguo del vocablo, pues los griegos lo
acuñaron, como visión social es una idea reciente. Es una base que contiene la
posibilidad de apreciar El Todo sin desintegrar sus partes para tratar de
entenderlas o controlarlas. Plantea un conjunto de modelos mentales que se
distinguen del pensamiento analítico, punto de partida del enfoque mecanicista.
115
El pensamiento sistémico requiere percibir más que medir. Obliga a sintetizar
antes de analizar, pero además fuerza a observar al sistema como parte
interactuante con otros sistemas de su mismo nivel, y como integrante de sistemas
superiores, en donde se encuentra inmerso. Implica comprender que todo tiene
relación, interna y externa, por remota o distante que sea.
Por otro lado, el Desarrollo Sustentable plantea armonizar las relaciones entre el
hombre y la naturaleza. Quisiéramos ver a la raza humana tomando del río sólo el
agua que necesita para saciar su sed, so pena de que aquel nunca más le dé de
beber.
El modelo del desarrollo sustentable que se pretende alcanzar, requiere de un
cambio de paradigma y no sólo de las buenas intenciones. Esto es, requiere de un
cambio mental en la visión del hombre. Primero porque necesitamos quitar de
nuestra mente las viejas ideas de que la Naturaleza está en contra del Hombre y
de que hay que "vencerla". Segundo, de que debemos dominarla y controlarla,
pues ésta tiene fuerzas y formas propias. Tercero, de que nos pertenece y son
nuestros sus productos. Y cuarto, de que posee recursos ilimitados, sólo para una
ilimitada
hambre
de
poder
humano.
Para ello, será necesario comprender las relaciones, directas e indirectas que
existen entre los ecosistemas naturales y los humanos, base del respeto que
pretendemos lograr hacia las fuentes de la vida en la Tierra. También será
indispensable sustituir nuestras formas de vida "progresistas" de manejo del
entorno, en aras de las cuales destruimos todo lo que podemos. Todo esto
finalmente podría acercarnos a un desarrollo en armonía con la Naturaleza, un
Desarrollo en la Sustentabilidad.
El pensamiento sistémico y el desarrollo sustentable
En el Pensamiento Sistémico se encuentran las características requeridas para
formar una sociedad que comprenda la necesidad de respetar y cuidar los
recursos naturales, de no desperdiciar la energía, de acrecentar su acervo de
conocimientos y de lograr la equidad, no sólo entre los pueblos del mundo, sino
entre todos los seres vivos del Planeta y, de poder ver el futuro como algo
promisorio para todas las generaciones venideras.
Esta forma de pensar nos obliga a ver los distintos horizontes de tiempo, donde
podemos ubicar nuestra vida, nuestro país, nuestro continente y nuestro planeta.
Implica ver comportamientos y sus estructuras causales, como vía para inducir
cambios en los sistemas. Con todo ello podemos comprender "el todo", aunque no
pudiéramos ver o entender sus partes. Lo haríamos sin necesidad de
descomponerlo. Evitaríamos tener que pensar en soluciones mágicas como la de
que al reducir la sobrepoblación se acabarán los problemas, puesto que existen
muchas
más
relaciones
sistémicas.
116
Al llevar poco a poco esta forma de pensar a nuestra vida diaria modifica la forma
de ver las cosas y genera inquietudes e incomodidad, en un principio. Es común
que se lleguen a poner en discrepancia nuestras actividades con el modelo de
sustentabilidad? Sí. Pero será indispensable pasar por ese enfrentamiento interior
en cada uno de nosotros, para iniciar el camino del Desarrollo Sustentable. No se
pueden concebir cambios en la comunidad si no hay cambios en los individuos.
El Pensamiento Sistémico, como modelo mental, además está poniendo en tela de
juicio varios de los paradigmas con los que hemos vivido hasta hoy. Entre ellos el
del método científico. Será ya tiempo de renovar estos modelos ?.
Para terminar, recordemos la expresión del Jefe Seatle, de los indios
norteamericanos: El hombre no tejió la trama de la vida, es sólo un hilo de ella.
Propuesta
Dada la complejidad de los problemas ambientales, de sostenibilidad de los
recursos naturales, y de la preservación de los ecosistemas, el Pensamiento
Sistémico es uno de los caminos que tenemos más claros, al menos en el
presente, para conducirnos hacia lo que sería una sociedad sustentable.
Proponemos que el Pensamiento Sistémico sea utilizado como herrameinta para
avanzar hacia la sustentabilidad de nuestros sistemas humanos.
Honorato Teissier Fuentes
Una contribución de la
Universidad Autónoma de Coahuila, al
Congreso Internacional NIKAN, celebrado en Quebec,Canada.
Saltillo, Coahuila, México, Septiembre de 1997
[email protected]
Referencias
1.- Senge, Peter M., La Quinta Disciplina (Ed. Español), Ed. Granica, 1990.
2.- Aranda A. Armando, Los límites del reduccionismo molecular
Revista Ciencia y Desarrollo, CoNaCyT, Jun 1994, pp 18-25.
3.- Hugunin, Carol, "It´s Time me to bury Darwin
Revista 21´st. Century, USA,. Primavera de 1995, pp 32-45.
4.- Meadows, Dennis y Donella, Más alla de los límites del crecimiento, Ed. El País
Aguilar, Madrid, España, 1992.
117
5.- Nava Roberto, Gastó Juan, Armijo Roberto, El Ecosistema
UAAAN, Saltillo, Coah., México, 1978.
6.- Estrada Alejandro y Coates-Estrada Rosamond,
Las Selvas de los Tuxtlas, Veracruz. Ciencia y Desarrollo, CoNaCyT, México,
May-Jun. 1994, pp 50-61.
7.- Cereijido Alejandro, Del Caos de los demonios al caos de los biólogos ,
Universidad de México, Revista de la UNAM,
México, D.F. Abr. 1996, pp 3-7.
8.- Teissier F. Honorato C. El enfoque de sistemas y la ecología, Facultad de
Sistemas, U.A. de Coahuila, México, 1994.
pp. 1-7, Saltillo, Coah., México.
http://www.clades.cl/revistas/1/rev1art1.htm
Lección 40
La Evolución del Pensamiento Agroecológico
Susanna B. Hecht - Universidad de California, Los Angeles
El término agroecología ha llegado a significar muchas cosas. Definidas a groso
modo, la agroecología a menudo incorpora ideas sobre un enfoque de la
agricultura más ligado al medio ambiente y más sensible socialmente; centrada no
sólo en la producción sino también en la sostenibilidad ecológica del sistema de
producción. A esto podría llamarse el uso "normativo" o "prescriptivo" del término
agroecología, porque implica un número de características sobre la sociedad y la
producción que van mucho más allá de los límites del predio agrícola. En un
sentido más restringido, la agroecología se refiere al estudio de fenómenos
netamente ecológicos dentro del campo de cultivos, tales como relaciones
predador/presa, o competencia de cultivo/maleza.
Visión Ecológica
En el corazón de la agroecología está la idea que un campo de cultivos es un
ecosistema dentro del cual los procesos ecológicos que ocurren en otras
formaciones vegetales, tales como ciclos de nutrientes, interacción
depredador/presa, competencia, comensalía y cambios sucesionales, también se
dan.
La agroecología se centra en las relaciones ecológicas en el campo y su propósito
es iluminar la forma, la dinámica y las funciones de estas relaciones. En algunos
118
trabajos sobre agroecología está implícita la idea que por medio del conocimiento
de estos procesos y relaciones los sistemas agroecológicos pueden ser
administrados mejor, con menores impactos negativos en el medio ambiente y la
sociedad, más sostenidamente y con menor uso de insumos externos.
Como resultados, un número de investigadores de las ciencias agrícolas y de
áreas afines, han comenzado a considerar el predio agrícola como un tipo especial
de ecosistema -un agroecosistema- y a formalizar el análisis del conjunto de
procesos e interacciones que intervienen en un sistema de cultivos.
El marco analítico subyacente le debe mucho a la teoría de sistemas y a los
intentos teóricos y prácticos hechos para integrar los numerosos factores que
afectan la agricultura (Spedding 1975, Gliessman 1982, Conway 1985, Chambers
1983, Ellen 1982, Altieri 1983, Lowrance et. al. 1984).
La Perspectiva Social
Los agroecosistemas tienen varios grados de resiliencia y de estabilidad, pero
estos no están estrictamente determinados por factores de origen biótico o
ambiental. Factores sociales, tales como el colapso en los precios del mercado o
cambios en la tenencia de las tierras, pueden destruir los sistemas agrícolas tan
decisivamente como una sequía, explosiones de plagas o la disminución de los
nutrientes en el suelo.
Por otra parte, las decisiones que asignan energía y recursos materiales pueden
aumentar la resiliencia y recuperación de un ecosistema dañado. Aunque la
administración humana de los ecosistemas con fines de producción agrícola a
menudo ha alterado en forma dramática la estructura, la diversidad, los patrones
de flujo de energía y de nutrientes, y los mecanismos de control de poblaciones
bióticas en los predios agrícolas, estos procesos todavía funcionan y pueden ser
explorados experimentalmente.
La magnitud de las diferencias de la función ecológica entre un ecosistema natural
y uno agrícola depende en gran medida de la intensidad y frecuencia de las
perturbaciones naturales y humanas que se hacen sentir en el ecosistema. El
resultado de la interacción entre características endógenas, tanto biológicas como
ambientales en el predio agrícola y de factores exógenos tanto sociales como
económicos, generan la estructura particular del agroecosistema. Por esta razón,
a menudo es necesaria una perspectiva más amplia para explicar un sistema de
producción que está en observación.
Un sistema agrícola difiere en varios aspectos fundamentales de un sistema
ecológico "natural" tanto en su estructura como en su función. Los
agroecosistemas son ecosistemas semi-domesticados que se ubican en un
119
gradiente entre una serie de ecosistemas que han sufrido un mínimo de impacto
humano, como es el caso de las ciudades.
Odum (1984) describe 4 características principales de los agroecosistemas:
1. Los agroecosistemas requieren fuentes auxiliares de energía, que pueden ser
humana, animal y a combustible para aumentar la productividad de organismos
específicos.
2. La diversidad puede ser muy reducida en comparación con la de otros
ecosistemas.
3. Los animales y plantas que dominan son seleccionados artificialmente y no por
selección natural.
4. Los controles del sistema son, en su mayoría, externos y no internos ya que se
ejercen por medio de retroalimentación del subsistema.
