CAPÍTULO #1 Ecosistema “No es la más fuerte de las especies la que sobrevive y tampoco la más inteligente. Sobrevive aquella que más se adapta al cambio” ―Charles Darwin Contenido ECOSISTEMA ........................................................................................................................ 2 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 2 FLUJOS DE ENERGÍA ENTRE LOS NIVELES TRÓFICOS ................................................................. 3 FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR .................................................................................. 5 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS .................................................................... 8 TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA ................................................................................. 11 TEORÍAS DE LA EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES ........................................................................ 15 TALLER................................................................................................................................. 19 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................. 23 RESPUESTA DE LOS EJERCICIOS PROPUESTOS .................................................... 25 1 Ecosistema Los factores abióticos son los componentes no vivos del ecosistema y dependen de las características del medio inerte. Algunos son limitantes y condicionan la adaptación de los organismos al medio. Los organismos poseen límites de tolerancia a estos factores; si se superan estos límites, su supervivencia se puede ver afectada. Entre estos factores podemos mencionar los siguientes: La luz El agua La salinidad La temperatura El aire El suelo Introducción Los ecosistemas son sistemas naturales formados por el conjunto de organismos vivos y factores abióticos; cada ecosistema tiene propiedades diferentes, pero cada uno brinda equilibrio al medio. ¿Qué importancia tiene el recurso que presenta la imagen para los ecosistemas? El ecosistema y sus componentes Un ecosistema es el conjunto de seres vivos que habita un espacio, junto con los factores físicos y químicos con los que los organismos interactúan. El ecosistema tiene límites definidos y diferentes tamaños, desde la totalidad del planeta hasta un pequeño charco. Los elementos que componen un ecosistema se interconectan para formar una compleja red de relaciones; cualquier cambio en alguno de ellos, como la temperatura o el número de organismos, afecta a los otros. Un ejemplo es el caso predador-presa: al aumentar el número de predadores disminuye la cantidad de presas. La ecología toma el ecosistema como unidad y para analizarlo combina campos de la ciencia, por ejemplo, la química, la física y la biología. En la Tierra existen ecosistemas terrestres y acuáticos, cada uno compuesto por factores bióticos y abióticos. Los factores bióticos son los componentes vivos del ecosistema. Estos incluyen a los organismos integrantes de una comunidad y sus relaciones; entre los organismos se establecen relaciones que son intraespecíficas si se producen entre individuos de la misma especie, o interespecíficas si suceden entre especies diferentes. La ubicación respecto a la línea del ecuador determina la temperatura y la cantidad de luz. Diferentes tipos de suelo presentan diversas texturas y grados de porosidad, constituidos por varias capas llamadas horizontes. Generalmente, el horizonte más superficial es el que tiene más materia orgánica y, por lo tanto, más nutrientes, lo que favorece el crecimiento de las plantas; se reconoce fácilmente por su color oscuro. Los factores bióticos interaccionan con los abióticos, por ejemplo, toman la energía y la transforman. 2 El suelo es una mezcla de minerales, agua, aire, materia orgánica y seres vivos. otros ecosistemas. De esta manera, el ecosistema logra mantener estable su estructura y adaptarse a medida que transcurre el tiempo. El gran número y la diversidad de interacciones le posibilitan estar en equilibrio dinámico, lo que significa que puede cambiar para adaptarse a las nuevas condiciones. En esta gran red de interacciones existen organismos de diferentes tipos y cada uno cumple con una función específica en su ecosistema y ocupa un espacio en él. Esta función o rol se denomina nicho ecológico y el lugar donde se encuentra el organismo que la realiza se llama hábitat. Flujos de energía entre los niveles tróficos ¿Cómo se dan las interacciones dentro de un ecosistema? Los ecosistemas están conformados por el conjunto de los componentes bióticos y abióticos. La principal característica de estos sistemas se basa en las relaciones que surgen entre los seres vivos y los factores abióticos que los rodean. Estas relaciones se entrelazan y, como resultado, se presenta una compleja red de interacciones que hace que los factores bióticos dependan de los factores abióticos. Las interacciones entre los factores bióticos y abióticos permiten al ecosistema funcionar como una unidad. Este hecho le da propiedades específicas, por ejemplo, la diversidad de especies y la capacidad de intercambiar materia y energía entre sus propios componentes y con El nicho ecológico de una abeja es ser un polinizador que lleva el polen de flor en flor, y cumplir con sus funciones como abeja obrera, zángano o reina de la colmena. Niveles tróficos En las cadenas tróficas pueden existir diferentes tipos de organismos en cada nivel. 