Intercambio de materia y energía en el ser humano, en las células y en los ecosistemas Biología. Intercambio de materia y energía en el ser humano, en las células y en los ecosistemas - Cc1LCetJi,(l) Santillana es una obra colectiva, creada, diseñada y realizada en el Departamento Editorial de Ediciones Santillana, bajo la dirección de Graciela Pérez de Lois, por el siguiente equipo: Alejandro J. Balbiano María Gabriela Barderi Celia E. ludica Natalia Molinari Leto Pablo A. Otero Editoras: Nora B. Bombara, Silvina Chauvin y Ana María Deprati : Jefa de edición: Edith Morales . Gerencia de gestión editorial: Mónica Pavicich La realización artística y gráfica de este libro ha sido efectuada por el siguiente equipo: Jefa de arte: Claudia Fano. Diagramación: Diego Ariel Estévez y Exemplarr. Tapa: Claudia Fano. Corrección: Martín H. Vittón. Ilustración: Marcelo Regalado. Documentación Leticia Gómez Castro, Cynthia R. Maldonado y Nicolas Verdura (co!!ages de fotográfica: las páginas "Puntos de vista"). Fotografía: Archivo Santillana, Julian Valle, Archivo Corel, Mylene D'Auriol, Javier Jaime Sánchez, Carlos Jiménez Pérez, SEIS POR SEIS, SERIDEC PHOTOIMAGENES CD, S.L., Alejandro Balbiano, Pablo Adrián Otero, Juan Carlos Muñoz Robredo, Gustavo Peña Tejera, GARCiA-PELAYO, S.L. Servicios Fotográficos, Luis Manuel Iglesias Núñez, HighRes Press Stock, A.G.E FOTOSTOCK, Fernando Gens, Antonio Viñas Valcarcel, Jordi Escandell, Roberto Güller, Estudio Casartelli Re, José Lucas Ruiz, BIO SIDUS S.A., JUPITERIMAGES/COVER, Aníbal Parera, Eduardo Haene, A~ Carminati, Ricardo Cenzano Brandon, Juan José Pérez - Martínez, Manuel González Vicente, Jorge Montara Bayon, Ernesto Reich, Paula Bonacorsi, Gabriela García, Daniel Jurjo/Agradecimiento Laboratorio de Ciencias de la Escuela Secundaria Martín Buber. Preimpresión: Marcelo Fernández, Gustavo Ramírez y Maximiliano Rodríguez. Gerencia de producción: Gregario Branca. La presente publicación se ajusta a la cartografía oficial establecida por el Poder Ejecutivo Nacional de la República Argentina a través del IGN -Ley 22.963- y fue aprobada por el expediente GG 13 2254/5 del 2 de diciembre de 2013. Este libro no puede ser reproducido total ni parcialmente en ninguna forma, ni por ningún medio o procedimiento, sea reprográfico, fotocopia, microfilmación, mimeógrafo o cualquier otro sistema mecánico, fotoquímico, electrónico, informático, magnético, electroóptico, etcétera. Cualquier reproducción sin permiso de la editorial viola derechos reservados, es ilegal y constituye un delito. <G 2013, EDICIONES SANTILLANA S.A. Av. L. N. Alem 720 (C1001AAP), Ciudad Autónoma de Buenos Air.es, Argentina. ISBN: ISBN 978-950-46-3378-5 Queda liecho el depósito que dispone la Ley 11.723 Impreso en Argentina. Printed in Argentina. Primera edición: diciembre de 2013. Biologfa : intercambio de materia y energía en el ser humano, en las células y en los ecosistemas/ Alejandro Balbiano ... [et.al.]. -1a ed. -Buenos Aires: Santillana, 2013. 240 p. ; 28x22 cm. - (Conocer+) ISBN 978-950-46-3378-5 1. Biología. 2. Ensei\anza Secundaria. l. Balbiano, Alejandro CDD 570.712 ¡::ste libro se terminó de imprimir en el mes de diciembre de 2013, en Platt Grupo :Impresor S. A., Santa María del Buen Aire 456, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, República Argentina. 1 Digestión y respiración en e! ser humano Pensar en clenda PLnto de partiua ................................................... 7 Interpretar el concepto de ciencia .......................... 6 sin La ciencia curiosa ............................................. . El trabajo de los científicos .................................. 10 Observaciones e hipótesis Teorías y paradigmas .......................................... :12 Teorías que cambiaron paradigmas Biología, la ciencia de la vida ............................... ::L4 Las ciencias "ómicas" La comunicación Otras ramas de la biología Pi;nto cie p::rtid:i .................................................. 35 Los sistemas de nutrición ................................... 36 Sistema digestivo ............................................... 37 Ingestión y digestión ........................................... 38 Digestión gástrica Absorción y egestión ...........................•............... 40 Alteraciones del sistema digestivo El hígado y el páncreas ........................................ 42 sin Una maravillosa máquina ................................. 43 Respiración y sistema respiratorio ....................... 44 Respiración externa Respiración interna Organización del sistema respiratorio El proceso respiratorio ....................................... .46 Ventilación pulmonar El intercambio gaseoso Respiración alveolar y tisular Afecciones del sistema respiratorio Regulación del equilibrio interno .......................... 48 Regulación de la temperatura Regulación de la función respiratoria Regulación de la función digestiva Regulación y control de la glucosa en sangre Puntos de vista Ciencias biológicas basadas en la experimentación ................................... ........... 16 Ciencias biológicas basadas en los números ...... 17 Actividades finales ............................................. J. 8 SECCIÓN 1 • NUTRICIÓN EN EL SER HUMANO Y EN OTROS ORGANISMOS Seres vivos como sistemas abiertos Punto de partida .................................................. 19 Sistemas y subsistemas ..................................... 20 Subsistemas e interacción Teoría de sistemas aplicada a la ecología Teoría de sistemas aplicada a los seres vivos Ciencia sin fin Todo depende del cristal con que se mire .......... 23 Niveles de organización ....................................... 24 Niveles de organización de los seres vivos Propiedades emergentes y trascendentes Función de nutrición ........................................ : ... 26 Nutrición heterótrofa Sistemas que participan en la nutrición heterótrofa Nutrición autótrofa Evolución y diversidad en la nutrición heterótrofa .. 28 Animales con sistemas de órganos ....................... 30 Relación entre las estructuras y su función en la nutrición Puntos de vista Libres de humo ............................................... 52 Invadidos de humo .......................................... 53 Actividades finales ............................................. 54 Circulación y excreción en el ser humano Puntos de vista Médico de cabecera ........................................ 32 Médico especialista ......................................... 33 Actividades finales ............................................. 34 1 Punto de partida ................................................. 55 El sistema circulatorio o cardiovascular ............... 56 Los vasos sanguíneos La sangre ........................................................... 58 Las células sanguíneas El plasma Algunas alteraciones de la sangre La circulación sanguínea ..................................... 60 Ciclo cardíaco Ciencia sin fin Los caminos de la sangre ................................. 61 Alteraciones del sistema circulatorio .................... 62 El sistema linfático .............................................. 63 Circulación linfática La excreción en el ser humano ............................ 64 Órganos de la excreción Sistema urinario Función renal Formación de la orina Control de la función renal Afecciones renales Puntos de visrn Ejercicio saludable ...........................................68 Ejercicio excesivo ............................................ 