encuentro de integración universitaria exactas-2013
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ENCUENTRO DE INTEGRACIÓN UNIVERSITARIA EXACTAS-2013 MODULO DISCIPLINAR BIOLOGIA Docente Coordinador Stella Castro. Docentes Ejecutores Tania Taurian Jorge Angelini Sonia Fischer Fernando Ibañez Analía Príncipe Año 2013 “Cualquiera sea la carrera biológica de la Facultad de Ciencias Exactas, FísicoQuímicas y Naturales que hayas elegido, el conocimiento de los principales conceptos de la biología será una herramienta fundamental para comprender y afrontar con éxito los apremiantes retos de nuestra sociedad. Más que cualquiera otra disciplina la biología, la ciencia que estudia la vida, nos ayuda a comprendernos a nosotros mismos y a nuestro planeta” ¡Adelante....¡ y mucha suerte OBJETIVOS Que los alumnos logren comprender y analizar algunos aspectos de la Biología a través de estrategias de aprendizaje que les permitan construir nuevos conocimientos, corregir errores conceptuales y procedimentales, debatir y confrontar ideas. CONTENIDOS - Principios unificadores de la Biología - Características de los seres vivos. - Química de la vida: Átomos y moléculas de importancia biológica. Estructura y función de los Hidratos de Carbono, Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos - Origen del Universo (teoría del Big-Bang). Origen y evolución de la vida: Evolución química y biológica (Origen de la célula eucariota: Teoría endosimbiótica). - Organización celular: Teoría celular. Tamaño celular y forma. Tipos de células: procariotas y eucariotas. Estructura y función de: pared celular, matriz extracelular, membrana celular, núcleo, citoplasma (hialoplasma o citosol, organelas y citoesqueleto). - Transporte pasivo a través de la membrana celular METODOLOGIA La metodología de enseñanza-aprendizaje comprenderá la lectura comprensiva de textos; el planteo de situaciones problemáticas que motiven al alumno a formular hipótesis que serán resueltas a través de la búsqueda bibliográfica y la guía del docente para posteriormente, realizar la exposición oral del tema confrontando el texto con las hipótesis planteadas. En temas de amplios contenidos se les brindará a los alumnos preguntas orientadoras que les permitirá arribar a los conocimientos mínimos para su mayor profundización en la asignatura Biología General. SISTEMA DE EVALUACION La evaluación será actitudinal y se realizará mediante el seguimiento de los alumnos en todas las actividades realizadas en clase BIBLIOGRAFIA -Audesirk T., Audesirk, G., Byers B. 2008. Biología. La Vida en la Tierra. Ed. Pearson Educación. 8a ed. -Campbell, N., Reece, J. 2007. Biología Ed. Médica Panamericana. 7a ed. -Curtis H., Barnes, H. Schnek, A., Flores, G. 2006. Invitación a la Biología Ed. Médica Panamericana. 6a ed. -Curtis H., Barnes, H. Schnek, A., Flores, G. 2008. Biología Ed. Médica Panamericana. 7a ed. -Mader, S. 2007. Biología. Ed. McGraw-Hill Interamericana. 9a ed. -Purves W., Sadava D., Orinas G., Heller H. 2004. Vida: La ciencia de la vida.Ed. Médica Panamericana.6a ed. -Sadava, D., Héller, H.C., Orinas G.H., Purves, W.H., Hillis, D.M. 2009. Vida: La ciencia de la vida. Ed. Médica Panamericana. 8a ed. -Solomon E., Berg E., Martín D. 2008. Biología. Ed. McGraw-Hill Interamericana, 8ª ed. -Villee, C., Solomon, E., Martin, D., Berg, L. 1998. Biología. Ed. McGraw-Hill Interamericana, 4ª ed. . 2 “La materia de nuestras investigaciones serán las diversas formas y manifestaciones de la vida, las condiciones y leyes que controlan su existencia y las causas que provocan este efecto. A la ciencia que se ocupa de estos temas la llamaremos biología o ciencia de la vida¨. Treviranus, G. 1802 ¿Qué estudia la Biología? 1 La biología (del griego bios = vida y logia = estudio, ciencia, tratado) es la ciencia que tiene como objeto de estudio a los seres vivos, específicamente su clasificación, organización, constitución química, funcionamiento, capacidad reproductiva y su interacción con el medio ambiente. El propósito de la biología es muy amplio, se puede reducir a los siguientes fines: 1. Conocer la constitución de la materia viva 2. Llegar al conocimiento de su origen 3. Estudiar la organización de los distintos seres vivos 4. Estudiar las funciones que éstos realizan 5. Seguir el proceso de su evolución La Biología es una ciencia que incluye diversas disciplinas o campos de estudio, que en ocasiones se tratan de manera independiente. Entre las disciplinas básicas de la biología se encuentran: Bacteriología: estudia las bacterias. Biología Molecular: estudia las moléculas que constituyen los seres vivos. Botánica: estudia las plantas. Citología: estudia las estructuras de la célula. Ecología: estudia la interacción de los seres vivos con el medio ambiente. Embriología: estudia el proceso del desarrollo de los animales; Etología: estudia el comportamiento de los animales. Fisiología: estudia el funcionamiento de los seres vivos. Genética: estudia la herencia de los caracteres biológicos. Histología: estudia las estructuras de los tejidos. Microbiología: estudia los organismos microscópicos. Morfología: estudia la forma de los seres vivos. Taxonomía: estudia la clasificación de los seres vivos. Virología: estudia los virus. Zoología: estudia los animales. 1 Ciencia es el conjunto de conocimientos obtenidos a través de la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales . 3 PRINCIPIOS UNIFICADORES DE LA BIOLOGIA ACTIVIDADES Realiza una lectura detallada y analítica del siguiente texto (extraído de Curtis, H. y Barnes, N. Biología. 1994) destacando las ideas principales. Luego, elabora un resumen en el que queden expresados los conceptos fundamentales que allí se vierten. “Los fundamentos de la biología moderna incluyen no solamente la evolución sino también otros tres principios que se encuentran tan bien establecidos que los biólogos raras veces los discuten. Ellos son: a) Todos los organismos están formados por células, b) Todos los organismos obedecen a las leyes de la Física y de la Química y c) Todos los organismos requieren energía. Uno puede leer la vasta literatura biológica actual sin que se mencione a ninguno de ellos, pero es imposible comprender las ideas o los datos de la biología contemporánea sin estar enterado de su existencia. Estos principios, al igual que la evolución, se discutirán con mayor detalle en el curso de este texto y reaparecerán como temas centrales, pero deben tenerse en cuenta desde el inicio.” Todos los organismos están formados por células Uno de los principios fundamentales de la biología es que todos los organismos están compuestos de una o más unidades similares conocidas como células. Este concepto es de importancia