3 Omnívoro: Son aquellos animales que se alimentan tanto de otros animales, como de plantas. Relaciones tróficas Las relaciones tróficas en los ecosistemas son complejas, un herbívoro se alimenta de diversas fuentes y este a su vez es alimento de distintos predadores. De este modo se conectan las cadenas tróficas que adoptan una estructura llamada red trófica. Las redes tróficas tienen un equilibrio muy delicado que se ve alterado por la variación en la cantidad de individuos, la modificación de hábitos alimentarios o el ingreso de una nueva especie. Pirámides ecológicas Una pirámide ecológica representa cómo varían los niveles tróficos en los ecosistemas. Para construirla se tienen en cuenta la energía almacenada, el número de individuos y la biomasa de cada nivel. La biomasa es la cantidad de materia orgánica que tiene un individuo, un nivel trófico o el ecosistema, y generalmente se mide con el peso de la materia seca. En la base de la pirámide siempre se ubican los organismos productores. Tipos de pirámides ecológicas La energía asimilada por los organismos fotosintéticos se transfiere de un organismo a otro en las cadenas y redes tróficas; parte de la energía capturada es asimilada y la otra está disponible. La cantidad de energía disponible en el ecosistema puede representarse a través de esquemas como las pirámides ecológicas. En estas pirámides, cada nivel trófico se representa por un rectángulo. El rectángulo que forma la base de la pirámide corresponde a los productores y sobre él se disponen los otros niveles tróficos. La longitud de la base de cada rectángulo es proporcional al valor de la característica que se mide. Las pirámides ecológicas pueden ser energéticas, numéricas y de biomasa, como se presenta a continuación. Flujo de materia y energía en los ecosistemas La materia y la energía fluyen en las cadenas tróficas: los productores capturan energía lumínica, la transforman en energía química y la almacenan en compuestos orgánicos, luego los herbívoros y los carnívoros se alimentan, parte de la materia se almacena en forma de grasas y proteínas y otra parte se desecha. Al tiempo, la energía se usa para producir compuestos, crecer y reproducirse, y se libera una fracción en la respiración o pasa al medio en forma de calor. Por último, los descomponedores se benefician de la materia orgánica muerta y un segmento de esta es transformado en compuestos inorgánicos que son devueltos al medio. En resumen, la materia captada por las plantas vuelve al medio gracias a los descomponedores y es reutilizada por ellas mismas. Con la energía no ocurre lo mismo: la cantidad de energía transferida a la cadena es cada vez menor porque al subir en los niveles tróficos, más energía se libera al medio y no es devuelta a los seres vivos. 4 Pirámides energéticas El sol nos entrega día a día energía en forma de luz y calor Pirámides numéricas Usamos energía para jugar, estudiar y bailar La respiración celular es una parte del metabolismo, pues se da precisamente en la fase catabólica (desdoblamiento de sustancias), en la cual la energía presente en diferentes biomoléculas es liberada de manera controlada. Durante la respiración, una parte de esa energía es empleada para producir ATP, que a su vez es utilizado en el mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo o fase de construcción y ensamblaje de sustancias). Pirámides de biomasa Otros nutrientes como proteínas y grasas también pueden entrar al proceso de respiración celular una vez que se degradan y se convierten en moléculas de glucosa u otros componentes de las reacciones químicas. Como resultado, el carbono existente en estos nutrientes se oxida, es decir, se transforma en dióxido de carbono que es eliminado a la atmósfera a través de la respiración. Fotosíntesis y respiración celular Los organismos vivos requieren de un consumo constante de energía, la cual es utilizada por las células en forma de energía química. La respiración celular, proceso empleado por la mayoría de células animales y vegetales, es la degradación de la molécula de glucosa para producir la liberación de energía que el organismo necesita para cumplir con sus funciones vitales. Esto significa que la respiración es un proceso vital que se lleva a cabo constantemente en cada una de las células de todos los seres vivos en el planeta. Metabolismo. Suma de cambios físicos y químicos que experimentan los alimentos al ser transformados, desintegrados y reorganizados en el interior de un ser vivo. 5 Levaduras utilizadas en procesos de fermentación Para que se produzca la respiración celular, es necesaria la presencia de oxígeno (respiración aeróbica). Los animales toman el oxígeno del aire a través de órganos específicos, los pulmones y las branquias. Los vegetales lo hacen por medio de los estomas ubicados en la hojas. Este proceso se da durante las 24 horas del día, de forma permanente y se lleva a cabo dentro de las mitocondrias, que son pequeños organelos situados en el citoplasma de las células eucariotas. Las células que realizan más trabajo contienen un mayor número de mitocondrias en su citoplasma. Las células del hígado, del tejido muscular y cardíaco son ejemplos de células con trabajo permanente. Bacterias que realizan el proceso de respiración celular anaeróbico La reacción química de la fermentación alcohólica se puede expresar de la siguiente manera: La reacción química de la fermentación del ácido láctico corresponde a: La respiración celular, en función de la presencia o no de oxígeno, se divide en dos tipos. Como vemos en los dos tipos de reacciones químicas, el producto final es energía más otros compuestos químicos. La fermentación del ácido láctico también ocurre en organismos aerobios cuando se realiza ejercicio extremo y el músculo se fatiga. En ese momento se presenta una disminución de oxígeno, generando una acumulación de ácido láctico en los músculos que produce dolor temporal. Si comparamos los dos procesos de respiración celular, encontraremos que la respiración aeróbica es más eficiente que la fermentación, pues de la misma molécula de glucosa en la primera se obtiene más energía que en la segunda. Esto se debe a la utilización de oxígeno en el proceso. Respiración celular aeróbica: como ya mencionamos, es la degradación de la glucosa en presencia de oxígeno. Es la forma más extendida de respiración y es propia de los organismos eucariotas. Por esto, los organismos que requieren oxígeno se denominan aerobios. En la respiración aeróbica, la degradación de glucosa abarca una serie de reacciones. Sin embargo, la reacción general se puede representar