69 Actividades finales ............................................. 70 Alimentación, salud y cultura Punto de partida ................................................. 71 Comidas, alimentos y nutrientes .......................... 72 Funciones de los nutrientes Composición nutricional de los alimentos ............. 74 Composición química Cantidad de nutrientes Nutrición en cada etapa de la vida ....................... 76 Alimentación en la adolescencia Alimentación saludable ....................................... 78 Guías alimentarias para la población argentina Hábitos alimentarios y calidad de vida .................. 80 Ciencia sin fin La cultura alimentaria también tiene su historia .. 81 Enfermedades nutricionales ............................... 82 Desnutrición Obesidad Déficit o exceso de un nutriente Trastornos de la alimentación .............................84 Anorexia y bulimia El hambre, un problema mundial ......................... 86 Pobreza y nutrición Pul'!fos de vista · La dieta de los omnívoros ........................ "' ....... 88 La dieta de los vegetarianos ............................. 89 Actividades finales ............................................. 90 SECCIÓN 11 • METABOLISMO CELULAR Transformaciones de materia y energía en las células Punto de partida ................................................. 91 La célula como sistema abierto ........................... 92 Reacciones químicas y energía El metabolismo celular ........................................ 94 El ATP, la "moneda" de la energía ........................ 96 Energía de activación en las reacciones químicas .. 97 Metabolismo y enzimas ........................................ 98 Estructura de las enzimas Características de las reacciones enzimáticas Regulación de la actividad enzimática ................100 Factores que afectan la actividad enzimática Nomenclatura de las enzimas y medida de la actividad enzimática ................................. 102 Cofactores y coenzimas .....................................103 Enzimas y enfermedades metabólicas ................ 104 Ciencia sin fin El descubrimiento de /as enzimas ....................105 Puntos de vism Venenos que matan ....................................... 106 Venenos que curan ........................................107 Actividades finales ..................... '. .....................108 Obtención y aprovechamiento de nutrientes en las células Punto de partida ............................................... 109 Fotosíntesis: un ejemplo de anabolismo .............110 La fase lumínica o fotoquímica: obtención de energía La fase oscura o biosintética: síntesis de materia orgánica Factores que afectan la fotosíntesis .................. 112 Quimiosíntesis: otra forma de anabolismo .........113 Respiración celular: un ejemplo de catabolismo ..114 Respiración aeróbica Respiración anaeróbica Fermentación Eficiencia energética de la respiración ............... 118 Fotosíntesis versus respiración .........................119 Distintas formas de nutrición Entrada y salida de materia en las células ......... 120 La estructura de la membrana celular El transporte a través de la membrana El transporte en masa Ciencia sin fin Límite natural ................................................123 Puntos de vista Bebidas energizantes .. ...................................124 Bebidas deportivas ........................................125 Actividades finales ...........................................126 Aplicaciones biotecnológicas Punto de partida ............................................... 127 Biotecnología ....................................................128 Biotecnología tradicional Biotecnología moderna Modificación genética de los organismos ........... 130 Eficiencia energética de los ecosistemas Ingeniería de vías metabólicas bacterianas Producción y usos de enzimas microbianas ........ 132 Telas, detergentes y papel Industria alimentaria Industria farmacéutica y biotecnología ............... :1.34 Ch.:ncia sin fin Punto cic p:trtid~ ............................................... 161 Ecosistemas: sistemas con "economía" ............. 162 Biomasa Productividad ....................................................164 AON recombinante que hace historia ........... .... 135 Producción de combustibles .............................. 1:16 Factores que limitan la productividad primaria .... 165 Minería y biotecnología ...................................... 137 Biomonitoreo y biorremediación ......................... 138 Petróleo y bacterias devoradoras .................... 140 Petróleo y dispersantes químicos ................... 141 Actividades finales ........................................... 142 Luz Agua y temperatura Nutrientes Eficiencia ecológica ........................................... 168 Pirámides Productividad y flujo de energía ......................... 170 Productividad en diferentes ecosistemas Ecosistemas y servicios .................................... 172 SECCIÓN 111 • MATERIA Y ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Ciencia sin fin La ecología y los modelos matemáticos .......... 173 Biomonitoreo Biorremediación Puntos de vista Puntos de vista Ecosistemas como sistemas abiertos Aves y ambientes saludables .......................... 114 Aves y ambientes contaminados ..................... 175 Actividades finales ........................................... 176 Punto de partida ............................................... 143 Los ecosistemas ...............................................144 Límites de los ecosistemas Composición y organización en los ecosistemas Energía y materia en los ecosistemas ................ 146 Energía en los ecosistemas Dinámica de los ecosistemas Punto de partida ............................................... 177 Comunidad biológica ........................................ 178 Atributos estructurales Atributos funcionales Atributos y estudios ecológicos Sucesión ecológica ........................................... 180 Disturbios Tipos de sucesiones ......................................... 182 Mecanismos de una sucesión ............................ 183 Sucesiones primarias ........................................ 184 Isla Surtsey Islas del Delta del Paraná Sucesiones secundarias ................................... 186 Pastizales pampeanos Los bosques patagónicos Atributos de una comunidad durante una sucesión .................................................... 188 Materia en los ecosistemas Organización en un ecosistema ......................... 148 Niveles tróficos Redes tróficas Flujo de energía en los ecosistemas .................. 150 Pérdida de energía entre niveles Ciclos en los ecosistemas ................................. 151 Ciclos de la materia en los ecosistemas ............. 152 Ciclo del agua Ciclo del carbono Ciclo del nitrógeno Ciclo del fósforo Ciclo del azufre Otros elementos esenciales Equilibrio en los ecosistemas ............................ 156 Ciencia sin fin Experimentos naturales ecológicos .................. 157 Puntos de vista Ciencia sin fin Investigación y ecología ap/icada .....................189 El lado "bueno" del dióxido de carbono ........... 158 El lado "malo" del dióxido de carbono· ........ ..... 159 Actividades finales ........................................... 160 Biomas ............................................................190 Bosques y selvas Pastizales, sabanas y estepas 1: Puntos de vista Hay más biodiversidad ...................................192 Hay menos biodiversidad ................................193 Actividades finales ...........................................194 Pro11ectos Agroecosistemas Punto de partida .......... ···· ................................. 