central en la biología, porque destaca la uniformidad en la composición básica de todos los sistemas vivos. La palabra “célula” fue usada por primera vez en un sentido biológico hace aproximadamente 300 años. En el siglo XVII, el científico inglés Robert Hooke, usando un microscopio fabricado por él mismo, notó que el corcho y otros tejidos vegetales están constituidos por pequeñas cavidades separadas por paredes. Llamó a estas cavidades “células”, queriendo significar “habitaciones pequeñas”. El significado actual del término célula (unidad básica de materia viva) no fue adoptado hasta unos 150 años después En 1838, Mathias Schleiden, un botánico alemán, llegó a la conclusión de que todos los tejidos vegetales consisten en masas organizadas de células. Al año siguiente, el zoólogo Theodor Schwann extendió las observaciones de Schleiden a los tejidos animales y propuso una base celular para toda forma de vida. En 1858, la idea de que todos los organismos vivos están compuestos de una o más células adquirió un significado aun más amplio cuando el patólogo Rudolf Virchow propuso que las células pueden surgir solamente de células preexistentes:”Donde existe una célula debe haber habido una célula preexistente, así como un animal surge solamente de un animal y una planta surge solamente de una planta... A través de toda la serie de formas vivas, sean organismos animales o vegetales enteros o sus partes componentes, gobierna una ley de desarrollo continuo”. Desde la perspectiva dada por la teoría de la evolución de Darwin, publicada en el año siguiente, el concepto de Virchow toma aun mayor significación. Hay una continuidad ininterrumpida entre las actuales células, y los organismos en que ellas se encuentran, y las células primitivas que aparecieron por primera vez sobre la Tierra hace más de tres mil millones de años. Todos los organismos obedecen a las leyes de la Física y de la Química Hasta hace bastante poco tiempo, muchos biólogos prominentes creían que los sistemas vivos son cuantitativamente diferentes de los sistemas no vivos, y que contienen dentro de sí un “espíritu vital” que los capacita para desempeñar actividades que no pueden ser llevadas a cabo fuera del organismo vivo. Este concepto se conoce como vitalismo, y a quienes lo proponen, como vitalistas. En el siglo XVII, los vitalistas tuvieron oposición por parte de un grupo conocido como mecanicistas. El filósofo francés René Descartes (1596-1650) fue un destacado proponente de este punto de vista. Los mecanicistas comenzaron mostrando que el cuerpo trabaja esencialmente de la misma manera que una máquina; los brazos y piernas se mueven como palancas, el corazón como una bomba, los pulmones como fuelles, y el estómago como un mortero con su mano. Aunque estos modelos mecánicos simples eran de utilidad para la comprensión del funcionamiento del cuerpo animal, en el siglo XIX el debate acerca de las características distintivas de los sistemas vivos había progresado más allá. El argumento se centró ahora en si la química de los organismos vivos estaba gobernada o no por los mismos principios que la química realizados en el laboratorio. Los vitalistas sostenían que los procesos químicos llevadas a cabo en los tejidos vivos no podían desarrollarse experimentalmente en el laboratorio, y clasificaban a las reacciones en dos categorías “químicas” y “vitales”. Sus nuevos opositores, conocidos como reduccionistas (dado que creían que los procesos complejas de los sistemas vivos podían reducirse a otras más simples y más fácilmente . 4 comprensibles), lograron una victoria parcial cuando el químico alemán Friedrich Wöhler (1800-1882) convirtió una sustancia “inorgánica” (cianato de amonio) en una sustancia orgánica conocida como urea. Por otra parte, los alegatos de los vitalistas se apoyaban en que, a medida que el conocimiento de la química se incrementaba, fue posible encontrar en los tejidos vivos muchos compuestos nuevos que nunca habían sido detectados en el mundo no vivo o inorgánico. A fines del siglo XIX, Louis Pasteur era el principal vitalista quien sostenía que los cambios que tenían lugar cuando el jugo de fruta se transforma en vino eran “vitales” ya que eran llevados a cabo por las células de levadura. A pesar de muchos avances en la química, esta etapa de controversia duró hasta casi terminar el siglo. Sin embargo, en 1898 los químicos alemanes Edward y Hans Büchner mostraron que una sustancia extraída de las levaduras podía producir fermentación fuera de la célula viva. A esta sustancia se le dio el nombre de enzima, de “zyme”, la palabra griega que significa “levadura” o “fermento”. Se demostró que una reacción “vital” era química, y el asunto fue finalmente dejado de lado. En la actualidad se acepta generalmente que los sistemas vivos “obedecen” a las reglas de la química y de la física y los biólogos modernos ya no creen en un “principio vital”. La comprensión acerca de que los sistemas vivos obedecen a las leyes de la física y la química abrió una nueva era en la historia de la biología. Se estudió un número creciente de organismos desde el punto de vista de su composición química y de las reacciones químicas que tenían lugar dentro de sus cuerpos. Estos estudios, que continúan actualmente a un ritmo extraordinario, han producido una gran cantidad de información y proveen de un fundamento esencial a la biología contemporánea. Tal vez, la mayor prueba ocurrió hace aproximadamente 40 años. Una de las características más sorprendentes de los seres vivos es su capacidad para reproducirse, para generar copias fieles de ellos mismos. Aproximadamente en 1950, se mostró que esta capacidad residía en un único tipo de molécula química, el ácido desoxirribonucleico (ADN). La carrera para descubrir la estructura de esta molécula comenzaba y la pregunta en la mente de todos era si la estructura de esta molécula “simple” podía explicar los misterios de la herencia o no. Todos los organismos requieren energía Entre las leyes de la física que son pertinentes a la biología están las de la termodinámica. Estas leyes establecen que (1) la energía puede cambiar de una forma a otra pero no puede ser creada ni destruida, o sea, la energía total del universo permanece constante; y (2) todos los fenómenos naturales proceden de modo tal que las concentraciones de energía tienden a disiparse o volverse aleatorias. Un objeto calentado, que es un ejemplo de energía concentrada, pierde su calor hacia el entorno. Un sistema vivo, que es una concentración de otra clase de energía, puede mantenerse frente a esta tendencia solamente por un ingreso constante de energía. Los organismos vivos son expertos en la conversión energética. La energía que ingresa, ya