en la siguiente ecuación: Como observas en la fórmula de la respiración aeróbica, la glucosa se rompe en dióxido de carbono y agua. Respiración celular anaeróbica: se da si la degradación de la glucosa ocurre en ausencia de oxígeno. Es propia de los organismos procariotas, generalmente habitantes de suelos y sedimentos. A los organismos que no requieren oxígeno se los conoce como anaerobios. Fotosíntesis El proceso por el cual las plantas y algunos microorganismos pueden atrapar la energía lumínica y combinarla con agua y dióxido de carbono para convertirla en moléculas de glucosa, se conoce como fotosíntesis. La energía que alcanzan los autótrofos se mueve a través de todos los organismos vivos, ya que algunos heterótrofos como las vacas se alimentan de plantas, mientras que otros heterótrofos se nutren de los que comen plantas. Esta respiración anaeróbica también se llama fermentación, proceso utilizado en la producción de vino y yogur. El producto de este procedimiento es el alcohol etílico y ácido láctico respectivamente. 6 se rompe la molécula de agua (fotólisis) que genera iones de hidrógeno y libera oxígeno al ambiente. Las reacciones suceden en los tilacoides, que son sacos aplanados que forman parte de la estructura de la membrana interna del cloroplasto. La fase oscura: tiene lugar cuando los cloroplastos usan el hidrógeno y el dióxido de carbono con el fin de elaborar azúcares para la planta. Las reacciones oscuras suceden en el día y en la noche, con la condición de que la fuente de energía (ATP), y otras sustancias formadas en la luz se encuentren presentes. Las reacciones de oscuridad se efectúan en el estroma. La fotosíntesis Fotosíntesis y respiración celular La respiración celular es un proceso completamente diferente a la fotosíntesis. Veamos en el siguiente cuadro las diferencias que se dan entre estos dos procesos. La fotosíntesis es un proceso anabólico complejo. La reacción general se puede resumir de la siguiente manera: En las hojas de las plantas están los cloroplastos que son las estructuras celulares donde se da la fotosíntesis. Existen aproximadamente 100 cloroplastos en el citoplasma de las células vegetales. Su organización es más compleja que el de una mitocondria, porque su función vital es producir moléculas de glucosa y liberar oxígeno al ambiente. El proceso de la fotosíntesis se realiza en dos fases. La fase lumínica: ocurre cuando la planta requiere de la luz del sol para transformar la energía lumínica en energía química. La clorofila absorbe la luz y los electrones se mueven en una cadena de transporte que produce energía en forma de ATP. Durante el proceso, 7 átomo y el más grande la biosfera. Entre ellos se encuentran las moléculas, los organelos, las células, los tejidos, los órganos, los sistemas, los individuos, las poblaciones, las comunidades y los ecosistemas. Esta organización tiene las siguientes características. • Cada nivel está formado por unidades del nivel inferior anterior. Por ejemplo, los organismos pluricelulares están compuestos por infinidad de células. • No todas las propiedades de un nivel se deducen de las propiedades de las partes que lo componen. Por ejemplo, la temperatura del cuerpo humano está entre 36° y 37°C, pero esta propiedad no se conoce por el estudio de sus células. Las nuevas características en un nivel se conocen como propiedades emergentes y surgen por la interacción entre las partes que componen un nivel inferior. Niveles de organización de los seres vivos Los seres vivos se organizan en niveles de acuerdo con su complejidad estructural; el nivel más pequeño es el 8 capacidad de división y así se asegura el crecimiento del organismo y la renovación celular. Niveles de organización abiótica Los átomos y las moléculas se encuentran en este nivel de organización; se presentan en seres vivos y no vivos. El átomo. Es la unidad estructural de la materia; está conformado por electrones, protones y neutrones. Las moléculas. Cuando se unen dos o más átomos de un mismo elemento o de elementos diferentes forman moléculas. Un ejemplo es la hemoglobina, la proteína que se encuentra en los glóbulos rojos y que se encarga de transportar el oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre. Micrografía del estómago en la que se observan sus diferentes tejidos. Niveles de organización biológica La organización interna de los seres vivos corresponde a células, tejidos, órganos y sistemas. Los individuos, las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas y la biosfera son niveles exclusivos para los seres vivos. La célula. Es la unidad básica de los seres vivos. Cada célula realiza funciones de nutrición, relación y reproducción. Los seres vivos son formas de organización que varían según el grado de evolución que tengan. En muchos casos, la célula es capaz de unirse a otras y forma tejidos que cumplen tareas específicas y especializadas. Tanto en las plantas como en los animales se encuentra gran variedad de tejidos que se encargan de funciones especiales dentro de los organismos; por ejemplo, en las plantas hay tejidos fundamentales que cumplen funciones de almacenamiento de nutrientes y sostén, como el parénquima; en los animales, el tejido epitelial se encarga del revestimiento de conductos, cavidades y forma la epidermis. En un organismo pluricelular, una célula se divide y origina dos células hijas. Una de ellas se especializa para hacer un trabajo particular y pierde la capacidad de dividirse; la otra mantiene su 9 Los tejidos y los órganos. Los tejidos se agrupan para formar órganos que cumplen funciones dentro del cuerpo. Por ejemplo, en los animales, el estómago consta de diferentes tejidos, y es un órgano donde ocurre parte de la digestión; en las plantas, el tallo está conformado por tejidos dérmico, fundamental y vascular, y se encarga de conducir los nutrientes a todas las estructuras del organismo. Los órganos y los sistemas. Varios órganos se agrupan en sistemas para realizar una tarea coordinada. Por ejemplo, órganos como la boca, el esófago, el estómago, el