195 características de los agroecosistemas ............ 196 Tipos de agroecosistemas · Ganadería .......................................................197 Agricultura ........................................................198 Agricultura tradicional y agricultura moderna El cultivo de la soja en nuestro país Ecosistemas naturales y agroecosistemas ......... 200 La energía en los cultivos La energía en la ganadería Desventajas de los agroecosistemas ................. 202 Suelos Aguas Impacto sobre la biodiversidad .......................... 204 Agroquímicos Reducción del impacto de los agroecosistemas ... 206 Cultivos orgánicos Control biológico de plagas Formas alternativas de cultivo Desarrollo sustentable ....................................... 208 Ciencia sin fin La biodiversidad y /os bancos de germop/asma ................................................ 209 Punfvs de vista Agricultura industrial ...................................... 210 Agricultura sustentable .................................. 211 Actividades finales .......................... '. ................ 212 Para aprender entre todos ................................. 213 ¿Qué es un proyecto? ....................................... 214 Proyecto 1 Recopilar recetas ... con salud ........................... :215 Proyecto 2 Informar. .. adelantos biotecnológicos bien argentinos ................................................. 219 Proyecto 3 Argumentar... por un ambiente mejor ................. 223 Experiencias Para realizar entre todos ................................... 227 ¿Por qué experiencias? .................................... 228 Exp. inicial. Procedimientos científicos .............. 229 1. Fotosíntesis .................................................. 230 2. Espirómetro .................................................. 231 3. Pulso arterial ................................................ 232 4. Vitamina C en los alimentos .......................... 233 5. Actividad enzimática ..................................... 234 6. Transporte a través de membranas ................ 235 7. Biogás .......................................................... 236 8. Compost ...................................................... 237. 9. Horno solar................................................... 238 10. Ciclo del agua en el ecosistema ................... 239 11. Mini-agroecosistema ................................... 240 Punto de partida Inevitablemente, cada vez que Martín toma leche o yogur, padece dolores abdominales y náuseas. Lo curioso es que cuando deja de incorporar en la dieta estos alimentos, los síntomas desaparecen. Frente a este hecho, y para emitir un diagnóstico certero, el médico decidió que Martín se realizara una serie de análisis; entre ellos, uno llamado "test de hidrógeno en el aliento", que mide la cantidad de hidrógeno exhalado luego de ingerir una sobrecarga de un azúcar llamado la~tosa. Martín no entendía por qué tenía que hacerse este test y le preguntó al doctor: "¿Qué tiene que ver mi aliento con el dolor de panza?". "Estoy pensando que quizás tengas una enfermedad llamada intolerancia a la lactosa, un azúcar presente en los lácteos'', respondió el médico. "Con lo que me gusta el yogur, ¿no voy a poder tomar más?'', preguntó Martín. El médico le contestó que para saberlo, tenía que "investigarlo". , a) ¿Cuál es el hecho por el que el doctor decide que Martín debe hacerse ciertos análisis médicos? ¿Te parece que el trabajo de los médicos es similar al trabajo de otros científicos? ¿Por qué? e) ¿Pensás que los avances tecnológicos se relacionan con la ciencia? ¿De qué manera? d) ¿Por qué es necesario que las personas tengan conocimientos científicos? el concepto de ciencia Ciencia aplicada Con el correr del tiempo, el desarrollo de la ciencia llevó a la humanidad no solo a comprender la naturaleza. sino támbién los fenómenos que se desarrollan en el planeta y los que se realizan dentro de los seres vivos de manera nunca antes imaginada. Pero ¿qué es exactamente la ciencia? Veamos. Como una primera aproximación, Técnica y tecnología Ciencia básica podemos decir que es un conjunto de conocimientos, acumulados a lo largo de los años, que permite comprender el mundo y modificarlo. A partir de las observaciones que el ser humano hace sobre el mundo que lo rodea, surgen preguntas, que intenta Percepción socia! interpretarlas y encontrarles alguna respuesta, respuestas que dependerán del contexto histórico en el que se hayan formulado, y de Jos avances tecnológicos de los que se disponía en la época en la que fueron formuladas. Según los especialistas, la ciencia como tal surge a partir del siglo xv1 en adelante, cuando las respuestas que el ser humano emite sobre la curiosidad que le despiertan Jos fenómenos dejan de ser de carácter mítico, religioso o mágico. Es decir, en los inicios de un período histórico llamado Modernidad. A partir de ese momento, el desarrollo económico y social propone nuevas formas de conocer · el mundo y las respuestas a los fenómenos se basan netamente en Ja razón y la experimentación. Entonces, ¿qué es lo que caracteriza a la ciencia? Para empezar, podemos decir que la ciencia se caracteriza por: • hacer preguntas problemáticas sobre el mundo, de acuerdo con los saberes, intereses y las expectativas de una época y de una cultura determinada; elaborar respuestas provisorias, creativas, ingeniosas, capaces de poder ser Si bien la ciencia básica es fUndamental para el desarrollo de la ciencia aplicada, los efectos de la ciencia aplicada son los más percibidos y, en ocasiones, más valorados por la sociedad porque son los que tienen un impacto directo sobre ella a través de la técnica y la tecnología. puestas a prueba; intervenir sobre el mundo observando, experimentando y provocando nuevos fenómenos, de modo de ajustar las respuestas enriqueciéndolas, mejorándolas y, en ocasiones, descartándolas cuando dejan de funcionar de forma satisfactoria. Por todo lo anteriormente expuesto, podemos decir que la ciencia es: racional, porque está ajustada a deducciones lógicas; " verificable, porque puede ser sometida a prueba; @ verosímil, porque intenta dar una explicación verdadera de los fenómenos; ® provisional, porque las explicaciones o respuestas a los fenómenos son provisorias hasta que surja una duda con respecto a ellas, lo que implicará seguir investigando para hallar nuevas respuestas; o perfectible, porque la actividad científica sigue avanzando hacia formas más profundas, interesantes, válidas y útiles de ver el mundo. Los científicos deben ajustarse a estas características cuando realizan su tarea de investigación. Dependiendo de los fines que persigue, la ciencia se puede clasificar en básica o aplicada. La ciencia básica es una actividad que se realiza con el fin de incrementar el Luis Federico Leloir (1906-1987) fue un científico argentino que recibió el premio Nobel en 1970 por sus investigaciones bioquímicas en ciencia básica. conocimiento de una determinado tema, sin fines prácticos inmediatos, o desconociendo cuál será su aplicación en el futuro. Es probable que, én algún momento, los resultados de la investigación básica encuentren aplicaciones que permitan resolver problemas prácticos. A esta utilización del conocimiento científico con el fin de resolver problemas prácticos y concre- ' tos, con