sea en forma de luz solar o energía química almacenada en los alimentos, es transformada y usada por la célula para hacer el trabajo celular. Este trabajo incluye dar energía no sólo para los numerosos procesos que constituyen las actividades del organismo, sino también para la síntesis de una enorme diversidad de moléculas y estructuras celulares. En el curso del trabajo celular, la energía puede transformarse ulteriormente en energía cinética, en energía térmica o de nuevo en energía luminosa. Esta finalmente se disipa y el organismo debe incorporar más energía. Este flujo de energía es la esencia de la vida. Puede comprenderse mejor a una célula como un complejo de sistemas para transformar energía. En el otro extremo de la escala biológica, la estructura de la biosfera, o sea, la totalidad del mundo vivo, está determinada por los intercambios de energía que ocurren entre los grupos de organismos que se encuentran en ella. De modo similar, la evolución puede ser vista como una competencia entre organismos para el uso más eficiente de los recursos energéticos”. . 5 CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS ACTIVIDADES Lee el texto que se encuentra más abajo y realiza las siguientes actividades: 1. Selecciona algún objeto inanimado de tu entorno y luego trata de explicar las diferencias que existen entre ese objeto inanimado y vos (como un ejemplo de ser vivo) 2. ¿En qué aspectos es similar el metabolismo de una planta de maíz y un animal mamífero como el mono? Relaciona estas similitudes con los temas de flujo de energía y evolución. 3. ¿Por qué se considera que los virus se encuentran en el umbral de lo vivo y lo no vivo? La vida puede definirse según las siguientes características básicas de los seres vivos, que permiten diferenciarlos de un objeto inanimado: Niveles de Organización En los seres vivos la materia se ordena en los llamados niveles de organización biológica. Cada nivel, desde el atómico hasta el de la biosfera, tiene propiedades particulares o emergentes que surgen de la interacción entre sus componentes (Figura 1). Figura 1. Niveles de organización biológica (fuente: Ville y col., 1998). . 6 Homeostasis. Los organismos mantienen un equilibrio interno relativamente constante y bien diferenciado del medio externo, por ejemplo, controlan activamente su presión osmótica y la concentración de electrolitos. Metabolismo. El metabolismo comprende todas las actividades químicas del organismo, incluye reacciones químicas y transformaciones de energía esenciales para la nutrición, el crecimiento y la reparación celular, así como la conversión de la energía en formas aptas para su utilización. El metabolismo se divide en dos procesos: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro. Crecimiento y Desarrollo. Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los nutrientes. El crecimiento es el aumento de masa resultante del mayor tamaño de las células, aumento del número de células o ambos fenómenos. El desarrollo incluye todos los cambios que ocurren durante la vida de un organismo. Irritabilidad. Los organismos son capaces de detectar y responder a los estímulos que son los cambios físicos o químicos del medio ambiente ya sea interno o externo. En organismos unicelulares, todo el individuo responde al estímulo, en tanto que en los organismos complejos multicelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos. Movimiento. Los organismos se mueven; muchos de ellos son capaces de cambiar de lugar y cambiar la posición de sus cuerpos para buscar alimento, protegerse, defenderse y buscar bienestar. Muchos animales se mueven de diferentes maneras: caminan, corren, nadan, se arrastran, vuelan, pero hay otros que no se mueven, tal es el caso de algunos organismos marinos como el coral, la anémona, las esponjas, entre otros. Las plantas, aunque no se trasladan a otros lugares, sí tiene cierto movimiento, por ejemplo: algunas giran sus hojas y sus flores hacia la luz o para atrapar insectos con los que se alimentan, sin embargo, este movimiento se debe realmente a una reacción de un estímulo del ambiente, es decir, a la irritabilidad. Reproducción. Es la habilidad de los organismos de producir copias similares de si mismas, tanto asexualmente a partir de un único progenitor, como sexualmente a partir de dos progenitores. Adaptación. Capacidad de los organismos para sobrevivir en un ambiente dado. Cada organismo con éxito biológico es un complejo de adaptaciones coordinadas, que resulta de procesos evolutivos. Los virus, un caso especial Los virus cumplen con algunas de las características de los seres vivos (materia organizada y compleja, reproducción y evolución), pero no realizan metabolismo ni se desarrollan. Hay cierto consenso en no considerarlos organismos aunque aún hay quien discrepa sobre la cuestión. Si se considera que las características básicas de un ser vivo son reproducirse y evolucionar, también los virus podrían considerarse seres vivos, pero si se añade la posesión de un metabolismo y la capacidad de desarrollo, entonces no. . 7 QUÍMICA DE LA VIDA. “Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos obedecen a las leyes de la física y la química. Los organismos están constituidos por los mismos componentes químicos -átomos y moléculas- que las cosas inanimadas. Esto no significa, sin embargo, que los organismos sean "solamente" los átomos y moléculas de los cuales están compuestos; hay diferencias reconocibles entre los sistemas vivos y los no vivos¨. ACTIVIDADES Lee el texto que se encuentra más abajo y responde: 1.a. Ubica en la columna correspondiente a las siguientes sustancias: glucosa, ácidos grasos, fosfolípidos, ARNm, ADN, colesterol, hemoglobina, celulosa, ARNt, almidón, sacarosa, enzimas, ARNr, -caroteno, ADN polimerasa, glucógeno. HIDRATOS DE CARBONO LIPIDOS PROTEINAS ACIDOS NUCLEICOS b. En el caso deque las sustancias sean polímeros indica ¿cuál es el monómero correspondiente?. c. ¿Ubicarías al ATP y al NADH en alguna de las columnas? Justifica tu respuesta. 2. Completa el siguiente cuadro indicando las diferencias entre ADN y ARN. Características ADN ARN Estructura Función Azúcar Base nitrogenadas Ubicación -Átomos y moléculasLa materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito; el oxígeno, abundante en el aire que respiramos; el calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre. La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones. En la actualidad, los físicos explican la estructura del átomo por medio del modelo orbital. Los átomos son las piezas fundamentales de toda la materia viva y no viva. Aun así, son muy pequeños y constituyen un espacio eminentemente vacío. Los electrones se mueven alrededor del núcleo a una gran velocidad -una fracción de la velocidad de la luz- siendo la distancia entre el electrón y el núcleo, en promedio, unas 1.000 veces el diámetro del núcleo. En un átomo, existe una íntima relación entre los electrones y la energía. En un modelo simplificado, la distancia de un electrón al núcleo está determinada por la cantidad de energía potencial -o "energía de posición"- que posee el electrón. Así, los electrones . 