hígado, el páncreas, el intestino delgado y el intestino grueso se asocian para realizar la digestión. Otros ejemplos de sistemas en el ser humano son el sistema circulatorio, el sistema respiratorio y el sistema excretor, entre otros. El trabajo coordinado de las partes de un ser vivo constituye un organismo. Son seres únicos que se caracterizan por la particularidad de su información genética. Con base en la forma de organización celular, los individuos se clasifican en unicelulares o pluricelulares. Los organismos unicelulares están constituidos por una sola célula que realiza todas las funciones vitales: capta lo que ocurre a su alrededor, se mueve hábilmente en busca de alimento, expulsa agua y desechos, escapa de los depredadores y mantiene el equilibrio interno. Las bacterias, el paramecio y la ameba son ejemplos de organismos unicelulares. Los organismos pluricelulares están formados por muchas células. Tienen mayor tamaño que los seres unicelulares, aumentan su tiempo de vida como consecuencia del reemplazo de las células deterioradas por otras, incrementan su equilibrio interno y tienen más probabilidades de defenderse de los depredadores. Algunos organismos pluricelulares son los animales y las plantas. La vorticella es un organismo unicelular que vive en aguas dulces. Las plantas crecen y desarrollan diferentes órganos gracias al reemplazo de células. Las poblaciones Agrupan a los individuos de una misma especie que ocupan un área más o menos definida por barreras físicas como ríos y montañas, y comparten el mismo tiempo; además, los organismos de una población pueden reproducirse entre sí, lo que asegura que la especie no desaparezca. Los sistemas del cuerpo humano están relacionados; cuando un órgano o un tejido funcionan mal se altera todo el cuerpo. Niveles de organización ecológica Los individuos se organizan y forman poblaciones, comunidades y ecosistemas que están inmersos en la biosfera de nuestro planeta. Población de pingüinos emperador. Los individuos 10 Las comunidades Son grupos de seres vivos de diferentes especies que se relacionan entre sí porque habitan conjuntamente en un lugar y en un tiempo determinado. Por ejemplo, la comunidad de un bosque incluye poblaciones de aves, lombrices, reptiles, mamíferos, plantas, hongos y microorganismos que interactúan en ese ambiente. La estructura y la estabilidad de las comunidades se pueden alterar por la actividad humana, el fuego, las inundaciones y la sobrepoblación, entre otros factores. La biosfera está conformada por capas como la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera. Teorías sobre el origen de la vida Recordemos que el enfriamiento del planeta permitió que el agua lluvia se acumulara en las zonas profundas de la corteza, formando los mares y los océanos. A su vez, los cambios en la corteza de la Tierra dieron lugar a la formación de montañas, ríos y lagos. Las variaciones en la atmósfera permitieron que ciertos compuestos químicos ya existentes en la Tierra primitiva, como el dióxido de carbono, el amoníaco, el agua y el metano, reaccionaran y originaran nuevos compuestos, capaces de replicarse independientemente. Así, gracias a las condiciones atmosféricas reinantes surgieron los compuestos químicos que se encuentran en todos los seres vivos. Las condiciones de la Tierra fueron distintas al principio de lo que son ahora. La superficie del planeta fue lo bastante caliente como para hervir el agua y la atmósfera estaba constituida básicamente de gases venenosos, por lo que las condiciones iniciales no eran las más aptas para que se desarrolle la vida. Sin embargo, bajo estas circunstancias, se piensa que la vida se originó aproximadamente hace 3 000 millones de años. En el bosque, todas las comunidades están relacionadas. Los ecosistemas Están conformados por seres vivos que habitan un medio específico y se relacionan entre sí y con los factores abióticos del lugar. Entre los seres vivos y el medio hay un continuo intercambio de materia y energía a través de las cadenas alimenticias y de las redes tróficas, que mantiene la estabilidad de los ecosistemas. En un ambiente marino es posible diferenciar los integrantes del ecosistema. La biosfera Está conformada por la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera. Es el nivel más complejo de organización y agrupa a todos los ecosistemas de nuestro planeta. Etapas de formación de la tierra 11 Mares y océanos primitivos: las moléculas se organizan en macromoléculas que forman proteínas. Durante la historia de la humanidad, nos hemos preguntado ¿cómo se originó la vida en la Tierra? Desde los griegos hasta hoy se han formulado varias hipótesis que tratan de explicar esta pregunta. Algunas de estas hipótesis que explican el origen de la vida son: permitieron el desarrollo de más microorganismos. Para Pasteur, todos los organismos debían tener “padres”. ÉL creía que el aire estaba lleno de microorganismos que llegaban a todos los lugares y se reproducían. A pesar de que no hay un consenso y claridad de cómo surgió la vida en el planeta, existen indicios que dan una idea sobre su origen. Generación espontánea En el siglo XVII, el italiano Francesco Redi realizó un experimento con el que buscaba demostrar que la generación espontánea o abiogénesis no explicaba de forma adecuada el origen de la vida. Ideó un experimento concluyente que consistió en meter trozos de carne en frascos cerrados y otros en frascos abiertos. Observó que la carne de los frascos cerrados no desarrollaban larvas, en tanto que en los frascos abiertos la carne sí producía larvas. Con este experimento el científico Redi demostró que las larvas no aparecían por generación espontánea, y que su presencia estaba relacionada con la posibilidad que tenían las moscas de llegar a la carne. A pesar de los resultados convincentes de este ensayo, el postulado de la generación espontánea continúo sin ser rechazado y despertó más bien fuerte aceptación en la época. La teoría de la Generación Espontánea continuó vigente por varios cientos de años microorganismo