la aplicación de diversas técnicas y tecnologías, se la denomina ciencia aplicada. Para que entiendas mejor la diferencia entre los dos tipos de ciencia, pensá en el siguiente ejemplo: la astronomía es una ciencia básica, sin embargo, los conocimientos que genera su estudio constituyen la base para el desarrollo de la ingeniería aeroespacial. La ciencia curiosa ............................................................................................................................................................................................................................... La curiosidad ha sido desde tiempos remotos el "motor" en la búsqueda de conocimiento. En la Antigüedad, las respuestas a la curiosidad que despertaban fenómenos naturales como la lluvia eran de tipo sobrenatural. Los aztecas, por ejemplo, creían que la lluvia era provocada por la ira del dios Tlaloc. Luego de miles de años, fue en Grecia (600 a. C.) donde comenzaron a explicarse los fenómenos naturales con base en la experiencia y en la razón. Demócrito, por ejemplo, fue un filósofo griego que en el siglo 1v a. C. sintió curiosidad por saber cómo estaban formados los organismos y su respuesta fue que estaban constituidos por "pequeñas piezas indivisibles" a las que llamó átomos (a: "sin"; tomos: "división"). ¿Estás de acuerdo en que fa curiosidad caracteriza a todos /os científicos? Justificá tu respuesta. Aproximadamente dos siglos después de Demócrito, en Roma, con la caída del Imperio romano de Occidente (476 d. C.), se inició la Edad Media. Durante todo este período, conocido como oscurantismo, no se buscaba la respuesta a la curiosidad en la razón sino que se hacía en lo "divino", es decir que todas las respuestas tenían un fundamento religioso. Las autoridades del momento, tanto laicas como religiosas, no manifestaban ningún interés en el saber científico, y estaban convencidas de que estos conocimientos debían subordinarse a la teología. Además, en aquella época, las personas más instruidas estaban relacionadas con el ámbito religioso, para el que la explicación de los fenómenos naturales se encontraba en la religión. Por otro lado, la vida era muy hostil debido a serias dificultades económicas y a la falta de trabajo provocadas por las guerras; entonces, bajo este contexto, el ser humano debía ocuparse de resolver la forma de poder "sobrevivir". En esta época la actividad científica quedó circunscripta a estudiar y a comentar libros escritos por los grandes filósofos y naturalrstas griegos como Aristóteles, y no a producir nuevos conocimientos científicos. Con la llegada del Renacimiento, durante el siglo xv, se puso fin a la Edad Media y las respuestas a la curiosidad se buscaban en el "mundo racional". Durante este período se fundaron sólidos cimientos para el desarrollo de nuevos conocimientos científicos. El astrónomo polaco Nicolás Copérnico, por ejemplo, fue el pionero de una de las grandes revoluciones científicas con la propuesta de elaboración de su teoría heliocénc trica, la cual proponía que los planetas giraban alrededor del Sol y no de la Tierra, com'o creía hasta ese entonces. Entre los pensadores que dieron forma al origen de la ciencia como sistema de adquisición de conocimiento, podemos destacar a Roger Bacon (1214-1294) en Inglaterra, a René Descartes (1596-1650) en Francia y a Galileo Galilei (1564-1642) en Italia. Desde aquel entonces hasta la actualidad, la ciencia ha sido "imparable", y el siglo xx1 se caracteriza y caracterizará por la "revolución biotecnológica". Cabe destacar que el desarrollo de la ciencia está estrechamente ligado a los avances tecnológicos, forma parte de nuestra cultura y, en mayor o menor medida, influye en toda la sociedad, por lo que todos, aunque no lo creamos, estamos vinculc¡dos con el mundo de la ciencia, mucho más de lo ~ue pensamos. s'e ¿A qué te parece que hace referencia et texto con la siguiente frase: "aunque no Jo creamos, estamos vinculados con el mundo de la ciencia, mucho más de lo que pensamos". Citá alguna acción que realices de manera cotidiana para ejemplificar esta frase. El trabajo de los científicos Los científicos buscan explicar de manera lógica y coherente los fenómenos observados en su área. Además, intentan encontrar los principios por los cuales Un camino a seguir El término método proviene del latín methodus, que significa "el camino a seguir", por eso esta palabra se utiliza cuando se le quiere enseñar a alguien un determinado modo de actuar o proceder; por otro lado, si nos remitimos a la vida cotidiana, es común que escuchemos la siguiente frase: "Qué persona metódica ... "; en este caso, se hace referencia a una persona que tiene ciertos hábitos que repite sistemáticamente todos los días, y no le da pereza hacerlo; pero, si nos remitimos al plano científico, podríamos considerar como "método" a las estrategias que utilizan los científicos durante su trabajo. estos fenómenos se llevan a cabo y ver si estos principios puedan generalizarse para los fenómenos del mismo tipo. La búsqueda de respuestas al problema en estudio y la formulación de generalizaciones es lo que caracteriza la actividad científica. Cuando un investigador, luego de su trabajo, obtiene una respuesta para el problema planteado, podemos decir que consiguió un nuevo conocimiento científico, que ha sido creído, acertado y probado por dicho investigador; y que este conocimiento adquirido, además, puede ser puesto a prueba por todos los miembros de la comunidad científica que así lo deseen. Hasta hace un tiempo, se pensaba que el conocimiento podía ser considerado científico si para obtenerlo se había seguido una serie de pasos que constituían el denominado método científico. Con el tiempo, algunos filósofos de la ciencia comenzaron a plantear si existe en realidad un único método científico, o si el concepto es mucho más amplio y abarca diversas estrategias cuyo objetivo es, básicamente, construir el conocimiento científico. En la actualidad, esta última acepción es la más aceptada. Hacer ciencia presupone poner en marcha tareas muy diversas. Veamos ... Observar de manera detallada y reiterada diversos tipos de fenómenos. Recoger y registrar datos. Implica medir el crecimiento de una raíz con el ,instrumento adecuado, analizar la anatomía del tallo con el microscopio, registrar cómo aumenta el número de una determinada cepa de bacterias, etcétera. Procesar datos y transformarlos en evidencias. Significa construir tablas de datos, fabricar maquetas a escala, plantear ecuaciones y fórmulas, etcétera. Analizar las evidencias, sacar conclusiones y emitir juicios. Por ejemplo, comparar resultados, proponer una analogía entre dos procesos, plantear una hipótesis, predecir un evento, inventar un concepto teórico o un instrumento que pueda ser utilizado en las tareas de investigación. • Comunicar el conocimiento científico obtenido. Escribir, por ejemplo, un artículo científico en revistas especializadas comentando el resultado de la investigación, diseñar un póster para presentar en un congreso, dictar una conferencia, dar una entrevista para televisión. De acuerdo con lo leído, podemos concluir que fa actividad científica es sumamente amplia y las estrategias utilizadas en esta actividad son de lo más variadas. @ Procedimentales: pesar, medir, filtrar, centrifugar. • Sensoriales: observar. ® Cognitivas: analizar, formular hipótesis, deducir. 