El modelo de Odum se basa principalmente en la agricultura modernizada del tipo
que se encuentra en los Estados Unidos. Hay, sin embargo, muchos tipos de
sistemas agrícolas, especialmente en los trópicos, que no corresponden a esta
definición. Son especialmente sospechosas la cuestión de diversidad y la
naturaleza de la selección utilizada en agriculturas complejas donde un sinnúmero
de plantas y animales semi-domesticados y silvestres figura n en el sistema de
producción.
Conklin (1956), por ejemplo, describió agroecosistemas tradicionales en Filipinas
que incluían más de 600 especies de plantas que eran cultivadas y manejadas.
Aunque esta agricultura no era tan diversa como la de algunos bosques tropicales,
era definitivamente más multiforme que muchos otros ecosistemas locales.
Los sistemas agrícolas son una interacción compleja entre procesos sociales
externos e internos, y entre procesos biológicos y ambientales. Estos pueden
entenderse espacialmente a nivel de terreno agrícola, pero a menudo también
incluyen una dimensión temporal. El grado de control externo versus control
interno puede reflejar intensidad de administración a lo largo del tiempo, el que
puede ser mucho más variable que el supuesto de Odum.
En sistemas de roza, tumba y quema, por ejemplo, los controles externos tienden
a disminuir en los períodos posteriores de barbecho. El modelo de agroecosistema
de Odum marca un punto de partida interesante para la comprensión de la
agricultura desde una perspectiva de los sistemas ecológicos, pero no puede
abarcar la diversidad y complejidad de muchos agroecosistemas que se
desarrollaron en las sociedades no occidentales, especialmente en los trópicos
húmedos. Más aún, la falta de atención que el modelo pone en las determinantes
sociales de la agricultura tiene como resultado un modelo con un poder explicativo
limitado.
120
Los sistemas agrícolas son artefactos humanos y las determinantes de la
agricultura no terminan en los límites de los campos. Las estrategias agrícolas no
sólo responden a presiones del medio ambiente, presiones bióticas y del proceso
de cultivo, sino que también reflejan estrategias humanas de subsistencia y
condiciones económicas (Ellen 1982).
Factores tales como disponibilidad de mano de obra, acceso y condiciones de los
créditos, subsidios, riesgos percibidos, información sobre precios, obligaciones de
parentesco, el tamaño de la familia y el acceso a otro t6ipo de sustento, son a
menudo críticas para la comprensión de la lógica de un sistema de agricultura. En
especial cuando se analizan las situaciones de los pequeños campesinos fuera de
los Estados Unidos y Europa, el análisis de la simple maximización de las
cosechas en sistemas de monocultivo se hace menos útil para la comprensión del
comportamiento del campesino y de sus opciones agronómicas (Scott 1978 y
1986, Barlett 1984, Chambers 1983).
El Desafío Agroecológico
Los científicos agrícolas convencionales han estado preocupados principalmente
con el efecto de las prácticas de uso de la tierra y de manejo de los animales o la
vegetación en la productividad de un cultivo dado, usando una perspectiva que
enfatiza un problema objetivo, como es el de los nutrientes del suelo o los brotes
de plagas. Esta forma de enfocar sistemas agrícolas ha sido determinada en parte
por un diálogo limitado entre diferentes disciplinas, por la estructura de la
investigación científica, la que tiende a atomizar problemas de investigación, y por
un enfoque de la agricultura orientado a lograr un producto. No cabe duda que la
investigación agrícola basada en este enfoque ha tenido éxito e incrementar el
rendimiento en situaciones agroecológicamente favorables.
Sin embargo, es cada vez mayor el número de científicos que reconoce que este
enfoque reduccionista limita las opciones agrícolas para las poblaciones rurales y
en que el "enfoque objetivo" a menudo involucra consecuencias secundarias no
intencionadas que frecuentemente han producido daños ecológicos y han tenido
altos costos sociales.
La investigación agroecológica se concentra en asuntos puntuales del área de la
agricultura, pero dentro de un contexto más amplio que incluye variables
ecológicas y sociales. En muchos casos, las premisas sobre el propósito de un
sistema agrícola difieren del enfoque que enfatiza la maximización del rendimiento
y la producción, expuesto por la mayoría de los científicos agrícolas.
Como mejor puede describirse la agroecología es como un enfoque que integra
ideas y métodos de varios sub-campos, más que como una disciplina específica.
La agroecología puede ser un desafío normativo a las maneras en que varias
121
disciplinas enfocan los problemas agrícolas. Tiene sus raíces en las ciencias
agrícolas, en el movimiento del medio ambiente, en la ecología (en particular en la
explosión de investigaciones sobre los ecosistemas tropicales), en el análisis de
agroecosistemas indígenas y en los estudios sobre el desarrollo rural. Cada una
de estas áreas de investigación tiene objetivos y metodologías muy diferentes, sin
embargo, tomadas en un conjunto todas han sido influencias legítimas e
importantes en el pensamiento agroecológico.
Influencias de pensamiento agroecológico
Ciencias Agrícolas
Como Altieri (1987) lo ha señalado, el crédito de gran parte del desarrollo inicial de
la agricultura ecológica en las ciencias formales le pertenece a Klages (1928),
quien sugirió que se tomaran en cuenta los factores fisiológicos y agronómicos
que influían en la distribución y adaptación de especies específicas de cultivos,
para comprender la compleja relación existente entre una planta de cultivo y su
medio ambiente.
Más adelante, Klages (1942) expandió su definición e incluyó en ella factores
históricos, tecnológicos y socioeconómicos que determinaban qué cultivos podían
producirse en una región dada y en qué cantidad. Papadakis (1938) recalcó que el
manejo de cultivos debería basarse en la respuesta del cultivo al medio ambiente.
La ecología agrícola fue aún más desarrollada en los años 60 por Tischler (1965)
e integrada al curriculum de la agronomía en cursos orientados al desarrollo de
una base ecológica a la adaptación ambiental de los cultivos. La agronomía y la
ecología de cultivos están convergiendo cada vez más, pero la red entre la
agronomía y las otras ciencias (incluyendo las ciencias sociales) necesarias para
el trabajo agroeocológico, están recién emergiendo.
Las obras de Azzi (1956), Wilsie (1962), Tischler (1965), Chang (1968) y Loucks
(1977) representan un cambio de enfoque gradual hacia un enfoque ecosistémico
de la agricultura. En particular fue Azzi (1956) quien acentuó que mientras la
meteorología, la ciencia del suelo y la entomología son disciplinas diferentes, su
estudio en relación con la respuesta potencial de plantas de cultivo converge en
una ciencia agroecológica que debería iluminar la relación entre las plantas
cultivadas y su medio ambiente.
Wilsie (1962),analizó los principios de adaptación de cultivos y su distribución en
relación a factores del hábitat, e hizo un intento para formalizar el cuerpo de
relaciones implícitas en sistemas de cultivos. Chang (1968) prosiguió con la línea
propuesta por Wilsie, pero se centró en un grado aún mayor en los aspectos
ecofisiológicos.
122
Desde comienzos de los años 70, ha habido una expansión enorme en la literatura
agronómica con un enfoque agroecológico, incluyendo obras tales como las de
Dalton (1975), Netting (1974) van Dyne (1969), Spedding (1975), Cox y Atkins
(1979), Richards P. (1984), Vandermeer (1981), Edens y Koenig (1981), Edens y
Haynes (1982), Altieri y Letourneau (1982), Gliessman et al. (1981), Conway
(1985), Hart (1979), Lowrance et al. (1984) y Bayliss-Smith (1982).
A fines de la década del 70 y a comienzos de la del 80 un componente social cada
vez mayor comenzó a aparecer en la literatura agrícola, en gran parte como
resultado del estudio sobre el desarrollo rural en los Estados Unidos (Buttel, 1980).
La contextualización social unida al análisis agronómico ha generado evaluaciones
complejas de la agricultura, especialmente en el caso del desarrollo regional
(Altieri y Anderson 1986, Brush 1977, Richards P. 1984 y 1986, Kurin 1983,
Bartlett 1984, Hecht 1985, Blaikie 1984).
Los entomólogos en sus intentos de desarrollar sistemas de manejo integrado de
plagas, han hecho contribuciones valiosas al desarrollo de una perspectiva
ecológica para la protección de las plantas. La teoría y la práctica del control
biológico de plagas se basa exclusivamente en principios ecológicos (Huffaker y
Messenger 1976).
El manejo ecológico de plagas se centra en primer lugar en enfoques que
contrastan la estructura y el funcionamiento de los sistemas agrícolas con aquellas
de sistemas naturales relativamente no perturbados, o sistemas agrícolas más
complejos (Southwood y Way 1970, Price y Waldbauer 1975, Levins y Wilson
1979, Risch 1981 y Risch et al. 1983).
Browning y Frey (1969) han argumentado que los enfoques de manejo de plagas
deberían hacer hincapié en el desarrollo de agroecosistemas que emularan la
sucesión natural lo más posible, debido a que estos sistemas más maduros son a
menudo más estables que los sistemas consistentes en una estructura sencilla de
monocultivos.
Enfoque Metodológico
Una gran cantidad de métodos de análisis agroecológico se están desarrollando
en la actualidad en todo el mundo. Se podría considerar que se utilizan
principalmente cuatro enfoques metodológicos:
1. Descripción Analítica. Se están realizando muchos estudios que miden y
describen cuidadosamente los sistemas agrícolas y miden propiedades
específicas tales como la diversidad de plantas, la acumulación de biomasa, la
retención de nutrientes y el rendimiento.
123
Por ejemplo, el Centro Internacional de Agroforestería (ICRAF) ha estado
desarrollando una base internacional de datos de los diferentes tipos de sistemas
de agroforestería y los está correlacionando con una variedad de parámetros
medio ambientales para desarrollar modelos regionales de cultivos mixtos (Nair
1984, Huxley 1983).
Este tipo de información es valiosa para ampliar nuestra comprensión de los tipos
de sistemas existentes, de los componentes que habitualmente se encuentran
ensamblados y en qué contexto ambiental. Este es el primer paso necesario. Los
estudios representativos de este tipo de pensamiento son numerosos e incluyen a
Ewel 1986, Alcorn 1984, Marten 1986, Denevent et al. 1984 y Posey 1985.
El análisis Comparativo.