8 tienen diferentes cantidades de energía de acuerdo a su ubicación con respecto al núcleo y, a su vez, su número y distribución determina el comportamiento químico de un átomo. Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas, y dichos átomos se mantienen juntos por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes. Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden representarse con ecuaciones químicas. Tres tipos generales de reacciones químicas son: 1. la combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente, 2. la disociación de una sustancia en dos o más, y 3. el intercambio de átomos entre dos o más sustancias. Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, se conocen como compuestos químicos. Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin vida, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 99% de toda la materia viva. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, dando lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos. -Moléculas orgánicasEn los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad: carbohidratos, lípidos, proteínas y nucleótidos. Todas estas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Además, las proteínas contienen nitrógeno y azufre, y los nucleótidos, así como algunos lípidos, contienen nitrógeno y fósforo En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales. Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos (Tabla 1). Los carbohidratos son las moléculas fundamentales de almacenamiento de energía en la mayoría de los seres vivos y forman parte de diversas estructuras de las células vivas. Los carbohidratos -o glúcidospueden ser moléculas pequeñas, (azúcares), o moléculas más grandes y complejas. Hay tres tipos principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo con el número de moléculas de azúcar que contienen. Los monosacáridos como la ribosa, la glucosa y la fructosa, contienen sólo una molécula de azúcar. Los disacáridos consisten en dos moléculas de azúcar simples unidas covalentemente. Ejemplos familiares son la sacarosa (azúcar de caña), la maltosa (azúcar de malta) y la lactosa (azúcar de la leche). Los polisacáridos como la celulosa y el almidón, contienen muchas moléculas de azúcar simples unidas entre sí. Los lípidos son moléculas hidrofóbicas que, como los carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales. Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, las ceras, y el colesterol y otros esteroides. Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes usados para hacer proteínas se puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos. Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN), que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, adenosina trifosfato (ATP). Otro compuesto es la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+/NADH), coenzima que funciona como aceptor o dador de electrones en las reacciones químicas. . 9 . 10 EL ORIGEN DEL UNIVERSO (TEORÍA DEL BIG-BANG) ACTIVIDADES Escribe en forma resumida los conocimientos que posees acerca del origen del universo, indicando los aportes de las investigaciones realizadas con la máquina de Dios. Hace aproximadamente 5.000 millones de años, según calculan los cosmólogos, la estrella que es nuestro Sol comenzó su existencia. El Sol se formó como otras estrellas a partir de la acumulación de partículas de polvo y gases de hidrógeno y helio, que formaban remolinos en el espacio entre las estrellas más viejas. La inmensa nube que se convertiría en el Sol se condensó gradualmente a medida que los átomos de hidrógeno y de helio eran atraídos unos a otros por la fuerza de la gravedad y caían en el centro de la nube, cobrando velocidad mientras caían. Cuando la aglomeración se hizo más densa, los átomos se movieron más rápidamente, más átomos chocaban unos contra otros y el gas de la nube se tornó más y más caliente. A medida que la temperatura se elevaba, se intensificó la violencia de las colisiones hasta que átomos de hidrógeno chocaron con tal fuerza que sus núcleos se fusionaron formando átomos de helio adicionales y liberando energía nuclear. Esta reacción termonuclear aún ocurre en el corazón del Sol y es la fuente de energía que se irradia desde su incandescente superficie. Los planetas se habrían formado a partir de los restos de gas y del polvo que giraban alrededor de la estrella recién formada. Se estima que los planetas, incluyendo la Tierra, comenzaron su existencia hace aproximadamente 4.600 millones de años La Máquina de Dios habría encontrado la partícula que originó el universo Según expertos, se trata de la búsqueda del bosón de Higgs, el elemento al que la física atribuye otorgar masa a toda la materia. Los experimentos en el gigante acelerador de partículas soterrado en la frontera suizo- italiana obtuvieron fuertes indicios de una nueva partícula, que es muy relevante en la búsqueda del bosón de Higgs, el elemento al que la Física atribuye otorgar masa a toda la materia, afirmó hoy la investigadora María Teresa Dova (Doctora en Física de la Universidad Nacional de La Plata). La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) informó que los científicos tienen evidencias de haber encontrado pruebas sobre la existencia de una nueva partícula subatómica, en coincidencia con la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías, en la localidad australiana de Melbourne. La observación de una partícula consistente con el bosón de Higgs abre una ventana a la era de las medidas de las propiedades del `Higgs`, lo que permitirá avanzar, de forma sin precedentes, en el conocimiento de la estructura fundamental de la materia. Adentrarse más en la materia requirió construir un acelerador de partículas como el que la comunidad internacional montó en el CERN, un túnel circular de 27 kilómetros de perímetro con el imán superconductor más potente del mundo. Dos experimentos análogos -el ATLAS y el CMS- que funcionan en el CERN con unos dos mil científicos, leen los datos generados en las colisiones de partículas del acelerador 40 millones de veces por segundo, y registran con una precisión de milésimas de milímetro un flujo de información similar al de todas las redes de telecomunicación unidas. Así, reprodujeron las condiciones de los segundos posteriores al Big Bang, esa explosión que generó el universo tras la cual una enorme concentración de energía y materia se expande por el espacio. Fuente: diario La Capital 4/7/2012 . 