111 Comunicativas: escribir, debatir, exponer. Observaciones e hipótesis Te contamos que una de las tareas que caracterizan la labor de los científicos es En la actividad científica tiene importancia publicar los resultados obtenidos, ya que pueden ser de utilidad en otras investigaciones. observar de manera 8etallada y reiterada. Ahora bien, ¿es lo mismo mirar que obser- ' var? No. Observar si~nifica "examinar atentamente" algo, no solo con la vista sino con todos los sentidos posibles; en cambio, mirar es solo "dirigir la vista a un objeto". Por lo tanto, en ciencia, sí solo se "miran" los hechos, se pierde exactitud y detalle. Una observación detallada permite el registro de datos que luego pueden ser analizados. Las observaciones pueden clasificarse como cuantitativas y cualitativas. A partir de las observaciones cuantitativas se obtienen datos referidos a cantidades, por ejemplo, la longitud de una raíz, la temperatura de un sistema, el tiempo de una determinada reacción. Es importante en todos los casos usar un instrumento de medición adecuado, que esté previamente calibrado y utilizar el mismo instrumento en todas las mediciones. Por ejemplo, si se utiliza un termómetro para tomar la temperatura, debemos tratar de usar el mismo instrumento en todas las mediciones, ya que si se cambia de termómetro, es posible que se cometan errores en la toma de datos. Además, las observaciones cuantitativas deben ser sistemáticas, objetivas y regulares, ya que son el punto de partida de toda investigación científica. Requieren también discriminar lo relevante de lo accesorio, porque lo relevante está directamente relacionado con el problema a investigar. Los errores producidos en una A lo largo de este libro aparecen plaquetas similares a esta en las que reflexionaremos sobre la metodología y las características de la ciencia, siguiendo la idea de todo este capítulo. observación influenciarán en la investigación. Por otro lado, a partir de las observaciones cualitativas se obtienen datos que hacen referencia a la descripción de las cualidades de un determinado hecho, fenómeno u objeto; son menos precisas. En ambos tipos de observaciones es muy importante la objetividad del observador, es decir que el sujeto que está observando no tiña de subjetividades las observaciones realizadas. En la historia de la ciencia, hay un ejemplo que ilustra claramente esto. En 1694, el matemático y físico holandés Nicolaas Hartsoeker propuso: "Si fuera posible verlo, descubriríamos que en el espermatozoide hay un homuncu/us, un hombrecito microscópico de gran cabeza encogido como un feto", y hasta incluso lo dibujó. A partir de esta observación, muchos científicos aseguraron haberlo observado y esto generó la llamada teoría de la preformación. Tan fuerte El estudio del comportamiento de las aves parte de observaciones cualitativas. fue esta idea que se mantuvo por muchos siglos. Como verás, la subjetividad en la observación detuvo el avance del conocimiento científico. Por el contrario, cuando la observación es objetiva y sistemática, y se interpretan las regularidades observadas, surgen preguntas o problemas a los cuales se les buscan posibles respuestas, a las que llamamos hipótesis. Cabe aclarar que cualquier hipótesis está en un estado "de duda" hasta que es probada o refutada. Podemos deducir que las hipótesis se relacionan estrechamente con el problema que incentiva la investigación. Pero ¿cómo se formulan las hipótesis? Por lo general (aunque no siempre se cumple), se formulan siguiendo un lineamento gramatical en el cual se utilizan las expresiones si y entonces. Por ejemplo, si luego de una serie de reiteradas y objetivas observaciones se evidencia que un gas se comprime como producto del aumento de la presión, la formulación de la hipótesis que corresponderá a dicha observación sería la siguiente: "Sí a un gas se lo somete a presiones elevadas, entonces este se comprimirá". Relacíoná Resolvé 1. 2. ldentificá en las siguientes frases los hechos observables y las hipótesis que los explican. i.Sl) b) Teniendo en cuenta lo que leíste en el texto, formulá una hipótesis para cada uno de Jos siguientes hechos Pertenecen al reino animal los seres vivos plurice- observables. lulares que poseen células eucariotas, sin pared a) agua, sí las plantas no tienen luz, se marchitan Las golondrinas migran en invierno hacia lugares y mueren. más cálidos porque allí encuentran más fuente de b) e) Las hojas de los árboles caducifolios caen en otoño. 1 debido a que utilizan el nitrógeno como materia prima para Ja síntesis de proteínas. 3. Volvé a leer el texto del Punto de partida de la página 7. a) En la época de cortejo, se intensifica la coloración de las plumas de los flamencos. e) Si a un pez de agua dulce se lo coloca en agua salada, muere. Si se agregan al suelo sustancias que contengan nitrógeno, entonces las plantas crecerán más, d) A pesar de que reciban suficiente cantidad de celular, con nutrición heterótrofa. alimento. e} Espermatozoide dibujado en 1694 por los defensores del preformacionismo, que creían que era posible ver en el interior del gameto, un nuevo ser en miniatura, el homúnculo. Los dinosaurios se extinguieron debido a la caída de un meteorito gigante sobre Ja superficie terrestre. ¿El doctor hizo observaciones cualitativas o cuantitativas? b) ¿Qué etapas de la investigación científica podés reconocer en la lectura? Teorías y paradigmas Hipótesis principal . HP (HD1)~ l ~(HD3) (HD2) Hipótesis derivadas . A lo largo de la historia de la ciencia, algunas teorías causaron verdaderas revoluciones científicas y cambiaron los paradigmas conocidos. Ahora bien, antes de profundizar en estas teorías y en estudiar cómo su aparición cambió los paradigmas hasta entonces conocidos, es necesario que tengamos en claro a qué hacen , Componentes de una teoría. referencia los científicos con estos términos. Según algunos epistemólogos (la epistemología es una rama de la ciencia en donde el objeto de estudio es la misma ciencia), entre ellos el argentino Gregario Klimovsky, se puede considerar teoría al conjunto de todas las hipótesis de partida (a partir de las cuales se inicia la investigación) y todas las consecuencias lógicas que derivan de dichas hipótesis, es decir, las hipótesis derivadas (o nuevas inferencias) que se desprenden de las hipótesis iniciales. Esto significa que si las hipótesis principales que inician la investigación (HP) llegaran a probarse y resultaran ser verdaderas, entonces la consecuencia lógica implicará que las hipótesis derivadas (HD) también lo serán, y a partir de ello se elaborará la correspondiente teoría. Para ejemplificar ambos tipos de hipótesis, pensemos en los experimentos realizados por Gregor Mendel. En una primera instancia, Mendel llevó a cabo una serie de cruzamientos con las plantas de arveja (Pisum sativum) para estudiar cómo se heredaban ciertos caracteres como el color y la textura de las semillas. Luego de los miles de experimentos realizados, llegó a la conclusión de que solo se podía ver eo la primera generación filial (primera generación luego del cruzamiento) una sola d~ las alternativas, del ca- rácter estudiado. Es decir que si el carácter estudiado, por/ejemplo, era el color de las semillas, en la primera generación filial solo uno de estos colores podía verse, mientras que el otro recién aparecería en la segunda generación filial. A partir de esta observación, Mendel hizo una brillante deducción, que forma parte de las denominadas leyes de Mendel: "Los caracteres observables de la planta de arveja estaban controlados por unidades particulares e independientes" (las que hoy en día conocemos como genes). En 1866 Mendel