La investigación comparativa generalmente involucra la comparación de un
monocultivo u otro sistema de cultivo con un agroecosistema tradicional de mayor
complejidad. Los estudios comparativos de este tipo involucran un análisis de la
productividad de cultivos específicos, de la dinámica de las plagas o del estatus de
los nutrientes en cuanto están relacionados con factores tales como la diversidad
de los campos de cultivo, la frecuencia de las malezas, la población de insectos y
los patrones de reciclaje de nutrientes.
Varios estudios de este tipo se han llevado a cabo en América Latina, Africa y Asia
(Uhl y Murphy 1981, Marten 1986 y Woodmansee 1984). Dichos proyectos usan
metodologías científicas de tipo estándar para iluminar la dinámica de sistemas
locales de cultivos mixtos específicos, comparándolos con los monocultivos. Estos
datos a menudo son útiles pero la heterogeneidad de los sistemas locales puede
oscurecer la comprensión de cómo éstos funcionan.
Comparación Experimental.
Para establecer la dinámica y para reducir el número de variables, muchos
investigadores desarrollan una versión simplificada del sistema nativo en el cual
las variables pueden ser controladas más de cerca. Por ejemplo, el rendimiento de
un cultivo mixto de maíz, poroto y calabaza puede ser comparado al del cultivo
simple de cada una de estas especies.
Sistemas Agrícolas Normativos.
Estos se construyen a menudo con modelos teóricos específicos en mente. Un
ecosistema natural puede ser ilimitado, o un sistema agrícola nativo podría ser
reconstituido con mucho esfuerzo. Este enfoque está siendo evaluado en forma
experimental por varios investigadores en Costa rica. Ellos están desarrollando
sistemas de cultivos que emulan las secuencias sucesionales por medio del uso
124
de cultivos que son botánica y morfológicamente semejante a las plantas que
naturalmente ocurren en varias etapas sucesionales (Hart 1979, Ewel 1986).
Aún cuando la agronomía ha sido sin lugar a dudas la disciplina materna de la
agroecología, ésta recibió una fuerte influencia del surgimiento del ambientalismo
y de la expansión de los estudios ecológicos. El estudio del medio ambiente fue
necesario para proporcionar el marco filosófico en el cual el valor de las
tecnologías alternativas y el proyecto normativo de la agroecología pudieran
apoyarse.
Los estudios ecológicos fueron críticos en la expansión de los paradigmas por
medio de los cuales cuestiones agrícolas pudieran desarrollarse, y de las
destrezas técnicas para analizarlos.
Ambientalismo
Importancia de este movimiento.
El movimiento ambiental de los años 60 - 70 ha hecho una gran contribución
intelectual a la agroecología. Debido a que los asuntos del ambientalismo
coincidían con la agroecología, ellos infundieron al discurso agroecológico una
actitud crítica de la agronomía orientada hacia la producción, e hicieron crecer la
sensibilidad hacia un gran número de asuntos relacionados con los recursos.
La versión de los años 60 del movimiento ambiental se originó como consecuencia
de una preocupación con los problemas de contaminación. Estos eran analizados
en función tanto de los fracasos tecnológicos como de las presiones de la
población. La perspectiva Maltusiana ganó una fuerza especial a mediados de la
década del 60 por medio de obras tales como "La Bomba Poblacional" de Paul
Ehrlich (1966) y "La Tragedia de los Comunes" de Garret Hardin (1968).
Estos autores dieron como principal causa de la degradación ambiental y del
agotamiento de recursos al crecimiento de la población. Este punto de vista fue
técnicamente ampliado por la publicación de "Los Límites del Crecimiento" del
Club de Roma, el que utilizó simulaciones computarizadas de las tendencias
globales dela población, del uso de recursos y la contaminación, para generar
argumentos para el futuro, los que generalmente eran desastrosos.
Esta posición ha sido criticada desde
epistemológicas (Simon y Kahn 1985).
perspectivas
metodológicas
y
Mientras que "Los Límites del Crecimiento" desarrolló un modelo generalizado de
la "crisis ambiental", dos volúmenes seminales posteriores contenían una relación
especial al pensamiento agroecológico, porque en ellos se perfilaban visiones de
125
una sociedad alternativa. Estos fueron "Ante-proyecto de la Supervivencia" (El
ecologista, 1972) y "Lo Pequeño es Hermoso" (Schumacher, 1973).
Estos trabajos incorporaban ideas sobre la organización social, la estructura
económica y valores culturales y las convertían en una visión exhaustiva más o
menos utópica. "Ante-proyecto de la Supervivencia" argumentaba a favor de la
descentralización de empresas de pequeña envergadura y acentuaba las
actividades humanas que involucrarían un mínimo de disrupción ecológica y un
máximo de conservación de energía y materiales.
El santo y seña era autosuficiencia y sustentabilidad. El libro de Schumacher
acentuaba una evaluación radical de la racionalidad económica ("Economía
Budista"), un modelo descentralizado de la sociedad humana ("dos millones de
aldeas") y una tecnología apropiada. El significado especial de "Lo Pequeño es
Hermoso" era que estas ideas se ampliaron para alcanzar el Tercer Mundo.
Problemas Agrícolas. Los asuntos ambientales en su relación con la agricultura
fueron claramente señalados por Carson en su libro "Primavera Silenciosa"
(1964), el que planteaba interrogantes sobre los impactos secundarios de las
substancias tóxicas, especialmente de los insecticidas, en el ambiente. Parte de la
respuesta a estos problemas fue el desarrollo de enfoques de manejo de plagas
para la protección de los cultivos, basados enteramente en su teoría y práctica en
los principios ecológicos (Huffaker y Messenger 1976).
El impacto tóxico de los productos agro-químicos era sólo una de las interrogantes
ambientales, debido a que el uso excesivo de los recursos energéticos también se
estaba convirtiendo en un asunto cada vez más importante. Era necesario evaluar
los costos energéticos de sistemas de producción específicos: especialmente a
comienzos de la década del 70 cuando los precios del petróleo se fueron a las
nubes.
El clásico de Pimentel y Pimentel (1979) demostró que en la agricultura americana
cada kilo-caloría derivado del maíz se "obtenía" a un enorme costo energético de
energía externa. Los sistemas de producción norteamericanos fueron por lo tanto
comparados con otros varios tipos de agricultura, los que eran de menor
producción por área de unidad (en términos de kilo-calorías por cada hectárea)
pero mucho más eficientes en términos de rendimiento por unidad de energía
invertida.
El alto rendimiento de la agricultura moderna se obtiene a costa de numerosos
gastos, los que incluyen insumos no renovables tales como el combustible de
fósiles.
En el Tercer Mundo esta energía a menudo es importante, y cargada a la balanza
126
internacional de pagos, empeorando la situación de endeudamiento de muchos
países en desarrollo.
Más aún, debido a que la mayor parte de la energía no se utiliza para el cultivo de
alimentos, la ganancia en la producción no se traduce necesariamente en un
mejor abastecimiento de alimentos (Crouch y de Janvry 1980, Graham 1984 y
Dewey 1981).
Finalmente, las consecuencias sociales de este modelo tienen impactos complejos
y a menudo extremadamente negativos en la población local, en especial en
aquellos que tienen un acceso limitado a tierras y a créditos. Estos problemas se
discuten en detalle más adelante en este capítulo.
Los problemas de la toxicidad y recursos de la agricultura ensamblaron con los
problemas mayores de la transferencia tecnológica en contextos del Tercer
Mundo. "La Tecnología Descuidada" (editada por Milton y Farvar en 1968) fue una
de las primeras publicaciones que intentó, en gran medida, documentar los efectos
de proyectos de desarrollo y transferencia de tecnologías de zonas templadas,
sobre las ecologías y las sociedades de los países en desarrollo.
Cada vez en mayor número, investigadores de diferentes áreas comenzaron a
hacer comentarios sobre la pobre "adecuación" entre los enfoques que se dan al
uso de la tierra en el Primer Mundo y la realidad del Tercer Mundo. El artículo de
Janzen (1973), sobre agroecosistemas tropicales, fue la primera evaluación
ampliamente difundida de por qué los sistemas agrícolas tropicales podrían
comportarse de una forma diferentes a los de las zonas templadas.
Este trabajo y el de Levins (1973) plantearon un desafío a los investigadores
agrícolas, que los llevó a repensar la ecología de la agricultura tropical.
Al mismo tiempo, el problema filosófico más amplio planteado por el movimiento
ambiental tuvo resonancia en la re-evaluación de las metas del desarrollo agrícola
en los Estados Unidos y en el Tercer Mundo, y en las bases tecnológicas sobre las
que serían llevadas a cabo.
En el mundo desarrollado estas ideas sólo tuvieron un impacto moderado en la
estructura de la agricultura, porque la confiabilidad y disponibilidad de productos
agroquímicos y energéticos aplicados a la agricultura tenía como resultado
transformaciones pequeñas en el patrón de uso de recursos en la agricultura.
En situaciones en las que tanto los campesinos como la nación estaban
presionando por los recursos, donde prevalecían estructuras distributivas
regresivas y donde el enfoque de las zonas templadas no era apropiado a las
127
condiciones ambientales locales, el enfoque agroecológico parecía de especial
relevancia.
La integración de la agronomía y el ambientalismo ensambló con la agroecología,
pero los fundamentos intelectuales para una asociación académica de este tipo
eran aún relativamente débiles. Era necesario un enfoque teórico y técnico más
claro, especialmente en relación con los sistemas tropicales. El desarrollo de la
teoría ecológica tendría una relevancia especial en el desarrollo del pensamiento
agroecológico.
Ecología
Por varias razones los ecológos han tenido una importancia singular en la
evolución del pensamiento agroecológico. En primer lugar, el marco conceptual de
la agroecología y su lenguaje son esencialmente ecológicos. En segundo lugar,
los sistemas agrícolas son en sí mismos interesantes sujetos de investigación, en
los cuales los investigadores tienen mucho mayor habilidad para controlar, probar
y manipular los componentes del sistema, en comparación con los ecosistemas
rurales.
Estos pueden proporcionar condiciones de pruebas para un patrón amplio de
hipótesis ecológicas, y de hecho ya han contribuido substancialmente al cuerpo de
conocimiento ecológico (Levins 1973, Risch et al. 1983, Altieri 1987, Uhl et al.
1987).
En tercer lugar, la explosión de investigaciones sobre los sistemas tropicales ha
dirigido la atención al impacto ecológico de la expansión de sistemas de
monocultivos en zonas que se caracterizan por su diversidad y extraordinaria
complejidad (Janzen 1973, Uhl 1983, Uhl y Jordan 1984, Hecht 1985).