se originaban a partir de otros microorganismos. Como observamos en el experimento, aquellos frascos en los que pudieron ingresar los microorganismos En el proyecto búsqueda de inteligencia extraterrestre, las condiciones para el desarrollo de la vida se han podido dar en otros lugares. Teoría de Oparin o de la Evolución Química En 1924, Alexandre Ivánovich, bioquímico soviético, pionero en el desarrollo de las teorías bioquímicas sobre el origen de la vida, expone la teoría más aceptada hasta la actualidad: la hipótesis del origen físico-químico de la vida. 12 Oparin insistió en el hecho de que en los primeros momentos de la historia de la Tierra la atmósfera no contenía oxígeno, este elemento fue generado después gracias a la fotosíntesis vegetal. Según el científico, antes de la aparición de la vida podían haber existido sustancias orgánicas simples en una especie de sopa primitiva. Añadió que los primeros organismos fueron, probablemente, heterótrofos, esto es, que utilizaban como alimento sustancias orgánicas y no poseían la capacidad, como los autótrofos actuales, de nutrirse de sustancias inorgánicas. Para Oparin, la característica clave del origen de la vida es la capacidad de organización e integración de los primeros organismos. En el siguiente cuadro encontramos la explicación de dónde procede la materia orgánica, según este científico: Experimento de Urey y Miller Como vemos en el gráfico, Urey-Miller simularon las condiciones ambientales de la Tierra hace 3500 millones de años. Introdujeron en el aparato una mezcla de gases que creían debían formar parte de la atmósfera primitiva: dióxido de carbono, metano y amoníaco. Previamente eliminaron todo el oxígeno del interior. Luego, hicieron circular vapor de agua y produjeron descargas eléctricas. Después de un tiempo, aparecieron algunas de las sustancias orgánicas que forman las proteínas y los ácidos nucleicos. Para evitar la posible destrucción de las moléculas orgánicas, el experimento contó con una fase de aislamiento de los compuestos nuevos para que no fueran destruidos con la energía generadora de la reacción de formación. La teoría del origen físico-químico de Oparin fue objeto de algunos cuestionamientos. Algunos de ellos son: Como podemos ver en el cuadro, el resultado final de estas reacciones químicas son los coacervados o protocélula que constituyen el primer sistema físicoquímico estable y autorreplicable, que pudo bien ser el origen de todas las células. En 1950, la teoría de Oparin fue comprobada por Urey y Miller, científicos que simularon las condiciones ambientales de la Tierra primitiva y los procesos que pudieron dar origen a las primeras moléculas orgánicas –biomoléculas– necesarias para mantener la vida. 13 espacio o por que las células no podrían estar en un estado latente durante millones de años. Además, el agua, un factor limitante en el espacio, es considerada una substancia determinante para la vida ya que es utilizada en las reacciones químicas de las células. Se conoce también que las condiciones para atravesar la atmósfera e ingresar a la Tierra son muy adversas por lo tanto los microorganismos tendrían mucha dificultad para hacerlo, sufriendo un proceso de esterilización. Los científicos se encuentran aun estudiando está hipótesis para establecer evidencias que justifiquen estos postulados. Probable estructura de un coacervado, primeros precursores de los seres vivos Aunque muchos de los detalles de la teoría de Oparin ya no tienen vigencia, el concepto fundamental del origen de los compuestos orgánicos se sigue sosteniendo, pues para algunos científicos la formación de biomoléculas es una prueba sólida de la presencia de vida. La teoría de la panspermia es una hipótesis que considera que la vida se originó en el espacio y que viaja entre los diferentes planetas o incluso entre los diferentes sistemas solares. Anaxágoras, un filósofo griego (siglo VI a.C.), mencionó el origen cósmico como responsable del origen de la vida. Análisis realizados a meteoritos donde se encontraron materia orgánica como aminoácidos, ácidos nucleicos, ácidos grasos e hidrocarburos fueron algunas de las evidencias que justificaban esta hipótesis. Fragmentos del meteorito Murchison, que cayó sobre Australia en 1969 cerca de la ciudad del mismo nombre. Su estudio permite identificar la presencia de un componente importante del material genético. En 1970, estudios científicos realizados por radioastrónomos revelaron que muchos materiales básicos de la vida en la Tierra aparecían en el espacio. Comenzaron una búsqueda sistemática de composiciones químicas en las gigantescas nubes de polvo interestelar, encontrando por lo menos 30 composiciones orgánicas en nuestra Vía Láctea, las cuales se comprobó que se trataban de moléculas bien conocidas por los bioquímicos. Entre los compuestos orgánicos encontrados está, por ejemplo, una sustancia cuya unión produce un aminoácido que se presenta frecuentemente como base de la proteína albúmina. Aún más asombroso, moléculas de azúcar que forman parte de la molécula hereditaria conocida como ARN, que se encuentra sin excepción en toda la enorme diversidad de seres vivos que habitan la Tierra y cuya función es recoger las instrucciones del código genético del ADN y llevar el mensaje para la formación de proteínas. Origen cósmico Una nueva visión del origen de la vida propone que la vida puede tener su inicio en cualquier parte del universo y no proceder directa o exclusivamente de la Tierra. Esta nueva visión se conoce como panspermia que significa semillas en todas partes. La vida llegó a nuestro planeta utilizando los meteoritos y los asteroides. Hace algunas décadas se consideraba que no podía existir vida en otros planetas debido a que los microorganismos no resisten las radiaciones en el 14 Múltiples procesos de adaptación debieron darse para que los organismos puedan seguir viviendo en su hábitat, es decir, el espacio que reúne las condiciones adecuadas para que las especies se adapten y se reproduzcan. Veamos las explicaciones que algunos científicos