11 EL ORIGEN Y LA EVOLUCIÓN DE LA VIDA “En algún momento de la historia de la tierra aparecieron sistemas biológicos capaces de producir descendientes y evolucionar, un hecho íntimamente asociado con los cambios que sufrió el planeta. Para introducirnos en el origen de las primeras formas vivas, debemos conocer las condiciones iniciales de la Tierra a partir de las cuales pudieron haberse establecido”. ACTIVIDADES Lee los fragmentos de textos que se encuentran más abajo y luego realiza las siguientes actividades: 1. Explica brevemente las diferentes teorías acerca del origen de la vida. 2. Explica la importancia de los estromatolitos en la evolución de la vida. 3. ¿Qué afirma la “teoría endosimbiótica” y qué evidencias la apoyan? Una de las preguntas fundamentales de la biología moderna es cómo empezó la vida. Las evidencias actuales aportan muchas pistas acerca de la aparición de la vida en la Tierra. La edad de nuestro planeta se estima en 4.600 millones de años. Como evidencias de vida, se han encontrado microfósiles de células semejantes a bacterias que tienen 3.500 millones de años de antigüedad y existen, además, otras evidencias indirectas de vida de hace 3.850 millones de años. Se han propuesto diversas hipótesis para explicar cómo podrían haber surgido compuestos orgánicos en forma espontánea en la Tierra primitiva y estructuras semejantes a células a partir de esos agregados de moléculas orgánicas. Desde una perspectiva bioquímica, tres características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos: 1. la capacidad para duplicarse generación tras generación; 2. la presencia de enzimas, las proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida, y 3. una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química distinta. ¿Cómo surgieron estas características? ¿Cuál de ellas apareció primero e hizo posible el desarrollo de las otras? El primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida fue propuesto por Alexander Oparin y John Haldane quienes, trabajando en forma independiente, postularon que la aparición de la vida fue precedida por un largo período de "evolución química". Hay un acuerdo general en dos aspectos críticos acerca de la identidad de las sustancias presentes en la atmósfera primitiva y en los mares durante este período: 1. había muy poco o nada de oxígeno libre, presente y 2. los cuatro elementos primarios de la materia viva (hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno) estaban disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las aguas de la Tierra primitiva. La energía necesaria para desintegrar las moléculas de estos gases y volver a integrarlas en moléculas más complejas estaba presente en el calor, los relámpagos, los elementos radiactivos y la radiación de alta energía del Sol. Oparin postuló que en las condiciones de la Tierra primitiva se formaron moléculas orgánicas a partir de los gases atmosféricos que se irían acumulando en los mares y lagos de la Tierra y, en esas condiciones (sin oxígeno libre), tenderían a persistir. Al concentrarse algunas moléculas, habrían actuado sobre ellas fuerzas químicas, las mismas que actúan sobre las moléculas orgánicas hoy en día. Estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente. En estas estructuras coloidales (a las que Oparin llamó coacervados, y en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente. Los sistemas constituyen un nuevo nivel de organización en el proceso del origen de la vida, lo que implica el establecimiento de nuevas leyes. En los sistemas químicos modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los agregados más estables tienden a sobrevivir, y los menos estables son transitorios. De igual modo, dado que los sistemas presentaban heterogeneidad, los agregados que tenían mayor estabilidad química en las condiciones prevalecientes en la Tierra primitiva habrían sobrevivido. Stanley Miller aportó las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Los experimentos de laboratorio han mostrado que, en estas condiciones, pueden formarse . 12 moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. Otros experimentos han sugerido el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas pudieron haber formado estructuras semejantes a células, separadas de su ambiente por una membrana y capaces de mantener su integridad química y estructural (Figura 2). Figura 2. Esquema del experimento. Miller simuló en el laboratorio las condiciones que habrían imperado en la Tierra primitiva. Hizo circular el gas hidrógeno (H2), el vapor de agua, el metano (CH4) y el amoníaco (NH3) permanentemente entre el "océano" y la "atmósfera" de su dispositivo. El "océano" se calentaba, el agua se evaporaba y pasaba a la "atmósfera", donde se producían descargas eléctricas. El vapor de agua, al ser refrigerado, se condensaba y el agua líquida arrastraba las moléculas orgánicas recién formadas. Estas moléculas se concentraban en la parte del tubo que conducía al "océano". Al cabo de 24 horas, cerca de la mitad del carbono presente originalmente como metano se había convertido en aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Ésta fue la primera evidencia experimental de la teoría de Oparin (fuente: Curtis y col., 2008). En el marco de la teoría de Oparin, se desarrollaron modelos alternativos, entre otros, el de Sidney W. Fox quien obtuvo estructuras proteicas limitadas por membrana -llamadas microesferas proteinoidesque podían llevar a cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas. Si bien estas microesferas no son células vivas, su formación sugiere los tipos de procesos que podrían haber dado origen a entidades proteicas con mantenimiento autónomo, distintas de su ambiente y capaces de llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener su integridad física y química. Todos los biólogos acuerdan en que la forma ancestral de vida necesitaba un rudimentario manual de instrucciones que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación. La propuesta más aceptada es que el ARN habría sido el primer polímero en realizar las tareas que el ADN y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células.. Esta hipótesis se vio corroborada con los trabajos realizados por los bioquímicos científicos norteamericanos Thomas Cech y Sidney Altman que el Premio Nobel en 1989 por descubrir que el ARN puede comportarse como una enzima. Cech bautizó a ese ARN como "ribozima", es decir, una enzima constituida por ácido ribonucleico. Por errores de copia en su duplicación habría aparecido una inmensa variedad de ARN; más tarde, estas moléculas pasaron a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa posterior, las proteínas habrían reemplazado al ARN en la función de acelerar las reacciones químicas. Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética habría sido transferida del ARN al ADN que es menos susceptible a la degradación química. Posteriormente, estas moléculas autorreplicantes se habrían introducido dentro de compartimientos. Uno de los mayores interrogantes que permanece abierto es cómo se produjo el pasaje de la química prebiótica a la aparición de la vida. Hasta el día de hoy los científicos no han podido transformar en el laboratorio la materia no viva en una célula funcional (Figura 3). . 13 Figura 3. Ensamble de moléculas durante la evolución temprana de la vida Posible camino evolutivo de sistemas simples autorreplicantes de moléculas de ARN hasta los sistemas presentes en las células actuales, en las cuales el ADN almacena la información genética y el ARN actúa como un intermediario en la síntesis de proteínas. En los inicios del proceso es posible que coexistieran una inmensa variedad de diferentes moléculas de ARN surgidas por errores de copia en su duplicación. Posteriormente, el ARN habría pasado a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa posterior, las proteínas habrían reemplazado al ARN en la función de acelerar las reacciones químicas. Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética de gran parte de los organismos habría sido transferida del ARN al ADN, que es menos susceptible a la degradación química. Entre los ácidos nucleicos y las proteínas se habría desarrollado una compleja y cooperativa serie de interacciones de controles y equilibrios. Así, estos compuestos, en un proceso de autoorganización, habrían resultado complementarios (fuente: Curtis y col., 2008). Sobre la base de los estudios astronómicos y de las exploraciones llevadas a cabo por vehículos espaciales no tripulados, parece que sólo la Tierra, entre los planetas de nuestro sistema solar, sustenta vida. Las condiciones en la Tierra son ideales para los sistemas vivos basados en moléculas que contienen carbono. Frente a las controversias sobre el origen de la vida, algunos científicos reconocidos postularon que hasta las formas de vida más simples son demasiado complejas para haber surgido mediante reacciones químicas al azar en el seno de una sopa oceánica y ubicaron el origen de la vida en el espacio interestelar. Sin embargo, la vida podría ser muy distinta de como nosotros la conocemos. En el caso de que la vida hubiera surgido en Marte en forma independiente, no habría por qué esperar que ésta compartiera sus rasgos con la de los seres vivos terrestres. El fenómeno de la vida podría haber sido resultado de una combinación inimaginable de moléculas desconocidas y con propiedades diferentes. La uniformidad que subyace a la vida en la Tierra -notablemente, todos los organismos comparten un mecanismo de transmisión genética común basado en el ADN- sugiere que toda la vida actual desciende de un único ancestro y, aunque no sería imposible que hubieran existido otras formas de vida que se extinguieron sin dejar rastros, no existen evidencias de ellas, ni siquiera por un breve período. Las células más tempranas pudieron haber sido heterótrofas o autótrofas La energía que produjeron las primeras moléculas orgánicas provino de una variedad de fuentes existentes en la Tierra primitiva y en su atmósfera: calor, radiaciones ultravioletas y perturbaciones eléctricas. Cuando aparecieron las primeras células primitivas, o estructuras semejantes a células, requirieron un aporte continuo de energía para mantenerse, crecer y reproducirse. El modo como estas células obtuvieron la energía actualmente es objeto de una discusión vivaz. Los organismos modernos y las células de las cuales están compuestos pueden satisfacer sus requerimientos energéticos en una de dos formas. Los heterótrofos son organismos que dependen de fuentes externas de moléculas orgánicas para obtener su energía y sus moléculas estructurales. Todos los animales y los hongos, así como muchos organismos unicelulares, son heterótrofos. Los autótrofos por contraste, se "autoalimentan". No requieren moléculas orgánicas procedentes de fuentes externas para obtener su energía o para usarlas como pequeñas moléculas de tipo estructural; en cambio, son capaces de sintetizar sus propias moléculas orgánicas ricas en energía a partir de sustancias inorgánicas simples. La mayoría de los autótrofos, incluyendo las plantas y varios tipos diferentes de organismos unicelulares, realizan fotosíntesis lo que significa que la fuente de energía para sus reacciones de síntesis es el Sol. Ciertos grupos de bacterias, sin embargo, son quimiosintéticas; estos organismos capturan la energía liberada por reacciones inorgánicas específicas para impulsar sus procesos vitales, incluyendo la síntesis de las moléculas orgánicas necesarias. . 14 Tanto los heterótrofos como los autótrofos parecen estar representados entre los microfósiles más antiguos. Se ha postulado durante largo tiempo que la primera célula viva fue un heterótrofo extremo. Sin embargo, descubrimientos recientes han planteado la posibilidad de que las primeras células hayan sido autótrofas, quimiosintéticas o fotosintéticas antes que heterótrofas. Se han descubierto varios grupos diferentes de bacterias quimiosintéticas que hubieran sido muy adecuadas para las condiciones que prevalecían en la joven Tierra. Algunas de estas bacterias son habitantes de los pantanos, mientras que otras se han encontrado en profundas trincheras oceánicas, en áreas donde los gases escapan por las fisuras de la corteza terrestre. Hay evidencia de que estas bacterias representan los sobrevivientes de grupos muy antiguos de organismos unicelulares. Aunque los biólogos aún no han podido resolver el problema acerca de si las primeras células fueron heterótrofas o autótrofas, es seguro que sin la evolución de los autótrofos la vida en la Tierra pronto habría llegado a su fin. En los más de 3.500 millones de años transcurridos desde que apareció la vida, los autótrofos más exitosos (o sea, aquellos que han dejado la mayor cantidad de descendencia y se han diversificado en la mayor variedad de formas) han sido los que desarrollaron un sistema para hacer uso directo de la energía solar en el proceso de fotosíntesis. Con el advenimiento de la fotosíntesis, el flujo de energía en la biosfera asumió su forma dominante moderna: la energía radiante del Sol, canalizada por medio de los autótrofos fotosintéticos pasa a todas las otras formas de vida. Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Todas las células comparten dos características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie. Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas. Las células procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la única forma de vida sobre la Tierra durante casi 2.000 millones de años; después, hace aproximadamente 1.500 millones de años, aparecieron las células eucarióticas. El paso de los procariotas a los primeros eucariotas fue una de las transiciones evolutivas principales sólo precedida en orden de importancia por el origen de la vida. La cuestión de cómo ocurrió esta transición es actualmente objeto de viva discusión. Una hipótesis interesante, que gana creciente aceptación, es que se originaron células de mayor tamaño, y más complejas, cuando ciertos procariotas comenzaron a alojarse en el interior de otras células. La investigadora L. Margulis propuso el primer mecanismo para explicar cómo pudo haber ocurrido esta asociación. La llamada "teoría endosimbiótica" (endo significa interno y simbionte se refiere a la relación de beneficio mutuo entre dos organismos) intenta explicar el origen de algunas organelas eucarióticas. Hace aproximadamente 2.500 millones de años, cuando la atmósfera era ya rica en oxígeno como consecuencia de la actividad fotosintética de las cianobacterias, ciertas células procarióticas habrían adquirido la capacidad de utilizar este gas para obtener energía de sus procesos metabólicos. La capacidad de utilizar el oxígeno habría conferido una gran ventaja a estas células aeróbicas que habrían prosperado y aumentado en número. En algún momento, estos procariotas aeróbicos habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño, sin que se produjera una digestión posterior. Algunas de estas asociaciones simbióticas habrían sido favorecidas por la presión selectiva: los pequeños simbiontes aeróbicos habrían hallado nutrientes y protección en las células hospedadoras a la vez que éstas obtenían los beneficios energéticos que el simbionte les confería. Estas nuevas asociaciones pudieron conquistar nuevos ambientes. Así, las células procarióticas, originalmente independientes, se habrían transformado en las actuales mitocondrias, pasando a formar parte de las flamantes células eucarióticas. Investigaciones recientes sugieren que la relación metabólica entre los miembros del par simbiótico podría haber sido diferente de lo postulado por Margulis. En la actualidad, varias líneas de evidencia sustentan la teoría de la endosimbiosis (Figura 4). De forma análoga, se cree que los procariotas fotosintéticos ingeridos por células no fotosintéticas de mayor tamaño fueron los precursores de los cloroplastos Por medio de la hipótesis endosimbiótica, Margulis también explica el origen de cilias y flagelos por la simbiosis de ciertas células con espiroquetas de vida libre. Los organismos multicelulares, compuestos de células eucarióticas especializadas para desempeñar funciones particulares, aparecieron en una época comparativamente reciente, sólo hace unos 750 millones de años. . 15 Figura 4 Teoría endosimbiótica: Según esta teoría, hace aproximadamente 2.500 millones de años, cuando la atmósfera era ya rica en oxígeno proveniente de la actividad fotosintética de las cianobacterias, ciertas células procariontes habrían comenzado a utilizar este gas en sus procesos metabólicos de obtención de energía. La capacidad de utilizar el oxígeno habría conferido una gran ventaja a las células aeróbicas, que habrían prosperado y proliferado. En algún momento, estos procariontes aeróbicos habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño, sin que se produjera una digestión posterior. Algunas de estas asociaciones simbióticas habrían resultado favorables: los pequeños huéspedes aeróbicos habrían hallado nutrientes y protección en las células hospedadoras, mientras que éstas obtenían beneficios energéticos de su hospedador. Esto les permitió conquistar nuevos ambientes. Así, células procarióticas respiradoras originalmente independientes se habrían transformado en las actuales mitocondrias (fuente: Curtis y col., 2008). EN LA ACTUALIDAD. LAS PREGUNTAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA Las preguntas que siguen en pie sobre cómo se produjo ese fenómeno que condujo a lo que llamamos "vida" son muchas y de diversos tipos ¿En qué ambiente primitivo pudo haberse originado la vida? Pudo haber sido en el océano, en una laguna, en un charco, en una fisura de roca, entre capas de arcilla, cerca de fuentes termales o bajo el hielo de los polos. Se trataba de un caldo primitivo o de una "pizza primordial"? ¿Por medio de qué fuentes de energía? Pudo haber sido geotérmica, por la luz ultravioleta del Sol, por el calor del vulcanismo, por las descargas eléctricas atmosféricas o por la combinación de todas estas fuentes. ¿Cómo era la atmósfera primitiva? Pudo haber sido una atmósfera muy reductora o menos reductora. ¿Bajo qué forma los complejos plurimoleculares se delimitaron en un compartimiento? Estos complejos podrían haber adoptado la forma de coacervado como los propuestos por A. Oparin o de microesferas como lo sugirió S. Fox. La polimerización también pudo haber ocurrido en las superficies minerales de las arcillas, como sugiriera A. Cairn-Smith. Si bien los trabajos sobre el origen de la vida han proliferado enormemente, han suscitado muchas controversias aún sin dilucidar. Esto pone en evidencia que, frente a ciertas preguntas acerca del mundo natural, la comunidad científica no adhiere a un único modelo explicativo, sino que varios modelos coexisten, lo que da lugar a diferentes hipótesis que deben ser contrastadas críticamente . 