En cuarto lugar, varios ecólogos han comenzado a dirigir su atención a las
dinámicas ecológicas de los sistemas agrícolas tradicionales (Gliessmann 1982,
Altieri y Farrell 1984, Anderson et al. 1987, Marten 1986, Richards 1984 y 1986).
Tres áreas de interés académico han sido especialmente críticas en el desarrollo
de los análisis agroecológicos: el ciclaje de nutrientes, las interacciones de
plagas/plantas y la sucesión ecológica. A modo de ilustración esta sección se
concentrará en el ciclaje de nutrientes.
A comienzos de los años 60 el análisis del ciclaje de nutrientes en los sistemas
tropicales se convirtió en un tópico de interés y fue considerado como un proceso
vital del ecosistema.
128
Varios estudios, tales como el estudio de Puerto Rico de Odum (1976), la
investigación de Nye y Greenland en 1961 y más adelante la serie de artículos y
monografías que derivaron de trabajos realizados en San Carlos, Venezuela,
Catci, Costa Rica y otros lugares en Asia y Africa han sido la simiente que clarifica
los mecanismos de los ciclajes de nutrientes, tanto en bosques nativos como en
áreas que han sido cultivadas (Jordan 1985, Uhl y Jordan 1984, Buschbacker et
al. 1987, Uhl et al. 1987).
Los hallazgos ecológicos de esta investigación sobre el ciclaje de nutrientes y que
tuvieron un mayor impacto en el análisis de la agricultura fueron:
• La relación entre la diversidad y las estrategias inter-especies para captar
nutrientes.
• La importancia de los rasgos estructurales para aumentar la captación de
nutrientes tanto abajo como encima del suelo.
• La dinámica de los mecanismos fisiológicos en la retención de nutrientes.
• La importancia de relaciones asociativas de plantas con micro-organismos tales
como micorrizas y fijadores simbióticos de nitrógeno.
• La importancia de la biomasa como el lugar de almacenaje de los nutrientes.
Estos hallazgos sugerían que los modelos ecológicos de la agricultura tropical
incluirían una diversidad de especies (o al menos de cultivos) para aprovechar la
variedad de absorción de nutrientes, tanto en términos de diferentes nutrientes
como en la absorción de nutrientes de los diferentes niveles de profundidad del
suelo.
La información producida por los estudios ecológicos sobre el ciclaje de nutrientes
también sugería el uso de plantas tales como las leguminosas que con facilidad
forman asociaciones simbióticas, y el uso más extendido de plantas perennes en
el sistema de producción, como un medio para bombear nutrientes de las
diferentes capas del suelo y aumentar así la capacidad total de reciclaje y
almacenamiento de nutrientes en el ecosistema.
No es sorprendente hallar que muchos de estos principios ya estaban siendo
aplicados en numerosos sistemas agrícolas desarrollados por poblaciones locales
en los trópicos.
La mayor parte de la literatura ecológica, la comparación entre ecosistemas
naturales y agroecosistemas se han basado en agroecosistemas desarrollados por
129
ecologistas posteriormente a cierta observación de un ecosistema local más bien
que después de observar sistemas locales verdaderamente desarrollados.
Más aún, la investigación se centró en parámetros tales como la diversidad de
semillas, acumulación de biomasa y almacenaje de nutrientes en sucesión.
Esta investigación nos ha proporcionado cierta comprensión de algunas dinámicas
de los sistemas agrícolas considerados como entidades biológicas, pero hasta qué
punto el manejo (con excepción del llevado a cabo por algunos alumnos
relativamente inexpertos) influye en estos procesos sigue siendo un área casi
enteramente inexplorada (un caso excepcionalmente sobresaliente en este
aspecto es el Uhl et al. 1987).
Las limitaciones del enfoque puramente ecológico están siendo cada vez más
superadas a medida que los investigadores comienzan a analizar los sistemas
campesinos y nativos en equipos multi-disciplinarios y desde un perspectiva más
holística (Anderson y Anderson 1983, Hecht et al. 1987, Anderson et al. 1987,
Marten 1986, Denevan et al. 1984).
Estos esfuerzos tienen como intención el colocar a la agricultura en un contexto
social: utilizan modelos nativos locales y explicaciones nativas del por qué se
realizan ciertas actividades para el desarrollo de hipótesis que más adelante
pueden ser probadas por medio de modelos agronómicos y científicos. Esta es un
área de investigación floreciente con implicancias tanto teóricas como aplicadas
de mucha importancia, y una gran inspiración para la teoría y práctica de la
agroecología.
Sistemas nativos de producción
Otra influencia mayor en el pensamiento agroecológico es aquella que procede de
los esfuerzos de investigación de los antropólogos y los geógrafos dedicados a
describir y analizar las prácticas agrícolas y la lógica de los pueblos nativos y
campesinos. Típicamente, estos estudios se han preocupado del uso de recursos
y del manejo de toda la base de subsistencia, no solamente del predio agrícola, y
se han concentrado en cómo los pueblos locales explican esta base de
subsistencia, y en cómo los cambios sociales y económicos afectan los sistemas
de producción.
El análisis científico del conocimiento local han sido un fuerza importante para
reevaluar los supuestos de los modelos coloniales y agrícolas de desarrollo. La
obra pionera en este campo fue la de Audrey Richards (1939) sobre las prácticas
de roza, tumba y quema (sistema citamene) en el Africa Bemba.
130
El sistema citamene involucra el uso de desechos de árboles como compost en las
prácticas agrícolas de los terrenos montañosos en Africa Central. Este estudio,
que acentúa los resultados de las tecnologías agrícolas y de las explicaciones
ecológicas de los pueblos nativos, contrasta diametralmente con aquella
percepción despreciativa de la agricultura nativa que considera las prácticas
locales como desordenadas y de inferior calidad.
Otra importante contribución al estudio de sistemas de cultivo nativos fue el trabajo
de Conklin (1956), el que sentó las bases para la re-evaluación de la agricultura
itinerante, basado en dados etnográficos y agronómicos sobre los Hnunoo de las
Filipinas.
Este trabajo señala la complejidad ecológica y diversidad de los patrones de
agricultura itinerante y la importancia de los policultivos, la rotación de cultivos y
sistemas de agroforestería, en el marco total de la producción itinerante. Es uno
de los estudios más tempranos y más ampliamente conocidos sobre la estructura
y complejidad del cultivo de roza, tumba y quema, e incorpora mucha intuición
ecológica.
Fue de especial importancia el énfasis que Conklin puso en el conocimiento
ecológico nativo y la importancia que le asignó a explotar esta rica fuente de
comprensión etnocientífica. Sin embargo, él hacía hincapié en que el acceso a
esta información requería habilidades tanto etnoFigura s como científicas.
Investigadores tales como Richards, P. 1984, Bremen y de Wit 1983, Watts 1983,
Posey 1984, Denevan et al. 1984, Hecht y Posey 1987, Browkenshaw et al. 1979 y
Conklin 1956, entre muchos otros, han estudiado los sistemas nativos de
producción y sus categorías de conocimiento sobre las condiciones ambientales y
prácticas agrícolas.
Este cuerpo de investigación se centra en el punto de vista nativo de los sistemas
de producción y los analiza con los métodos científicos occidentales. Todos estos
autores han hecho hincapié en que la organización social y las relaciones sociales
de la producción deberían considerarse tan de cerca como el medio ambiente y
los cultivos. Este acento en la dimensión social de la producción es una base
importante para la comprensión de la lógica de producción de sistemas agrícolas.
Otro resultado importante de gran parte del trabajo sobre los sistemas nativos de
producción es la idea que se necesitan diferentes nociones de eficiencia y
racionabilidad para comprender los sistemas nativos de campesinos.
Por ejemplo, la eficiencia de producción por unidad de labor invertida, más bien
que una simple relación de rendimiento por áreas es básica para la lógica de
producción de muchos cultivadores del Tercer Mundo.
131
Las prácticas que se centran en evitar riesgos, puede que no sean tan rendidoras
a corto plazo, pero pueden ser preferibles a opciones de uso de tierras altamente
productivas pero que tienen mayores riesgos. La disponibilidad de trabajo, en
especial en épocas importantes como es la de las cosechas, puede también influir
en los tipos de sistemas agrícolas favorecidos.
Este tipo de investigación ha influido en el desarrollo de los argumentos contrarios
a aquellos que atribuían el fracaso de la transferencia de tecnología agrícola a
ignorancia e indolencia.
Este enfoque, con el acento en los factores humanos de los sistemas agrícolas,
también ponía más atención en las estrategias de los campesinos de diferentes
estratos sociales, y cada vez más en el rol de la mujer en la agricultura y el manejo
de recursos (Deere 1982, Moock 1986).
El análisis etno-agrícola ha contribuido mucho a la expansión de las herramientas
conceptuales y prácticas de la agroecología. El enfoque (marco étnico) basado en
la explicación de una cultura dada ha sugerido relaciones que los marcos "étnicos"
(es decir marcos externos, generalmente referidos a modelos occidentales de
expansión) no capturan fácilmente, al basarse en los métodos de la ciencia
occidental.
Más aún, esta investigación ha explayado el concepto de lo que puede con
provecho ser llamado agricultura, debido a que muchos grupos están involucrados
en la manipulación de ecosistemas forestales a través del manejo de la sucesión y
la reforestación actual (Posey 1985, Anderson et al. 1987, Alcorn 1984).
Aún más, la agricultura desarrollada localmente incorpora numerosos cultivos cuyo
germoplasma es esencial para el "desarrollo" de programas de mejoramiento
genético como el de la yuca y porotos, y también incluye numerosas plantas con
un potencial de uso más amplio en ambientes difíciles.
Finalmente, dicho trabajo valora los logros científicos de cientos de años de cultivo
de plantas y trabajo agronómico llevado a cabo por las poblaciones locales.
El estudio de sistemas agrícolas nativos ha proporcionado gran parte de la materia
prima para el desarrollo de hipótesis y sistemas de producción alternativos para la
agroecología.
Cada vez es más amplio el estudio de la agricultura nativa realizado por equipos
multi-disciplinarios para documentar las prácticas y se han desarrollado categorías
de clasificación para analizar los procesos biológicos dentro de los sistemas
agrícolas y para evaluar aspectos de las fuerzas sociales que influyen en la
132
agricultura. El estudio de sistemas nativos ha sido seminal en el desarrollo del
pensamiento agroecológico.