dan, intentando explicar la gran riqueza de la biodiversidad en la Tierra. La teoría de la panspermia defiende lla idea de que la vida provino del espacio. Apoyándose en los grandes descubrimientos de estos compuestos químicos, el célebre astrónomo británico Fred Hoyle, junto con su colega Chandre Wickramasinghe, platean, en 1978, la hipótesis de que los primeros organismos con capacidad de reduplicarse no se habrían formado en nuestro planeta, sino muy probablemente en la cabeza de los cometas y que estos al fragmentarse tarde o temprano, pudieron haber llegado a la Tierra incrustados en meteoros pétreos. Algo así como una especie de siembra cósmica o panspermia. Atmósfera reductora. Donde el hidrógeno está presente pero falta el oxígeno. Atmósfera no reductora. Contiene moléculas con oxígeno como ingrediente predominante. Teorías de la evolución de las especies La idea de que el mundo no es estático sino que está en continuo cambio, fue introducida por Jean Baptiste Lamarck en 1809. Él postuló que los caracteres adquiridos durante la vida de los individuos pasaban a la descendencia. Un ejemplo claro es la evolución del cuello de la jirafa: las primeras jirafas al estirar continuamente su cuello por la forma de conseguir el alimento llegaban a alargarlo, engendrando posteriormente descendientes con el cuello un poco más largo. Como observamos en el gráfico de las jirafas, para Lamarck: La biodiversidad de la Tierra Nuestro planeta, desde su origen hasta nuestros días, ha experimentado diversos cambios que han dado origen a una amplia variedad de especies. Algunos de estos cambios son: variaciones climáticas, transformaciones de relieve y alteraciones en la actividad volcánica. Producto de estas modificaciones ocurridas en el planeta Tierra, los seres vivos han ido evolucionando continuamente, formándose nuevas especies a la vez que otras iban extinguiéndose. Recordemos que especie es un grupo de organismos diferentes de cualquier otro grupo y que son capaces de reproducirse y de tener descendencia fértil. Por consiguiente, los cambios en las características morfológicas obedecían a las necesidades de los individuos. La evolución de las especies según Darwin y Wallace A diferencia de Lamarck, Charles Darwin y Alfred Wallace propusieron la selección natural como principal mecanismo de evolución. Los dos científicos 15 Los pinzones de Darwin solo habitan en las islas Galápagos y en la isla Cocos de Costa Rica. viajaron por el mundo separadamente estudiando diferentes especies y por las observaciones que realizaron, comenzaron a intuir el proceso de evolución. Darwin, a su paso por las islas Galápagos en 1835, estudió los pinzones. Al observar la gran diferencia en la forma y tamaño de los picos de estas aves, pensó que cada una de las especies tenía un ancestro diferente. Sin embargo, luego de descubrir la sorprendente graduación en el tamaño de los picos, empezó a sospechar que habían evolucionado a partir de una sola especie, de un solo ancestro. Gradualmente comprendió el significado de la interrelación entre la variación natural, el aislamiento y el tiempo ilimitado. Pinzones estudiados por Darwin Algunas de las aves más estudiadas para los procesos de adaptación son los pinzones que habitan en las islas Galápagos. Estas son aves famosas en el mundo de la biología porque constituyen un ejemplo de lo que algunos científicos llaman radiación adaptativa. Una especie da origen a varias porque al aislarse unos grupos de otros se adaptan a un medio específico. Este fenómeno de la radiación adaptativa se observa, sobre todo, en islas separadas del continente. Tal es el caso del Archipiélago de Galápagos, sitio de experimentación natural de gran importancia en donde se dan procesos de evolución en períodos cortos de tiempo. Estos cambios adaptativos pueden ser observados en nuestras islas en años y no en millones de años, como se supone que ocurren normalmente en la evolución. La prueba es la modificación del tamaño del pico de los pinzones en tan solo tres décadas. Pinzones de Darwin Las especies de pinzones estudiadas por Darwin correspondían a doce tipos diferentes y recibieron sus nombres de acuerdo con el tipo de hábitat y/o del alimento que consumían. Todas estas especies, aunque diferentes en su forma, provenían de una misma especie ancestral que se alimentaba originalmente de granos y que, en el proceso de colonización de las islas, se había adaptado para establecerse en diversos nichos que aún no habían sido ocupados por otros organismos. Esta variación en la forma y tamaño de los picos de los pinzones se conoce como adaptación. Una adaptación es toda aquella característica de un ser vivo que mejora sus posibilidades de mantenerse y reproducirse para conservar su especie a lo largo del tiempo. Estas adaptaciones pueden ser: Hábitat. Sitio en el que vive una población de organismos. Nicho. Rol que desempeña una especie en ese hábitat. Resumiendo 16 La Teoría Evolutiva de Darwin y Wallace se basan en los siguientes principios: 1. Todos los organismos tienen una gran capacidad reproductiva. Si una sola pareja se reproduce y su descendencia cuenta con suficiente alimento y carece de enemigos y enfermedades, en un número relativamente corto de generaciones, su progenie llega a ser muy abundante. 2. Al crecer en número una población, la competencia por espacio y alimento entre sus individuos se torna en una verdadera lucha por la supervivencia. 3. En una población de una misma especie es usual encontrar diferencias entre los individuos, las cuales pueden ser trasmitidas por herencia a sus hijos. 4. Algunas de las diferencias entre los individuos de una especie pueden favorecer a algunos y desfavorecer a otros por la supervivencia. 