publicó sus trabajos con el título de Experimentos sobre plantas híbridas, como así también sus hipótesis derivadas sobre los mecanismos de la herencia, pero por la escasa difusión sus experimentos, que luego cambiarían la historia de la ciencia, pasarían inadvertidos para la comunidad científica de su época. Es probable que las verdaderas razones de no ser aceptadas sus conclusiones fuese la poca predisposición de los científicos de la época para cambiar de paradigma: no podían asumir la existencia de una "entidad abstracta" (una unidad hereditaria), totalmente desconocida hasta el momento. Pero ¿qué es un paradigma? En una concepción amplia del término, podríamos Mendel (1822-1884) fue un monje austríaco considerado el "padre" de la genética por sus 30.000 experimentos decir que es una forma de "ver el mundo", o una perspectiva desde la cual se abordan los diversos tipos de razonamiento. También podríamos interpretar a un paradigma como un; modelo a partir del cual organizamos nuestras opiniones y con plantas de arveja (Pisum sativum), de nuestros razonamientos de un tema en particular. Un ejemplo de paradigma fue en los cuales llevó registró todos los datos su momento la ideff de que la Tierra era plana. obtenidos. Es sabido que cambiar de paradigma cuesta, y mucho. La mayoría de los integrantes de la comunidad científica se resisten a los cambios de paradigmas, a 1 pesar de que es gracias a estos cambios que se han producido los grandes avances científicos. Cambiar de paradigma significa "resignificar" los conceptos, los criterios de verdad que se tenían hasta ese momento y buscar otras estrategias para la verificación de las hipótesis. Los cambios de paradigmas posibilitaron el desarrollo de nuevas teorías que cambiaron la historia de la ciencia. Seguí leyendo y en la próxima página vas a encontrar algunas de ellas. Teorías que cambiaron paradigmas Analicemos ejemplos de teorías que hicieron cambiar a los científicos de la época su paradigma, es decir, su manera de ver el mundo. una de ellas fue la postulada por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico en 1543 cuando rompió el paradigma de que alrededor de la Tierra giraban los planetas; de esta manera, fundó una nueva cosmología y propuso la teoría heliocéntrica, en la cual la Tierra deja de ser el centro de este sistema para dar paso al Sol. A partir de esta nueva visión del "mundo celeste" empezaron a comprenderse muchos fenómenos que hasta el momento carecían de explicación, como la posición que tienen Mercurio y Venus con respecto al Sol o el tiempo que tardan los planetas en dar una vuelta completa alrededor del Sol. Otra teoría que conmovió al mundo, en el siglo x1x, fue la teoría de la selección La teoría heliocéntrica provocó un cambio natural propuesta por el naturalista Charles Darwin, basada en el estudio de las de paradigma y generó lo que se llamó la especies. En 1831 emprendió un viaje, que duraría cinco años, en el barco llamado "revolución copernicana". Beagle, escenario en el cual elaboró su teoría de la evolución. Si bien Darwin traía consigo la idea de que las especies no cambiaban a lo largo del tiempo, durante su viaje fue modificando su parecer. El hecho de ver especies muy similares entre sí, pero a la vez con rasgos que las distinguían a cada una, lo hizo reflexionar y pen:sar que estas variaciones se debían a presiones ambientales. En las islas Galápagos, situadas en el océano Pacífico a la altura de Ecuador, Darwin observó diferencias en los picos de los pinzones que poblaban diferentes islas del archipiélago. Muy atinadamente, se percató de que estas variaciones en los picos estaban relacionadas con el tipo de alimentación que estas aves poseían. Llegó a la conclusión de que si las variaciones que posee una determinada especie sirven para adaptarse en el ambiente en que esta se desarrolla, serán seleccionadas por la naturaleza de manera favorable y, por lo tanto, estas variaciones serán heredadas por la descendencia. Pero todavía quedaban temas por resolver: ningún La teoría propuesta por Darwin fue publicada en El origen de /as especies científico sabía qué provocaba dichas variaciones. La respuesta llegó muchos años después, de la mano de Gregor Mendel, cuando en 1859. En la actualidad, la comunidad científica acuerda que la selección formuló las leyes que estudiaste en la página anterior; leyes que, sin duda alguna, natural es el principal mecanismo fueron fundacionales para lo que hoy denominamos genética moderna. evolutivo de las especies. Los descendientes "Aunque es mucho lo que permanece oscuro, no puedo abrigar la aparecen y que resultan beneficiosas para los seres orgánicos en su adaptación a las condiciones de vida". Fuente: Darwin, Charles. El origen del hombre. Edimat libros, Madrid, 1998. menor duda de que el punto de vista que hasta hace poco sostenían los naturalistas, y que yo mantuve anteriormente, a saber, que cada especie ha sido creada de modo independiente, es erróneo. Estoy ; convencido de que las especies no son inmutables, sino que las que . pertenecen a lo que se llama el mismo género son descendientes 1 directos de alguna otra especie generalmente extinguida, de la misma manera en que las variedades reconocidas de una especie cualquiera son descendientes de esta especie". "La selección natural no produce los cambios, como han entendido ciertos autores; solo implica la conservación de las variaciones que ¿A qué te parece que hace referencia Darwin con la siguiente frase: " ... aunque es mucho lo que permanece oscuro". Leé detenidamente el primer párrafo. ¿Cuál es la expresión que utiliza Darwin para asegurar que las especies evolucionan y cambian a lo largo del tiempo? ¿A qué denomina Darwin "selección natural"? ¿Cuál de las estrategias que utilizan los científicos en sus investigaciones cumplió un rol fundamental en el desarrollo de esta teoría? Biologfa, la ciencia de la vida La biologí~ no solo cumple un rol relevante por su objeto de estudio, los seres vivos, sino que también es importante por su vinculación con otras ciencias, como la matemática, la química, la física, la bioquímica, la medicina y las ciencias de la Tierra. Algunos descubrimientos biológicos, además, y sin lugar a dudas, cambiaron la historia de la humanidad. Sin ir más lejos, el hallazgo de los antibióticos, de los genes y de cómo se transmiten estas porciones de ADN de una generación a la siguiente, son solo algunos de los tantos ejemplos de cómo han cambiado estos Alexander Fleming (1881-1955) fue un científico escocés. Su descubrimiento de descubrimientos la vida del ser humano. El hallazgo del antibiótico llamado penicilina, realizado por el investigador Alexan- la existencia y acción de la pénicilina sobre der Fleming en 1928, evitó la muerte de millones de personas (hablaremos nue- las bacterias le valió ganar el premio nobel vamente de este descubrimiento en el capítulo 7). A partir de la utilización de la de Medicina y Fisiología en 1945. penicilina para combatir las enfermedades infectocontagiosas causadas por bacterias, comenzó una nueva época en la medicina llamada la "era de los antibióticos". Por otra parte, el hallazgo del ADN en 1953, efectuado por los científicos James Watson y Francis Crick, abrió una puerta que dio paso, con los años, a una nueva era en la biología llamada la "era genómica", en la que el ADN y los genes son los protagonistas. Debido a este descubrimiento, y una vez conocida la universalidad del código genético (es decir, que todos los seres vivos tienen el mismo tipo de