Estudios del desarrollo
El estudio del desarrollo rural del Tercer Mundo también ha sido una gran
contribución a la evolución del pensamiento agroecológico. El análisis rural ha
ayudado a clasificar la lógica de las estrategias locales de producción en
comunidades que están sufriendo grandes transformaciones, a medida que las
áreas rurales se integran a economías regionales, nacionales y globales.
Los estudios sobre el desarrollo rural han documentado la relación que existe
entre los factores socioeconómicos y la estructura y organización social de la
agricultura. Existen varios temas de investigación sobre el desarrollo, que han sido
de especial importancia para la agroecología, incluyendo el impacto de las
tecnologías inducidas desde afuera, el cambio de cultivos, los efectos de la
expansión de mercados, las implicancias de los cambios de relaciones sociales y
la transformación en las estructuras de tenencia de tierras y de acceso a los
recursos económicos.
Todos estos procesos están íntimamente ligados. Cómo ellos afectan los
agroecosistemas regionales es el resultado de complejos procesos históricos y
políticos. La investigación de la Revolución Verde fue importante para la evolución
del pensamiento agroecológico porque los estudios sobre el impacto de esta
tecnología fueron un instrumento que arrojó luz sobre los tipos de prejuicios que
predominaban en el pensamiento agrícola y de desarrollo. Esta investigación
también tuvo como resultado el primer análisis verdaderamente interdisciplinario
de cuestiones de tenencia de tierras y del cambio tecnológico en la agricultura
desde un punto de vista ecológico, social y económico; todo esto realizado por un
amplio espectro de analistas.
La extraordinaria aceleración del proceso de estratificación social del campesino
que se asocia a la Revolución Verde indicaba inmediatamente que ésta no era una
tecnología neutra en sus objetivos y resultados, sino más bien que podría
transformar dramáticamente la base de la vida rural de un gran número de
personas.
Como lo hizo notar Perelman en 1977, los más beneficiados por dichas
tecnologías fueron los consumidores urbanos. La estrategia de la Revolución
Verde se desarrolló cuando los problemas de la pobreza y el hambre eran
considerados principalmente como problemas de producción. Este diagnóstico
implicó varias estrategias que se centraban en áreas agrícolas en las que
rápidamente podrían llevarse a cabo aumentos de producción, suelos de mejor
133
calidad y tierras de riego entre granjeros con bienes materiales y de capital
substanciales.
Tuvo éxito en términos de elevar la producción: en el fondo era parte de una
política de apostar conscientemente al más fuerte (Chambers y Ghildyal 1985,
Pearce 1980). Es ahora generalmente reconocido que solamente el aumento
agregado de la producción de alimentos no soluciona el problema del hambre y la
pobreza rural, aunque sí puede reducir los costos de alimentos para los sectores
urbanos (Sen 1981, Watts 1983).
Las consecuencias de la Revolución Verde en las áreas rurales fueron tales que
sirvieron para marginalizar a gran parte de la población rural. En primer lugar,
centró sus beneficios en los grupos que eran ricos en recursos, acelerando así la
diferencia entre ellos y los otros habitantes rurales, por lo que la desigualdad rural
a menudo aumentó. En segundo lugar, socavó muchas formas de acceso a la
tierra y a los recursos, tales como los cultivos de mediería, el arriendo de mano de
obra y el acceso a medios de riego y tierras de pastoreo. Esto redujo la diversidad
de estrategias de subsistencia disponibles a las familias rurales y, por lo tanto,
aumentó la dependencia del predio agrícola.
El estrechamiento de la base genética de la agricultura aumentó los riesgos
porque los cultivos se hicieron más vulnerables a plagas y enfermedades y a los
caprichos del clima. En el caso de arrozales inundados o regados, la
contaminación generada por el uso de pesticidas y herbicidas a menudo minó una
importante fuente local de proteínas: el pescado.
El análisis de la Revolución Verde hecho desde el punto de vista de diferentes
disciplinas, contribuyó al primer análisis holístico de las estrategias de desarrollo
agrícola/rurales. Fue la primera evaluación ampliamente difundida que incorporó
críticas ecológicas, tecnológicas y sociales. Este tipo de enfoque y de análisis ha
sido el prototipo de varios estudios posteriores sobre la agroecología, y el
progenitor de la investigación sobre sistemas de labranza.
Es hoy ampliamente reconocido que las tecnologías de la Revolución Verde
pueden ser aplicadas en áreas limitadas y ha habido peticiones de varios analistas
del desarrollo rural en el sentido de re-dirigir la investigación agrícola en la
dirección de campesinos de bajos recursos.
En el mundo existen por lo menos un billón de campesinos de recursos, ingresos y
flujos de producción muy limitados, quienes trabajan en un contexto agrícola de
extrema marginalidad. Los enfoques que hacen hincapié en paquetes de
tecnologías generalmente requieren de recursos a los cuales la mayoría de los
campesinos del mundo no tienen acceso (Tabla 2).
134
Muchos analistas del desarrollo rural reconocen hoy las limitaciones para la
agricultura de los enfoques tipo Revolución Verde que enfatizan agricultura a gran
escala, pero estos modelos agrícolas han dominado de una forma sorprendente
los proyectos de desarrollo agrícola del Tercer Mundo. Mientras los resultados de
las estaciones experimentales de investigación se veían extremadamente
promisorios, el bajo grado de adopción por campesinos y de reproducción exacta
de los modelos en los campos, ha ocasionado grandes dificultades en muchos
proyectos.
El enfoque de transferencia de tecnologías tendía a acelerar las diferencias,
exacerbando muchas situaciones políticas difíciles o las tecnologías sólo eran
parcialmente adoptadas y en muchos casos no adoptadas del todo (Scott 1978 y
1986). Varias eran las explicaciones para la baja transferencia de tecnologías,
incluyendo la idea que los campesinos eran ignorantes y que era necesario
enseñarles a cultivar. Otro set de explicaciones se centró en las exigencias a nivel
de granja, tales como la falta de créditos que limitaban la posibilidad de los
campesinos de adoptar estas tecnologías.
En el primer caso se considera que la falla está en el campesino; en el segundo se
culpa a problemas de infraestructura de diferentes tipos. Nunca se criticó a la
tecnología misma. Varios investigadores de terreno y practicantes del desarrollo
se han sentido frustrados por estas explicaciones y un número cada vez mayor
han señalado que las tecnologías en si requieren de una reevaluación sustancial.
Ellos han argumentado que la decisión del campesino de adoptar o no una
tecnología es la verdadera prueba de su calidad. A menudo a este enfoque se le
ha llamado "el campesino primero y último" o "el campesino vuele al campesino" o
"la revolución agrícola nativa".
Según dicen Rhoades y Booth (1982) "la filosofía básica en la que se apoya este
modelo es que la investigación y el desarrollo agrícola deben comenzar y terminar
en el campesino. La investigación agrícola aplicada no puede comenzar
aisladamente en un centro de experimentación o con un comité de planificación
que está lejos del contacto con la realidad campesina. En la práctica esto significa
obtener información acerca del campesino y comprensión de la percepción que el
campesino tiene del problema y la aceptación de la evaluación que el campesino
hace de la solución propuesta".
Este enfoque requiere una participación mucho mayor de parte del campesino en
el diseño y la implementación de programas de desarrollo rural (Chambers 1984,
Richards
P.
1984,
Gow
y
Van
Sant
1983,
Midgley
1986).
Una consecuencia de esta posición ha sido reconocer el gran conocimiento que el
campesino tiene de la entomología, botánica, suelos y agronomía, los que pueden
servir como puntos de partida para la investigación. En este caso también, la
agroecología ha sido identificada como una valiosa herramienta analítica asimismo
como un enfoque normativo para la investigación.
135
La agroecología encaja bien con los asuntos tecnológicos que requieren prácticas
agrícolas más sensibles al medio ambiente y a menudo encuentra congruencias
del desarrollo tanto ambiental como participativo con perspectivas filosóficas.
La diversidad de preocupaciones y de cuerpos de pensamientos que han influido
en el desarrollo de la agroecología son verdaderamente amplios. Sin embargo,
esta es la extensión de los asuntos que inciden en la agricultura. Es por esta razón
que ahora vemos agroecólogos con un entrenamiento mucho más rico que el
encontrado corrientemente entre los alumnos de ciencias agrarias centrados en
una disciplina, como asimismo muchos más equipos multidisciplinarios trabajando
en estos asuntos en el campo. Aunque es una disciplina en pañales, y hasta el
momento ha planteado más problemas que soluciones, la agroecología
indudablemente ha ampliado el discurso agrícola.
Tabla
El contraste en condiciones físicas y socioeconómicas de campesinos
ricos
en
recursos
versus
aquellos
pobres
en
recursos
(Modificada de Chambers y Ghildyal 1985)
Estaciones
experimentales
Campesinos ricos en
recursos
Topografía
plana o terrazas
plana o terrazas
Suelos
profundos, pocas
dificultades
profundos, pocas
dificultades
rara, solucionable
ocasional
Deficiencas de
nutrientes
Riesgos (fuego, deslizamientos, etc.)
Irrigación
irrelevantes
frecuentemente, en
completo control
Tamaño de la
Unidad
grande, adyacente
Enfermedades,
plagas, maleza
controladas con
agroquímicos, mano
de obra
pocos y
controlables
generalmente
disponible, de fácil
control
Campesinos
pobres en
recursos
ondulada o
laderas
delgados, no
fértiles serias
dificultades
bastante común
comunes
rara, poco
confiable
pequeña,
grande o medianairregular no
mente adyacente
adyacente
controladas con
agroquímicos,
mano de obra
control cultural
136
Acceso a
fertilizantes,
semillas mejoradas
ilimitado confiable
alto, confiable
bajo, no
confiable
Semillas
alta calidad
alta calidad
semillas propias
Créditos
ilimitados
buen acceso
poco acceso con
escasez
temporal
Trabajo
sin dificultad de
obtener
mano de obra
contratada
familia, escasez
en temporadas
críticas
Precios
irrelevantes
bajos
Altos
Prioridad para la
producción de
alimentos
irrelevante
baja
alta
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143
Lección 41
Teorías evolucionistas
El concepto sobre el origen de la vida se ha expresado históricamente desde dos
grandes corrientes: la evolutiva o de transformación de los seres vivos,
controvertida por el fijismo, corriente que sostenía que los seres vivos habían sido
creados de forma definitiva y acabada y no presentaban cambios.