5. En una población prevalecen los mejor adaptados sobre los demás. Ellos, a su vez, tendrán mayores posibilidades de reproducirse y que sus hijos hereden las características que los hacen estar más dotados. Este mecanismo se conoce como selección natural. Al analizar el gráfico de las jirafas de Darwin, se puede establecer que: XX, estos caracteres se identifican con los genes presentes en la estructura del ácido nucleico. Según Charles Darwin, las jirafas de cuello más largo son las que consiguen sobrevivir al poder alcanzar mejor el alimento. Las de cuello más corto, con el tiempo, desaparecen por selección natural. Los aportes de Theodosius Dobzhanzky, quien plantea la síntesis evolutiva moderna, aborda la evolución como un cambio en la composición genética de las poblaciones. Por consiguiente, la teoría de la síntesis evolutiva moderna reconoce que existe la selección natural, que hay diferencias entre individuos de la misma especie y estas diferencias pueden favorecer a unos y no a otros. Los organismos favorecidos se mantendrán y reproducirán, con lo cual aseguran la permanencia de la especie. Un claro ejemplo de esta teoría es el de las bacterias expuestas a un antibiótico. Aquellas resistentes en forma natural sobreviven y se reproducen. Además de la acción de la selección natural, si los individuos quedan aislados y no se cruzan entres sí, se originan las nuevas especies, proceso que se conoce con el nombre de especiación. La Teoría Actual o Síntesis Evolutiva La comunidad científica actual acepta la evolución de las especies como un hecho histórico. Existen suficientes pruebas científicas para afirmar que en la historia del planeta hay una transformación de las especies que ha dado lugar a la diversidad que conocemos a partir de las primeras formas de vida. Actualmente, la evolución se contempla desde el punto de vista genético. Las ideas e Gregory Mendel, no conocidas por Darwin proveen evidencias que apoyan la teoría de la Evolución. La Genética de Mendel sustenta la base de la teoría de la Evolución, con el aporte de que los organismos heredan de sus progenitores ciertos caracteres y los transmiten a su vez a su prole. Los organismos que tienen diferentes caracteres poseen también la posibilidad de sobrevivencia y reproducción. En el siglo 17 a) Los restos fósiles de las especies animales y vegetales que habitaron la Tierra en diferentes eras geológicas. b) Los fósiles son restos de un ser vivo que habitó en el pasado o evidencias de su existencia que ha llegado hasta nuestra época, gracias a su mineralización o conservación en algunas rocas. c) Los brazos de los seres humanos y las alas de los pájaros tienen la misma distribución ósea. d) Los embriones de los peces, reptiles y mamíferos son similares en las primeras etapas de desarrollo embrionario. e) La fauna del continente americano es distinta a la que existe en África, aunque las condiciones climáticas sean parecidas. Ejemplo donde se aplica la Genética Mendeliana La investigación actual en las ciencias biológicas sigue aportando datos y conocimientos que refuerzan las primigenias ideas de Darwin como, por ejemplo, la primatología o la paleoantropología. Estas nos dejan constancia de la existencia de un antepasado común entre los simios y el ser humano moderno, consecuencia de una historia evolutiva común y paralela. Los conocimientos construidos en las diferentes ciencias han establecido los mecanismos que explican la evolución de los seres vivos. Aportes que se engloban bajo una sola teoría conocida como Neodarwinismo que conjuga las afirmaciones del Darwinismo con los descubrimientos de la Genética, la Paleontología y otras ramas de la Biología. Anatomía comparada. Órganos homólogos: tienen el mismo origen embrionario y evolutivo y diferentes funciones. Mylodonte, fósil Pleistocénico de Ecuador hallado en el casco colonial de la ciudad de Quito, entre fines de 2007 e inicios del 2008, por el biólogo paleontólogo José Luis Román Carrión. Aprendamos algunas evidencias de la evolución de los seres vivos Los científicos han tratado de explicar la evolución por medio de una serie de evidencias o pruebas estudiadas por algunas ciencias. Veamos algunos ejemplos de estas evidencias: 18 Taller 1. Observa la imagen e identifica los componentes de este ecosistema. 2. Nombra una especie para la que las bajas temperaturas son un factor limitante y otra para la que no lo son. 3. Dibuja un ecosistema propio del Ecuador, y coloca todos los componentes bióticos y abióticos de este. Investiga y coloca 5 animales y 5 plantas propias de este ecosistema, así como 5 factores abióticos. Debajo del dibujo coloca una lista de los componentes del ecosistema elegido. 4. Investiga qué es la lombricultura e indica qué usos le da el ser humano. 5. Las cadenas tróficas y los flujos de materia y energía se deben mantener en equilibrio para que el ecosistema se conserve; las intervenciones humanas rompen con la dinámica natural de estos hábitats. ¿Qué estrategias implementarías para conservar en equilibrio los ecosistemas que te rodean? 6. Escoge dos respuestas. ¿Por qué no es una buena idea introducir especies nuevas en un ecosistema? a. Porque no se sentirían cómodas. b. Porque competirían por el alimento con las especies que naturalmente viven allí. c. Porque se cruzarían con otras especies y producirían mutantes. d. Porque no tendrían depredadores que controlaran el número de individuos. 19 7. La fotosíntesis acumula energía y la respiración la libera. Compara los procesos y relaciona las columnas. 8. Completa el esquema. Para hacerlo, indica los gases que salen y entran a la hoja de una planta durante los procesos de fotosíntesis y respiración. 9. ¿Cuáles son las ventajas de que las células se hayan unido en organismos pluricelulares? 10. ¿Qué caracteriza a un tejido? Menciona ejemplos de tres seres vivos que tengan tejidos. 11. Escribe, en forma breve, cuál es la función principal de las siguientes partes de la célula. a. Núcleo b. Membrana celular c. Citoplasma 20 12. Identifica si las células de las imágenes son eucariotas o procariotas, y escribe una característica de cada una. 13. A qué nivel de organización de los seres vivos pertenecen los siguientes componentes. a. Especie A + especie B + especie C, que viven en el mismo lugar b. Comunidad + medio natural. c. Grupo de animales de la especie A que viven en un mismo punto. d. Conjunto de todos los ecosistemas de la Tierra. 