ADN), comenzó a practicarse la transferencia de genes entre especies, lo que posibilitó, por ejemplo, transformar a organismos microscópicos como las bacterias "en fábricas de proteínas humanas". ¿Cómo? Utilizando técnicas de ingeniería genética, que son un conjunto de técnicas que permiten transferir genes entre individuos de diferentes especies y que también veremos en detalle en el capítulo 7. Las ciencias "árnicas" analizan un gran volumen de datos, por lo cual requieren del uso de la informática. Las ciencias "árnicas" La genómica ha sido solo el puntapié inicial para el nacimiento de nuevas ciencias llamadas en su conjunto "árnicas", como la proteómica, la metabolómica y la trasnscriptómica. Todas forman parte de la biología molecular y para entender de qué se trata cada una de ellas, empecemos por describirlas. Proteómica. Hace referencia al estudio de la estructura y de la función de las proteínas, como así también de la interacción que se produce entre ellas. Saber estas características, cómo se lleva a cabo su síntesis y qué agentes afectan su síntesis y su funcionamiento en las células permitirá el estudio y el tratamiento de diversas dolencias, como la enfermedad de Alzheimer o las enfermedades cardiovasculares. • Metabolómica. Estudia el metabolismo, es decir, todas las transformaciones de la materia y la energía que ocurren dentro de la célula y de los productos que se obtienen luego d,e que estas transformaciones se han llevado a cabo. • Transcriptómica. Estudia la transferencia de información genética desde el ADN hasta el ARNm (ARN mensajero) presente en las células. El estudio de los ARNm o transcriptom~s es de fundamental importancia en las células cancerosas, para determinar qué es lo que provoca que el crecimiento celular se descontrole y las células empiecen a crecer de forma indiscriminada. También es importante el estudio de los transcriptomas de las células madre, es decir, de las células que todavía no han pasado por un proceso de diferenciación celular, y esta pueda ser "dirigida" a través de la manipulación genética. Por ejemplo, los científicos pueden "direccionar" en el laboratorio la diferenciación de las células madre en células epiteliales que luego puedan servir para trasplantes de piel. Todo este conocimiento adquirido fue necesario para ser aplicado en otras áreas, como la medicina, la agricultura, la ganadería, la industria farmacéutica, la paleontología, la ecología y la biotecnología. Podemos concluir que los conocimíentos que aporta la biología, junto con la química y la física, permiten explicar, hasta el presente, la mayoría de los fenómenos que pasan en las células de todos los seres vivos. Otras ramas !a biología El campo de estudio de la biología es mucho más amplio del que acabamos de ver, y comprende varias ramas además de las recientes ciencias "ómicas". Esto es así porque el estudio de los seres vivos se realiza desde diferentes aspectos. Entonces, los seres vivos pueden ser estudiados desde su: forma (morfología); • estructura (anatomía); o funcionamiento (fisiología); comportamiento (etología); la embriología estudia el desarrollo del embrión en los animales y plantas, y la manera en que ese embrión va formándose en un organismo completo. Por lo tanto, trabaja en conjunto con otras ramas de la biología, como la histología y la anatomía. desarrollo (embriología); cambios de los seres vivos a través del tiempo (evolución); • herencia (genética); relación con otros seres vivos y con el medio (ecología). Los temas de los cuales se ocupa la biología son muchos y muy variados. Posiblemente, uno de los mayores desafíos que tenga la biología durante este período, además de desentrañar los misterios de la bioquímica celular que todavía quedan por resolver, sea el de aplicar los conocimientos adquiridos para la preservación del ambiente. El problema ambiental se origina por varias causas, pero básicamente resulta del aumento de la población humana y del mal uso de los recursos naturales. los ecólogos estudian de qué manera los seres vivos, como estos lobos marinos, se relacionan entre sí y con el ambiente en el cual habitan. la observación es una de las estrategias más utilizadas en este tipo de investigación. Recordá lnvestigá 4. S. Elegí de la lista de términos aquellos que creas convenien- Además de las orientaciones que se mencionan en el tex- tes para colocar dentro de cada uno de los paréntesis. Jngeniería genética - proteómica - metabolómica - to, se pueden encontrar más. Te proponemos que inves- penicilina. orientaciones de la biología y luego completes el cuadro. a) Técnicas que utilizan los científicos para sacar genes de una especie genes, modificarlos y transferirlos a otra especie. ( b) Antibiótico utilizado para combatir infecciones e) bacterianas. ( Rama de la biología que se ocupa del estudio de i) las transformaciones que sufren la materia y la energía dentro de la célula. ( di) Rama de la biología que se ocupa de la estructura de los seres vivos. ( tigues cuál es el objeto de estudio de cada una de estas ara·a'ac Cie 1as e la ,) . · . J modelo control", incorpora muchos factores tífica que abarca un amplio espectro más empleados para la experimen- que influyen en un medio ambiente de campos de estudio que, a menudo, tación se encuentran la · bacteria natural. Por ejemplo, el seguimiento se tratan como disciplinas indepen- Escherichia coli, la levadura Sac- de la ballena franca es obligadamen- dientes, Es una ciencia que se ha con- charomyces cerevisiae, la mosca de te estacional, ya que se acercan a La biologíá es una disciplina cien- Entre los organismos solidado a través de la observación y la fruta Drosophila melanogaster y estas costas recién a partir del in- la experimentación. Habría resultado entre los mamíferos se usan el ra- vierno y la primavera. La identifica- imposible describir los mecanismos tón y la rata de laboratorio. Todos ción de los ejemplares se hace a de la herencia o de las reacciones en- estos organismos se utilizan en una través de marcas en su cabeza lla- zimáticas sin una base experimental. rama de la biología denominada mo- madas callosidades, cuya cantidad, Podemos decir que la biología ex- lecular, que estudia la estructura, tamaño y distribución son propios perimental es aquella que se basa en la función y la composición de las de cada ejemplar. De este modo se experimentos, muchos de los cuales moléculas biológicamente importan- estudia su comportamiento. se realizan con modelos animales. tes, tales como el ADN, el ARN y las Llamamos "experimento"' a una prue- proteínas. Otra rama de la biología investigación científica que se realizó . En el otro extremo, un ejemplo de ba o investigación planeada para ob- que utiliza modelos animales es la exclusivamente en laboratorios fue tener evidencia a favor o en contra de genética o ciencia de los genes, que el Proyecto Genoma Humano, cuyo una hipótesis. Por otra parte, un ''or- estudia la herencia y la variación de principal objetivo fue determinar la se- ganismo modelo" es una especie muy los organismos. cúencia de pares de bases químicas estudiada que nos permite entender Es importante aclarar que la in- que componen el ADN humano e iden- particulares vestigación experimental se puede tificar y ubicar en nuestros 23 cromo- y que puede darnos una idea sobre llevar a cabo en el laboratorio o fue- somas los aproximadamente 25.000 cómo funcionan esos procesos en ra de él. Cuando el estudio se realiza genes que componen el genoma. otros organismos. Eso es posible por- fuera del laboratorio, se lo denomina fenómenos biológicos Conocer la secuencia completa que existe una relación evolutiva entre experimento de campo, y a diferen- del genoma humano es de importan- todos los organismos vivientes, los cia de los experimentos en ambien- cia fundamental para los estudios cuales comparten mecanismos meta- tes controlados, donde -como su de biomedicina y genética clínica, y bólicos y el tipo de material genético. nombre lo indica- todo "está bajo ha permitido descubrir la causa de enfermedades poco estudiadas, desarrollar nuevas medicinas y mejorar métodos diagnósticos. Hasta hoy, la biología como tal es considerada una ciencia fundamentalmente empírica, es decir, sus hipótesis son validadas o refutadas con base en la experimentación. Pero no todos los científicos piensan de este modo. Se plantea el dilema sobre si una investigación biológica basada en otras variables también puede aportar soluciones para una ciencia en continuo avance. Y, como veremos, esa variable existe. 