Algunos de los defensores del fijismo fueron: Carl Von Linneo quien planteó que
las especies habían sido creadas de manera separada e independiente; y George
Cuvier quien propuso la Teoría creacionista, que decía, que los seres vivos eran
inalterables e inmutables desde su creación y que debido a constantes catástrofes
naturales, como son los diluvios, terremotos, sequías algunas especies
desaparecían y otras supervivían.
Las teorías Evolucionistas explican el origen de las especies.
Lección 42 Teoría Lamarkista
La primera teoría que explica la evolución es la Lamarkista propuesta por Jean
Baptiste de Lamark basada en el desarrollo espontáneo y en la herencia de los
caracteres adquiridos
Lamark sostenía que al producirse cambios en el medio ambiente los seres vivos
debían generar modificaciones (desarrollo, atrofia, o desaparición) de sus órganos
para lograr adaptarse y sobrevivir y estas modificaciones luego eran heredadas
por sus descendientes. Por ejemplo, el alargamiento del cuello de las jirafas era un
carácter adquirido que se explicaba por los persistentes esfuerzos adaptativos de
las jirafas para alcanzar las hojas de los árboles.
Lección 43 Teoría Darwinista
Propuesta por Charles Darwin, explica el origen de las especies por medio de la
selección natural, la variabilidad y la supervivencia del más apto. Darwin Planteó
que:
• Las especies cambian continuamente, con el tiempo unas se extinguen y
aparecen otras nuevas.
Darwin observó que las especies experimentan de manera espontánea, cambios
estructurales
a
lo
largo
de
generaciones
suscesivas
• Los cambios se producen gradual y continuamente.
144
• Los organismos descienden de un antepasado único, es decir, que los
organismos
semejantes
están
emparentados.
• La evolución es resultado de un proceso de selección natural. En una primera
fase de la evolución se produce variabilidad en cada generación y en una fase
posterior se produce selección natural o lucha por la supervivencia, donde los más
aptos sobreviven y los más débiles desaparecen.
• Los más aptos sobrevivirán y transmitirán a su descendencia las características
de fortaleza.
La teoría de Darwin y su plantamiento sobre la supervivencia de los más aptos dió
origen al funcionalismo que afirma que las características de los organismos vivos
desarrollan funciones útiles.Darwin observó que si los cambios producen efectos
favorables que permiten a los individuos reproducirse con mayor éxito, estos
cambios eran herdados por sus descendientes quienes a su vez pueden producir
más descendencia.
http://www.natureduca.com/bio_teorias_evol.htm
Darwin afirma en su obra El origen de las especies que el hombre de hecho no
produce variabilidad; lo único que hace es exponer intencionadamente seres
orgánicos a nuevas condiciones de vida, y luego la Naturaleza actúa sobre la
organización, y causa la variabilidad. Pero el hombre puede seleccionar y
selecciona las variaciones que la Naturaleza le da, y de este modo las acumula de
cualquier modo que desee. Adapta así animales y plantas a su propio beneficio o
placer. Puede hacerlo metódicamente o puede hacerlo inconscientemente,
preservando los individuos que le son más útiles de momento, sin pensar en
alterar la raza. No hay motivo aparente para que los principios que han actuado
con tanta eficacia en la domesticación no hayan actuado en la Naturaleza. Nacen
más individuos de los que pueden sobrevivir. La ventaja más ligera en un ser, de
cualquier edad o en cualquier estación, sobre los demás seres con los cuales
entra en competición, o una adaptación mejor, por mínima que sea, a las
condiciones físicas que le rodean, cambiará el equilibrio en su favor.
En resumen, Darwin afirmaba que la evolución es un proceso de selección natural
en la cual, en una primera etapa se produce la mutación, recombinación y
acontecimientos al azar (producción de la variabilidad genética), para en una
segunda etapa quedar regulada esa variabilidad mediante la selección natural, y
en la cual la selección artificial generada por el hombre no produce variabilidad.
145
Lección 44 Teoría Neodarwinista
La Teoría Neodarwinista o Teoría Sintética de la evolución tiene su origen en la
interpretación de la teoría Darwinista fundamentada en la genética.
Esta teoría Esta teoría se ha construido paulatinamente por científicos tales como
G. G. Simpson, Dobzhanski, Ernst Mayr, Thomas Henry Huxley, Dobzhansky,
Alvaro
Abeliuk
Fischer,
Sewall
Wright,
y
otros.
Según esta teoría los fenómenos evolutivos se explican básicamente por medio de
las mutaciones y la producción de nuevas especies por reproducción sexual,
mecanismos que darían origen a las variaciones, preservadas luego por acción de
la selección natural de los portadores de dotación genética más favorable para
hacer frente a las presiones ecológicas; estos portadores tienen una probabilidad
de supervivencia y de procreación más alta que el resto de la población.
Lección 45. Evolución del hombre
Chiquitos pero muy hábiles
Los australopitécidos de hace tres y cuatro millones de años eran bastante
pequeños cuando llegaban a adultos. Medían no mas de 1.20 m y no pesaban
más de 40 kilos. Su cerebro era también pequeño, alrededor de 400 cm3 (la
manera como se mide la capacidad del cráneo es calculando el volumen; esto
puede hacerse bastante fácilmente con cráneos fósiles). Es decir, un
australopitécido tenía alrededor de 10 cm3 de cerebro por kilogramo de peso.
Hace alrededor de 25 años se encontró en la barranca de Olduvai, en África
Oriental un cráneo fosilizado de hace aproximadamente 1 750 000 años.
Perteneció a un homínido que caminaba erguido y que tenía un cerebro de 800
cm3 para sus ¡40 kilos de peso! Esto significa que comparado con los
australopitécidos este homínido tenía dos veces más de capacidad craneana (el
hombre actual tiene un cerebro bastante mayor, de aproximadamente 1 350 cm3,
que para los 60-70 kilos de peso promedio es también el doble que el de los
australopitécidos).
Posteriormente, en 1972 se descubrieron otros restos de estos homínidos en el
lago Turkana, África, y se comprobó en forma definitiva que el tamaño del cerebro
constituía la mayor diferencia con los australopitécidos. Además de restos de
huesos, en esos lugares también se han encontrado pedazos de las herramientas
que construyeron estos homínidos, que, aunque de tamaño pequeño, demuestran
que tenían un cerebro relativamente grande. Es por esto que se les ha llamado
Homo habilis, siendo, además, de los primeros homínidos que aparecieron en el
146
registro fósil a los que ya se les puede llamar hombres. Estos aparecieron hace
dos millones de años.
Cuando los arqueólogos buscan restos del pasado encuentran, además de
huesos, muchas otras cosas que les hablan de la organización social y los hábitos
de los homínidos que vivieron entonces. En el lago Turkana, en África, se ha
descubierto uno de los sitios más interesantes en este aspecto. Del cuidadoso
análisis de la basura dejada en un campamento usado por Homo habilis se ha
podido entender el tipo de alimentación y la utilidad que las diferentes
herramientas tenían para aquéllos. A partir de esta información se ha podido saber
que sus actividades incluían la recolección de frutos y la caza. El hombre entonces
cazaba en grupos y muy probablemente distribuía la comida que, unos cazando y
otros recolectando, diferentes miembros de la comunidad obtenían. Así pues, la
vida en comunidades donde se repartían las actividades ya existía hace dos
millones de años.
El homo erectus
Entre hace dos millones de años y un millón de años nuestro registro de
homínidos vuelve a ser pobre. De no encontrar australopitécidos se ha concluido
que se extinguieron en ese periodo de tiempo. Los únicos homínidos que
quedaron desde entonces pertenecen al género Homo. A su vez, el Homo habilis
también desaparece del registro fósil, pero de hace un millón de años se han
descubierto una gran cantidad de fósiles que pertenecían a homínidos que usaban
herramientas (por lo que se les considera del género Homo), además de que ya
conocían el fuego, puesto que en las cuevas que se han excavado hay restos
calcinados y quemados de huesos, piedras y pedazos de madera.
El descubrimiento de los primeros restos de estos homínidos, que son llamados
Homo erectus en la actualidad, lo llevó a cabo en Java un investigador holandés
llamado E. Dubois en 1891. En ese entonces se le llamó Pitecanthropus (hombremono) erectus y muy pocas personas creyeron en la validez de ese
descubrimiento. Se argumentaba que seguramente los restos pertenecieron a un
hombre enfermo y con deformaciones.
En general los restos de Homo erectus se han encontrado dentro de sedimentos
de entre 800 000 y 300 000 años. Los lugares donde se les ha hallado incluyen
sobre todo Asia (China), África (Argelia, Tanzania y Sudáfrica) y Europa
(Checoslovaquia y Hungría). De éstos sólo en Hungría y en China se han
encontrado restos que comprueban que ya usaba el fuego.
El tamaño del cráneo de Homo erectus, aunque grande (aproximadamente 1 000
cm3) no es tan grande como el del hombre actual. El uso del fuego le permitió
sobrevivir en zonas en las que antes no se podía vivir por las bajas temperaturas.
147
Esto amplió el área de distribución con respecto a la que tenían los
australopitécidos o a los Homo habilis.
La conciencia de uno mismo
El registro fósil vuelve de nuevo a ser muy escaso entre hace 250 y 100 000 años.
En ese periodo el Homo erectus desaparece del registro fósil, pero aparece otro
Homo en varias zonas de Europa, el cercano Oriente y la Unión Soviética. En
Europa se incluyen el valle de Neander, Alemania y varios sitios en Francia. En
muchas de ellas se han encontrado restos que evidencian una cultura en donde
¡ya se enterraba a los muertos! Estos tienen una antigüedad de entre 100 y 40 000
años. Eran hombres de una estatura promedio de 1.63 m y tenían una capacidad
craneana aproximadamente 15% mayor que la del hombre moderno. Este hombre
ha sido llamado Homo neandertalensis o también Homo sapiens neandertalensis.
En el primer caso se le considera una especie diferente a la del hombre (Homo
sapiens) mientras que en el segundo se le considera sólo una subespecie de éste.
Hasta donde sabemos, lo único que lo distingue de aquél es su aparente
incapacidad de utilizar símbolos para comunicarse.
Un aspecto del ser humano que está ausente en los animales es la conciencia que
tenemos de nuestra existencia como individuos. Esto mismo supone que tenemos
conciencia de nuestra muerte y de lo que ella implica. Es quizá esto lo que ha
generado en la humanidad la presencia de rituales entre los que se incluye el de
enterrar a nuestros muertos.
¿El hombre moderno heredero de quién?