14. Contesta las siguientes preguntas con base en la imagen que encuentras a continuación. a. b. c. d. ¿A qué nivel de organización corresponde el bosque? ¿A qué nivel de organización corresponde la persona que está observando? ¿Cuál es el nivel de organización más grande que incluye a todos los representantes de la imagen? ¿Cuál es el nivel de organización más pequeño representado en la imagen? 15. Durante la historia de la humanidad, el hombre ha dado diversas explicaciones al origen de las nuevas especies. Verifica los conocimientos sobre este tema, relacionando los conceptos de las dos columnas. 21 16. Utiliza los siguientes términos para construir una frase que tenga sentido verdadero: 17. Mira el dibujo y haz una lista con los seres vivos que aparecen clasificándolos según su nivel trófico: 18. Mira de nuevo el dibujo y haz un informe detallado de los distintos factores abióticos de ese ecosistema: a. Geográficos y topográficos. b. Climáticos. 22 c. Edáficos. d. Químicos. 19. Indica de entre las siguientes biomoléculas las que son exclusivas de la materia viva: Calcio Aminoácidos Fosfolípidos Glucosa Cloruro de sodio Potasio Hierro Agua ADN Ejercicios propuestos 1) En la siguiente cadena trófica se produce una transferencia de biomasa de un nivel a otro. Elige la pirámide trófica que representará mejor esa transferencia. *En la base del gráfico se representan a los productores y en escalones superiores a los consumidores de diversos órdenes. Cadena trófica: hierbas, mariquitas o escarabajos, ranas, serpientes y águilas 2) Las Leyes de la Herencia sólo se pueden aplicar a los seres superiores, animales y plantas. A. Falso B. Verdadero 3) De acuerdo a las características que se observan en los seres vivos, determine cuál es el proceso que le permite a estos captar la energía y transformarla para usarla en la elaboración o degradación de sustancias químicas, con lo cual desarrollan sus procesos de alimentación y respiración. A. Adaptación B. Homeostasis C. Irritabilidad D. Metabolismo 4) Para que los seres vivos llegaran a la etapa actual de su evolución tuvieron que sufrir una serie de transformaciones a través de millones de años, adecuándose a las condiciones cambiantes de su medio. ¿Esa capacidad de adecuación se llama? A. Metabolismo B. Homeostasis 23 C. Irritabilidad D. Adaptación 5) La Homeóstasis consiste en……… A. La reproducción, heredan sus características a sus descendientes, de manera que se logra perpetuar la especie. B. La capacidad que tienen los seres vivos de mantener sus condiciones internas constantes y en un estado óptimo, a pesar de los cambios en las condiciones ambientales C. La consecuencia de los procesos metabólicos los organismos, proceso que consisten en un incremento gradual de su tamaño D. El proceso en que participan la nutrición y respiración, captan la energía solar y realizan la fotosíntesis 6) ¿A qué escala de organización de los seres vivos pertenece la siguiente afirmación? “Un grupo de seres vivos que comparten las mismas características genéticas (una especie), viven, crecen y se reproducen en una misma área geográfica.” A. Población B. Biosfera C. Adaptación D. Comunidad 7) ¿Qué científico utilizando el microscopia simple observo por primera vez las células utilizando el tejido del corcho? A. Teodor Schawnn B. Robert Hooke C. Gregol Mendel D. Robert Koch 8) Los Bioelementos secundarios S, P, Mg, Ca, Na, K, C, los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%. Indique donde el FOSFORO está formando parte de los seres vivos: A. Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular B. Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas en muchas reacciones químicas del organismo. C. Interviene en la fotolisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. D. Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucleicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como lípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. 9) Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen a los seres vivos. De todos los elementos químicos unos 70 se encuentran en los seres vivos ¿Cuál de los siguientes grupos de químicos son esenciales en la formación de los seres vivos? A. ZINC, CLORO, HIDROGENO, POTACIO FOSFORO, B. POTASIO, FOSFORO, SODIO, AZUFRE C. NITROGENO, HIERRO, CALCIO, MAGNECIO D. CARBONO, NITROGENO, OXIGENO, HIDROGENO 10) Los oligoelementos son los elementos químicos que son indispensables para el organismo que no son ¿Cuál de los siguientes grupos de químicos son los oligoelementos? A. NITROGENO, HIERRO, CALCIO, MAGNECIO B. POTASIO, FOSFORO, SODIO, AZUFRE C. CARBONO, NITROGENO, OXIGENO, HIDROGENO D. FLÚOR, IODO, BORO, SILICIO, VANADIO 24 11) La teoría del origen de la vida de Oparin, animo a otro investigador a realizar un experimento que dio como resultado la producción de aminoácidos y carbohidratos necesarios para la vida ¿Quién realizo estos ensayos? A. Geoffroy Saint-Hilaire B. Josepli Lister C. Stanley Miller 12) El científico que postulo la teoría inorgánica de la vida fue: A. Redí B. Pasteur C. Miller D. Oparin 13) Los gases precursores de la vida son: A. Dióxido de carbono, metano y agua B. Metano, azufre, agua y hidrogeno C. Metano, amoniaco, agua y hidrogeno D. Metano, azufre, dióxido de carbono 14) Los científicos que postulan la imposibilidad de que se genere vida hoy en día es por: A. La ausencia de abundante tormentas eléctricas B. La ausencia de gases precursores de la vida C. La ausencia de luz ultravioleta D. Ninguna de las anteriores 15) La gente creyó hasta mediado del siglo XVII: A. Que los organismos provenían de un ancestro en común B. Que la vida se generaba espontáneamente C. Que proveníamos de los homínidos D. Todas las anteriores. 16) Luis Pasteur: A. Demostró la teoría de Oparin B. Reafirmo las ideas planteadas por Darwin Y Oparin C. Comprobó el experimento de Miller D. Todas las anteriores. Respuesta de los ejercicios propuestos 1 2 3 4 5 6 A A D D B A 7 8 9 10 11 12 B D D D C D 25 13 14 15 16 17 18 C D B D ----- 26