16 Único en el mundo, hallan en Salta un ambiente con estromatolitos vivos El ambiente incluye la formación de estromatolitos en lagunas hipersalinas ubicadas a 4.000 metros sobre el nivel del mar. Los estromatolitos nacieron con la aparición del planeta y colaboraron en el surgimiento de la vida. Por esta causa, son valorados en el estudio de rastros de vida en otros planetas como Marte, donde se encontraron restos de estromatolitos fósiles. El desierto de la Puna, el sitio del hallazgo, es el más parecido al Planeta Rojo que hay en la Tierra. El estudio de los estromatolitos descubiertos cobra particular interés por sus múltiples aplicaciones en biotecnología y porque abrirá muchas investigaciones futuras. Un grupo de científicos del Laboratorio de Investigaciones Microbiológicas de Lagunas Andinas (LIMLA) descubrió, en la zona de la Puna salteña, un ecosistema único en el mundo ya que contenía estromatolitos modernos. Los estromatolitos son agrupaciones de microbios fotosintéticos asociados a distintos grupos bacterianos y concreciones calcáreas que forman rocas orgánicas. Su surgimiento se estima en forma coetánea a la aparición de la Tierra hace unos 3.500 millones de años. Se sostiene que los estromatolitos liberaron oxígeno (O2) a la atmósfera y crearon la capa de ozono, lo que facilitó la transformación del planeta de ser hostil a la vida, a un ambiente apto para ella, tal como lo conocemos hoy. Por otro lado, los estromatolitos presentan un particular interés en el estudio de la vida en otros planetas, ya que se intuye que ésta podría iniciarse si se desarrollan este mismo tipo de estructuras, que son reminiscencias de la tierra arcaica. Sin ir más lejos, se propuso la presencia de estromatolitos fósiles en Marte, como parte de las investigaciones que buscan encontrar rastros de vida en ese planeta. Estas exploraciones constituyen el objetivo de misiones espaciales futuras. La NASA trabaja y realiza estudios en el lugar más parecido a Marte que hay en la Tierra, que es, justamente, el desierto de la Puna, entre Chile y Argentina, donde la radiación UV (Rayos ultravioletas) es altísima, no hay nutrientes disponibles y la amplitud térmica, es decir, los cambios de temperatura entre el día y la noche es inmensa. La relevancia del hallazgo reside también en la escasez de estos ambientes en todo el mundo. A pesar de que hace 3.500 millones años cubrieron la Tierra, hoy sólo quedan unos pocos estromatolitos modernos y están distribuidos en lugares remotos del planeta, principalmente en zonas marinas y lagunas saladas en Australia (Bahía Tiburón), México (Cuatro Ciénegas) y Estados Unidos (Yellow Stone). Los estromatolitos de la Puna tienen una importancia aun mayor porque este ambiente, en donde existe una altísima exposición a UV y una baja tensión de oxígeno, es muy parecido a los ambientes de la Tierra arcaica donde no había capa de ozono y donde se desarrollaron los estromatolitos que hoy se conocen como fósiles. Otra cuestión importante alrededor de los estromatolitos descubiertos son sus potenciales aplicaciones biotecnológicas. Los ambientes extremos, como la Puna, fueron postulados como reservorios de compuestos y sistemas de interés tecnológico. Es por eso que los estromatolitos que estudia el equipo de la doctora Farias presentan especial interés por su ubicación. Los ambientes salines y con gran exposición a la radiación los hacen muy interesantes para la producción de sustancias filtradoras de la radiación o con actividad antioxidante (pigmentos, compuestos fenólicos, etc.), antimicrobianos, sistemas para fijar nitrógeno en suelos pobres, bioremediación, etc. Por otro lado, según informan los científicos del LIMLA, los estromatolitos fueron los grandes fijadores de dióxido de carbono (CO2) en la historia evolutiva. Esta fijación la hacen en condiciones extremas de radiación UV, salinidad, etc. Por lo tanto, son fijadores de dióxido de carbono donde los vegetales -principales y tradicionales fijadores de dióxido de carbono- no pueden crecer. Lograr investigarlos en profundidad y “domesticarlos”, en conjunto con una medición de su capacidad de fijar dióxido de carbono, podría tener una implicancia provechosa en la problemática del calentamiento global. Dada la importancia del hallazgo, es imprescindible avanzar en una legislación que proteja los recursos genéticos del país que incluya la biodiversidad microbiológica, tal como lo plantea la doctora Farias. Según la investigadora expresó a InfoUniversidades, “hay leyes para la flora, la fauna y los restos arqueológicos, pero al sacar bacterias de un pedazo de estromatolito de la Puna, una muestra de hielo del Perito Moreno o sedimento del Canal de Beagle, se hace una apropiación de un material genético que debería ser visto como un recurso. Este recurso genético tiene tanto valor como los animales y las plantas.” Arturo Arroyo [email protected] Área de Comunicación Universidad Nacional de Salta . 17 ORGANIZACIÓN CELULAR “La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que: 1. todos los organismos vivos están formados por una o más células; 2. las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células; 3. las células se originan de otras células, y 4. las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija”. ACTIVIDADES Lee el capítulo “Organización de la célula” (extraído del libro Solomon y col., 2008) y, de otros libros de biología que se sugieren en la bibliografía, y responde: 1. Analiza los postulados de la teoría celular e indica por qué es importante para comprender cómo funcionan los seres vivos. 2. Observa el tamaño y la forma de diferentes células y responde: a. ¿Qué factores influyen en el tamaño celular? b. ¿De qué factores depende la forma de una célula? 3. Explica las diferencias principales entre las células procarióticas y eucarióticas 4. Realiza esquema de una célula procariótica, una célula vegetal y una célula animal, indicando las estructura y la función de cada uno de sus componentes. . 18 TRANSPORTE PASIVO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR ACTIVIDADES Lee el capítulo “Membranas biológicas” (extraído del libro Solomon y col., 2008) y, de otros libros de biología que se sugieren en la bibliografía, y responde: 1. Una de las funciones de la membrana celular se relaciona con el transporte de sustancias desde y hacia el interior celular: ¿cuál es la importancia de dicho transporte? 2. ¿Cómo se realiza el transporte de agua, gases (O2, CO2), iones y una molécula como la glucosa a través de la membrana plasmática? 3. a). Analiza la eficiencia del transporte a través de la membrana plasmática en función de la relación área superficial/volumen de la célula. b) ¿Cuál de estos dos tipos de células tendrá mayor relación superficie/volumen: un óvulo antes de la fecundación o una célula de regiones de crecimiento acelerado? Justifica la respuesta. 4. a) ¿Qué se entiende por membrana permeable, semipermeable e impermeable? b) En la figura, el tubo en U contiene una membrana impermeable al almidón y permeable al agua. Si se coloca una solución al 10% de almidón a la derecha e igual volumen de una solución de almidón al 6% a la izquierda, ¿qué ocurre al cabo de un tiempo? Menciona el/los tipo/s de transporte involucrado/s. ¿Qué significa "una solución al 10%"? c) Se han ubicado tres embudos en un vaso de precipitado que contiene una solución. La membrana que se encuentra en los embudos es impermeable a sacarosa. Deduce, de acuerdo a la figura que muestra el estado inicial y final del sistema, la concentración de la solución que se encuentra en el vaso de precipitado. 1 2 3 1 2 3 ? Estado Inicial 1: Agua destilada 2: Sacarosa 1% . Estado Final 3: Sacarosa 2% 19