El hombre de Neandertal seguramente ya tenía una conciencia similar, ya que se
han hallado tumbas que incluyen, por ejemplo, hachas, huesos de otros animales,
semillas y flores con las que se hacía de los entierros rituales muy particulares.
Por ejemplo, de la caverna de Shanidar, en Iraq, de donde se han desenterrado
varios restos neandertalensis, se ha podido concluir que además de enterrar a sus
muertos ponían flores dentro de las tumbas. Esto se ha descifrado porque se han
encontrado granos de polen de varias especies de plantas en grandes cantidades
dentro de ellas. Los hombres, entonces, han honrado a sus muertos con flores
desde hace aproximadamente 100 000 años.
El que el hombre haga rituales mortuorios no solamente se expresa enterrando a
sus muertos. Los cadáveres pueden ser colocados en lechos construidos de
ramas y hojas en el exterior o incluso cremados. Esto puede haber sucedido pero
jamás lo sabremos, puesto que de estas dos costumbres, por razones obvias, no
quedan restos en la actualidad.
148
¿HIJOS DE NEANDERTAL?
Hay tres teorías acerca de la manera como apareció el hombre moderno y su
relación con el hombre de Neandertal. La primera propone que el hombre de
Neandertal se extinguió y de otra línea de descendencia dentro del género Homo
se originó el Homo sapiens. La segunda sugiere que el hombre de Cro-Magnon
(primer fósil con las características del hombre moderno) reemplazó al hombre de
Neandertal porque estaba más adaptado al medio ambiente. La tercera, que se
considera en la actualidad la más probable, supone que la línea de descendencia
del hombre de Neandertal, que era muy diverso (Figura 20), evolucionó
transformándolo en lo que ahora es el hombre moderno
EVALUACIÓN
Autoevaluación 1
Preguntas Abiertas
1. Enumere los postulados de la teoría celular
2. ¿Las células pueden moverse por sí mismas? ¿Qué mecanismo utilizan?
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3. La ósmosis es un mecanismo de transporte de sustancias a la célula y consiste en el:
a. Movimiento de sustancias a través de la membrana, desde la solución de mayor
concentración hacia la solución de menor concentración.
b. Movimiento de solvente (agua) desde la parte más concentrada hacia la menos
concentrada.
c. Movimiento de iones y moléculas en contra del gradiente de concentración y
con consumo de energía.
d. Transporte de líquidos al interior de la célula mediante movimientos
citoplasmáticos que engloban estas vesículas de líquido.
e. Transporte de partículas sólidas al interior de la célula, a través de movimientos
del borde del citoplasma y que engloban las partículas.
149
4. La mitósis como un proceso asexual para la reproducción celular ocurre
continuamente. Los principales pasos son interfase, profase, metafase, anafase y
telofase. En la etapa de interfase de la división mitótica sucede lo siguiente
a. Aparición de cromosomas largos y filamentosos.
b. Formación de cromátides
c. Duplicación del ácido desoxirribonucleico (ADN)
d. Alineamiento de cromosomas en el plano ecuatorial
e. Separación de los cromátides de cada cromosoma.
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
En este tipo de preguntas usted encuentra un enunciado para el cual debe
seleccionar dos (2) de las opciones propuestas. Seleccione las respuestas
correctas de acuerdo con el siguiente cuadro
Si 1 y 2 son correctas, marque a
Si 2 y 3 son correctas, marque b
Si 3 y 4 son correctas, marque c
Si 2 y 4 son correctas, marque d
Si 1 y 3 son correctas, marque e
5. Las células de acuerdo con su grado de complejidad en su organización y por su
ubicación dentro de la escala biológica se pueden dividir en: eucarióticas y
procarióticas, son características de las células ecuarióticas
1. Presencia de membrana nuclear que delimita el núcleo del citoplasma.
2. Presencia de ADN en una región nuclear diferenciada pero no delimitada por
una membrana.
3. Presencia de organelos con morfología y función especializada para cada uno.
4. Ausencia de membranas que separen los organelos entre sí.
Completación
6. Las células poseen una estructura altamente organizada, tienen capacidad de
autorregulación, de responder ante diferentes estímulos, de respiración, de
150
movimiento, de digestión, de reproducción, de comunicación. Diga cuál es la principal
función de cada uno de estos organelos:
Estructura
Función
Ribosoma
Núcleo
Mitocondria
Lisosoma
Retículo endoplasmático
Información de retorno autoevaluación1
Autoevaluación 2
Preguntas Abiertas
1. Defina Homeostasis
2. ¿Cuál es la función de los ganglios linfáticos?
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3. El conjunto de reacciones químicas que ocurren al interior de las células y que le
proporcionan a los seres vivos la materia y energía indispensable para desarrollar sus
actividades vitales. Se denomina:
a. Osmosis
b. Respiración
c. Metabolismo
d. Anabolismo
e. Catabolismo.
4. El tejido que permite a la planta realizar la fotosíntesis se denomina:
a. Xilema.
b. Parénquima
c. Meristemático
151
d. Floema
e. Colénquima
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
En este tipo de preguntas usted encuentra un enunciado para el cual debe
seleccionar dos (2) de las opciones propuestas. Seleccione las respuestas
correctas de acuerdo con el siguiente cuadro:
Si 1 y 2 son correctas, marque a
Si 2 y 3 son correctas, marque b
Si 3 y 4 son correctas, marque c
Si 2 y 4 son correctas, marque d
Si 1 y 3 son correctas, marque e
5. Las principales funciones del tejido nervioso son:
1. Servir de sostén al organismo y permitirle el movimiento
2. Detectar, transmitir, analizar y dar respuesta a las variaciones internas y
externas.
3. Coordinar el funcionamiento de las funciones del organismo.
4. Transportar y excretar metabolitos
6. Las sales biliares deben su coloración a pigmentos como la bilirrubina. Entre las
opciones dadas seleccione dónde son producidas y que función cumplen:
1. Se producen en el hígado
2. Emulsifican las grasas
3. Desdoblan las proteínas
4. Se producen en la vesícula biliar.
Completación
7. Los componentes del sistema circulatorio enunciados tiene como función:
Estructura Función
Capilares
Corazón
Leucocitos o glóbulos blancos
Glóbulos rojos o eritrocitos
Plaquetas
Información de retorno autoevaluación2
152
Autoevaluación 3
Preguntas abiertas
Desarrolle cuadros de Punnet para resolver los siguientes problemas y explique
los resultados de genotipo y fenotipo heredados en la F1.
1. En los gatos el color negro del pelo es dominante frente al color blanco.
Si se cruza una gata homocigota recesiva con un gato heterocigoto y tiene una camada
de cuatro gatitos:
a. ¿Cuál es el genotipo de los padres?
b. ¿Cuál es el fenotipo de los padres?
c. ¿Cuál es el genotipo de la descendencia en la F1?
d. ¿Cuál es el fenotipo de los gatitos y en qué porcentajes?
2. ¿Cuáles son las funciones del ADN?
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3. Un individuo es homocigótico para un carácter cuando
a) Tiene dos alelos iguales
b) Tiene dos alelos diferentes
c) Tiene un alelo dominante y uno recesivo
d) No tiene alelos para ese carácter
información retorno autoevaluación 3
Autoevaluación 4
Preguntas Abiertas
1. Mencione cinco posibles usos de las bacterias.
2. ¿A qué nos referimos cuando hablamos de microorganismos?
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3. Los diferentes grupos de protozoos se clasifican con base en su
a. Habitat.
b. Movilidad.
153
c. Reproducción.
d. Tamaño.
4. Las bacterias son microorganismos que habitan en el aire, suelo, agua y cuerpo de
otros organismos. Las bacterias se caracterizan por
a. Ser procarióticas, unicelulares, carentes de pared celular
b. Ser eucarióticas, pluricelulares, carentes de pared celular
c. Ser procarióticas, unicelulares, con pared celular
d. Ser eucarióticas, unicelulares, carentes de pared celular
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
En este tipo de preguntas usted encuentra un enunciado para el cual debe
seleccionar dos (2) de las opciones propuestas. Seleccione las respuestas
correctas de acuerdo con el siguiente cuadro
Si 1 y 2 son correctas, marque a
Si 2 y 3 son correctas, marque b
Si 3 y 4 son correctas, marque c
Si 2 y 4 son correctas, marque d
Si 1 y 3 son correctas, marque e
5. Los virus como agentes infecciosos se caracterizan por:
1. Poseer un solo tipo de ácido nucleico
2. Tener el material y mecanismo para su reproducción.
3. Se reproducen en células vivas
1. Tener ARN y ADN conjuntamente.
información de retorno autoevaluación 4
Autoevaluación 5
Señala si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones
1. Los productores primarios en el ecosistema son los organismos autotrófos
154
2. El biotopo es el conjunto de los elementos no vivos que forman parte del
ecosistema
3. La mayor parte de la biomasa de la biosfera se concentra en los productores
primarios.
4. En el ecosistema los herbívoros son los productores primarios.
5. El factor que suele limitar la productividad del ecosistema es, casi siempre, la
energía luminosa disponible.
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
6. Al estudiar los ecosistemas interesa más el conocimiento de las relaciones entre los
elementos, que el cómo son estos elementos. La característica más importante de los
ecosistemas es su
a. Estabilidad dinámica
b. Composición química
c. Relación con los individuos
d. Fuente de energía
e. Equilibrio estático
7. En la naturaleza el problema de desechos se soluciona por la acción de:
a. Organismos autótrofos
b. Organismos heterótrofos
c. Condiciones climáticas
d. Descomponedores
8. Entre las especies se pueden establecer relaciones de competencia, aunque en
muchas ocasiones, para lograr determinados fines se recurre a compromisos con otras
especies que se manifiestan en asociaciones del tipo de una simbiosis.
La relación que se establece entre ciertos pájaros que se posan sobre el lomo de vacas
y picotean garrapatas, beneficiándose así las aves porque se alimentan; mientras las
vacas se liberan de los molestos parásitos, se denomina:
a. Parasitismo
b. Comensalismo
c. Amensalismo
d. Mutualismo
e. Depredación
155
9. En los ecosistemas se presentan flujos de energía, ciclos de la materia y relaciones
alimentarias. El flujo de energía en el ecosistema es:
a. Cíclico y genera organización del sistema
b. Lineal y genera organización del sistema
c. Cíclico y permite el reciclaje continuo
d. Lineal y permite el reciclaje continuo
Preguntas abiertas
10. ¿Cómo se relacionan los factores bióticos y abióticos?
11. ¿Por qué los seres vivos prefieren un habitat y evitan otros?
Información de retorno autoevaluación 5
Autoevaluación 6
Preguntas abiertas
1. ¿Por qué es importante la clasificación de los organismos?
2. ¿Cuáles son las 7 categorías principales en el sistema de clasificación?
3. De las siguientes especies identifica las del mismo género: Avena sativa, Canis
lupus, Zea maiz, Avena cayuse, Felis domestica, Viola papilonacea, Viola rostrata.
4. Diga en qué especies hay mayor afinidad : entre las especies que pertenecen al
mismo filo y distinta clase o entre aquellas que pertenecen al mismo reino y
distinto filo
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
5. Según el sistema de clasificación de Whittaker a qué reino pertenecen los
organismos con las siguientes características: unicelulares, eucarióticos, su nutrición
puede ser en algunos absortiva, ingestiva, en otros fotosintética, pueden ser inmóviles
o desplazarse por medio de flagelos, su reproducción se puede realizar por procesos
asexuales o por procesos sexuales
a) Protista
b) Hongos
c) Plantas
156
d) Animales
e) Mónera
6. Existen muchos métodos de clasificación, según la manera en que evalúan ciertos
caracteres. Entre ellos: el tradicional , la fenética, la cladística. En el método cladístico
los organismos se agrupan en especies teniendo en cuenta:
a) La similitud de carácteres morfológicos y el parentesco filogenético
b) Exclusivamente en función de su articulación a grupos monofiléticos.
c) El número de carácteres que tienen en común y su cuantificación.
d) Los caracteres morfológicos y no morfológicos y la variabilidad.
Información de retorno autoevaluación 6
Información de Retorno Autoevaluación 1
Preguntas Abiertas
1. La célula es la unidad básica estructural de todos los seres vivos, todos los
organismos están formados por células.
La célula es la unidad funcional de todos los organismos. Todo el funcionamiento
del organismo depende de las funciones que ocurren al interior de la célula,
respiración, reproducción, digestión, crecimiento entre otras.
Todas las células se originan por la división de células preexistentes (en otras
palabras, a través de la reproducción). Cada célula contiene material genético que
se transmite durante este proceso.
2. La célula si puede desplazarse por sí misma mediante: seudópodos, cilios o
flagelos.
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3) b.
4) c.
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
5) 1 y 3 = e
Completación
157
6.
Estructura
Ribosoma
Función
Síntesis de proteínas
Crecimiento y reproducción celular,
almacenamiento y organización de
Núcleo
los genes, transmisión de la
información genética.
Producción de energía -ATP- por
Mitocondria
oxidación de los alimentos o
respiración celular
Digestión celular (hidrólisis de
macromoléculas), destrucción de
Lisosoma
microorganismos nocivos para la
célula, digestión de organelos
defectuosos
Retículo
Transportar materiales dentro de la
endoplasmático célula
Información de Retorno Autoevaluación 2
Preguntas Abiertas
1. La Homeostasis es la capacidad de todos los seres vivos de mantener
constante las condiciones físicas y químicas de su medio interno.
2. Filtrar la linfa, destruir y eliminar de ella las sustancias tóxicas y los
microorganismos infecciosos antes de su circulación por el torrente sanguíneo.
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3.) c
4.) b
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
5.) 2 y 3 = b
6.) 1 y 2= a
Completación
158
7.
Estructura
Función
Capilares
Intercambio de gases y
nutrientes
Corazón
Bombear toda la sangre hacia el
torrente sanguíneo
Leucocitos o
glóbulos blancos
Defensa
Glóbulos rojos o
eritrocitos
Transporte de oxígeno
Plaquetas
Participar en la coagulación de la
sangre
Información de retorno 3
Pregunta abierta
a. El genotipo de la gata es nn por ser homocigota recesiva
El genotipo del gato es Nn por ser heterocigoto
b. El fenotipo de la madre será blanco (para que este se manifieste tiene que ser
homocigoto), el fenotipo del padre es negro
c. La camada de cuatro gatitos será el resultado Nn x nn
N
n
n
Nn
nn
n
Nn
nn
Entonces el genotipo de la descendencia es 50% heterocigoto Nn y 50%
homocigoto nn
d. El fenotipo de la camada es de 50% negros y 50% blancos.
159
2. Funciones del ADN
Almacenamiento codificado de la información genética que determina las
características futuras de la célula y de los organismos que se desarrollen a partir
de dicha información.
Replicación de si mismo o sea elaboración de una copia idéntica del ADN.
Transferencia mediante el ARN (ácido Ribonucleico) de la información
genética a las moléculas que realizan la síntesis de proteínas por intermedio de
los aminoácidos que son las unidades que forman las proteínas.
Selección múltiple con única respuesta
a. Cuando tiene dos alelos iguales.
Información de retorno 4
Preguntas abiertas
1. Las bacterias son útiles:
Para fijar nitrógeno atmosférico que es tomado por las plantas y luego
trasferido a los animales.
En la descomposición de materia orgánica muerta ayudando de esta
manera a la fertilización del suelo
En la producción de algunos antibióticos
En la producción de determinadas enzimas
En la elaboración de productos lácteos como: queso, yogur , mantequilla
En la producción de vinagre
En la depuración de aguas residuales
En el curtido de cueros
La Echerichia coli ha sido manipulada genéticamente para producir insulina
2. Los microorganismos son organismos unicelulares generalmente microscópicos
que se dividen en: virus; bacterias; protozoos, algunas algas y hongos.
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
3.) b.
4.) c.
160
Pregunta de selección múltiple con múltiple respuesta
5.) 1 y 3 = e
Información de retorno 5
Preguntas falso o verdadero
1) V
2) F
3) V
4) F
5) V
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
6.) a.
7.) d.
8.) d
9.) b.
Preguntas Abiertas
10. Los factores bióticos y abióticos se interrelacionan para constituir un
ecosistema, donde cada uno depende del otro, modificándose y transformándose
mutuamente a través de la actividad de los seres vivos y las condiciones
ambientales para producir un sistema estable en el cual el intercambio de
sustancias entre los organismos vivos y los elementos inertes es de tipo circular.
11. Porque cada especie vegetal o animal o microorganismo tienen un
requerimiento óptimo para los diversos factores abióticos en el que pueden
desarrollar mejor sus funciones, igualmente con los demás seres vivientes tiene
interrelaciones que le permiten asegurar su alimentación, territorio, protección,
reproducción
La distribución geoFigura de una especie puede estar determinada por el grado en
el cual sus requerimientos son cumplidos por los factores abióticos presentes.
Cada especie tiene: un óptimo, un rango de tolerancia, un límite de tolerancia con
respecto a cada factor abiótico.
Información de retorno 6
161
Preguntas abiertas
1. Para poder entender su origen, su evolución y las relaciones de parentesco
entre sí.
1. Reino, Filo, Clase, Orden, Familia , Género, Especie.
3. Avena sativa, y Avena cayuse,
Viola papilonacea, y Viola rostrata
4. Hay mayor afinidad entre las especies que pertenecen al mismo filo y distinta
clase.
Pregunta de selección múltiple con única respuesta
5.) a
6.) b
GLOSARIO
Glosario Disciplinar
Biotipo: Poblaciones con el mismo genotipo.
Estructura: En las ciencias biológicas, la estructura se refiere a la organización de
los seres vivos como un conjunto de células, organelos, órganos, y sistemas
histológico-orgánicos, como soporte físico para la manifestación de las actividades
de la vida según la expresión genética heredada.
Función: Capacidad de actuar propia de los seres vivos y de sus órganos.
Diversidad: abundancia relativa de las especies presentes en regiones
biogeoFigura s y en nichos ecológicos específicos.
Genética: Parte de la biología que trata de la herencia y de lo relacionado con
ella. Estudio científico de cómo se transmiten los caracteres físicos, bioquímicos y
de comportamiento de padres a hijos.
162
Evolución: Desarrollo de los organismos, por medio del cual pasan gradualmente
de un estado a otro, descendencia con modificaciones, proceso por el que todos
los seres vivos de la Tierra han divergido, por descendencia directa, a partir de un
origen único que existió hace más de 3.000 millones de años.
La palabra evolución tiene cuatro significados que suelen confundirse y deberían
mantenerse separados y distintos: 1) el proceso general del cambio en
poblaciones y especies, considerado un hecho científico establecido; 2) el
«progreso» inevitable desde formas de vida inferiores a otras superiores, un
concepto que ha quedado desacreditado; 3) la historia concreta del «arbusto
ramificado» de la vida y el origen de grupos diversos o filogenias, interpretado a
partir del registro fósil y los estudios bioquímicos, y 4) el mecanismo, o «motor»,
de la evolución, para el que Darwin y Wallace propusieron la «selección natural»,
pero que en la actualidad está siendo estudiado y modificado por la investigación
de Richard Milner.
Interacciones ecológicas de organismos vivos: se refieren a las influencias
mutuas, benéficas o perjudiciales que pueden presentarse entre organismos que
comparten un mismo nicho ecológico y su impacto sobre el entorno ambiental.
Genoma: conjunto de todos los genes de un organismo, de todo el patrimonio
genético almacenado en el conjunto de su ADN o de sus cromosomas.
Gestión sostenible: Se entiende por gestión sostenible la que permite el
crecimiento económico, la elevación de la calidad de vida y el bienestar social sin
agotar la base de los recursos naturales renovables en que se sustenta, ni
deteriorar el medio ambiente o el derecho de las generaciones futuras a utilizarlo
para la satisfacción de sus propias necesidades.
Glosario Pedagógico
Competencia cognitiva o básica: Hace referencia a la capacidad de identificar
conceptos, analizarlos, reconceptualizarlos e incorporarlos a la estructura cognitiva
del estudiante.
Competencia metacognitiva o compleja: Se relaciona con la capacidad de
reflexionar sobre el proceso de construcción conceptual. En otras palabras se
refiere a conocer cómo se logra aprender y cómo se pueden cualificar las
estrategias y métodos para potenciar el conocimiento.
Competencia transversal o paracognitiva: Se refiere a la capacidad de integrar los
conocimientos y las experiencias en enfoques alternativos de saberes funcionales
para nuevos contextos.
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Operaciones metacognitivas: Son operaciones mentales de las que el estudiante
es consciente, se relacionan con la selección de procedimientos para aprender,
permiten la autoevaluación, la autorregulación y la reflexión.