1as iológi as as ls Las Investigaciones en biología 'Jecular se realizan siempre en laatorios experimentales. Esta rama Ja biología ha avanzado tanto en timos años que ha generado ran marea de datos, imposibles rocesar de manera tradicional. evequirió entonces el desarrollo 'amlentas computacionales que rilesen extraer toda la informaontenlda en esos datos. te una camada de investigado•e§t~n desarrollando nuevos os para resolver problemas ()s complejos tales como loca.hcia genómica, predecir la es' () las funciones de proteínas cuales se puedan crear principios unificadores en biología. Al comienzo de la revolución genómica, el concepto de bioinformática se refería solo a la creación y al mantenimiento de base de datos donde se almacenaba la información biológica, tales como secuencias de nucleótidos y aminoácidos. Pero el .desarrollo de este tipo de base de datos avanzó hacia la generación de interfaces más complejas. Hoy la bioinformática puede contribuir al diseño de drogas más eficientes o explicar cómo nuestras células toman decisiones frente a diferentes circunstancias. En Estados Unidos y en Europa ese campo del conocim.iento está en pleno auge. la Argentina no se encuentra ajena a esta tendencia mundial y ha promovido su desarrollo a través del nacimiento de la Asociación Argentina de Bioinformática y Biología Computacional. Reúne a investigadores y profesionales de distintas ramas de la biología, de la matemática, la química y la informática. De esta manera las ciencias biológicas han encontrado en la informática una nueva herramienta para complementar a la experimentación en el estudio de los seres vivos. Fuentes; http://www.a2b2c.org.ar; http;//www.solociencia.com/biologia/ bioinformatica-concepto.htm conoce como biología compualo bioinformática, que intenta lqnar Jos problemas del tratao de la información genética. s una convergencia multidiscir, donde al menos un científico ~q y otro científico informático pran estrechamente para alean1blen no existe una única definí.podemos decir que la bioinfor.a es una disciplina científica que ,la·ínvestigación, el desarrollo y !ícación de herramientas informápara la solución de problemas '?Ricos, médicos o biotecnológicos, luyéndo aquellos que impliquen adquisición, almacenaje, organizaón, análisis y visualización de datos. El objetivo de la biología computaCional es facilitar el descubrimiento de nuevas ideas biológicas, así como Crear visiones globales a partir de las ·a) ¿En qué se bflsa la experimentación con modelos animales y qué conclusiones; te permite obtener? b) Según tu opinión, ¿te parece que hoy alcanza con reunir datos fruto de una investigación científica o se necesita una nueva manera lógica de procesarlos? Justificá tu respuesta. e) ¿Creés que ciencia experimental y ciencia basada en algoritmos y estadísticas son conceptos que se oponen o que se complemen- · tan? ¿Por qué? Recordá 6. Marcá con una X la opción correcta. La ciencia es: La acumulación de conocimientos que se articulan entre sí cuyo objetivo es adquirir nuevos conocimientos científicos. H. Un conjunto de conocimientos que siempre es verdadero. m. Un conjunto de conocimientos científicos inmutables. 1\1'. Es el planteamiento de preguntas basadas en la observación de experimentos. b) Las hipótesis son: t Verdades indiscutibles. H. Verdades que son sometidas a prueba. m. Posibles respuestas que son sometidas a prueba. IV. Ninguno de los enunciados anteriores es correcto. e) La biología es una ciencia que estudia: l. Solo la vida de los organismos unicelulares y la interacción que se establece entre estos y su entorno. H. Solo los fenómenos que ocurren dentro de las células, su desarrollo y evolución. 111. Todos los seres vivos, las condiciones oe su desarrollo y de su evolución, como así también la relación que establecen estos con su entorno. IV. Todos los enunciados anteriores son incorrectos. D D D O D D o o o D o D d) Transformaciones que sufren los medicamentos en las células. e) Variación de la cantidad de individuos de una especie de un determinado área a lo largo del tiempo. 8. Leé el siguiente texto y contestá las consignas. Se sabe que si se encierra a un grupo de murciélagos en una habitación oscura llena de objetos, estos animales vuelan sin problemas y no se llevan los objetos por delante. Pero la duda es si este comportamiento se vincula con el sentido de la vista o de la audición. Si los murciélagos se orientan por el sentido de la vista, entonces, al taparles los ojos se desorientan y se llevan los objetos por delante. Si se orientan por el sentido de la audición, al taparles los oídos, se desorientan completamente. Y esto fue lo que sucedió. a} ¿Cuál es el problema a investigar? ¿Qué obsE)rvación lo genera? b) . ¿Qué hipótesis se plantean? e) ¿Las hipótesis resultaron ser verdaderas o fueron refutadas? d) ¿Cuál es la conclusión de este trabajo científico? lnvestigá 9. En ~ste capítulo aprendiste que la ciencia es provisional y perfectible. lnvestigá en diferentes libros o en la Web algunos ejemplos de la historia de la ciencia que reflejen estas características. 10. Teniendo en cuenta lo que aprendiste sobre el concepResolvé 1. Como estudiaste en este capítulo, la biología está asociada con otras ciencias como matemática, física o química. ¿Cuáles de estas ciencias serán necesarias para el estudio de los siguientes fenómenos biológicos? a) Estudio de la presión sanguínea. b) Investigación de la tasa de crecimiento de una población de peces. e) Cálculo de una determinada dosis de un medicamento y la transformación que sufren estos dentro de las células. to de paradigma, buscá algún ejemplo en la historia de la ciencia en el que la comunidad científica haya sido muy reticente a cambiar el paradigma vigente de ese momento ante la aparición de una nueva teoría científica. Basándote en el mismo ejemplo, averiguá las razones que había para no querer cambiar el paradigma de ese momento y compartilas en clase. Rea/izá la de la página 229. Faltan apenas unos meses para que María termine el secundario, y todavía no está segura de qué ·.· . . carrera universitaria seguirá. Conversa con muchos de sus compañeros al respecto. "Es una deci. si6n importante'', le dice Juan, "yo voy a estudiar medicina". ¡A María le gustan tantas cosas ... ! Por su amor a los ·animales, piensa que sería interesante seguir veterinaria, pero también le gustan · mucho las plantas, y cree que agronomía sería una buena opción; aunque, cada vez que está frente a una computadora, no puede evitar pasar horas frente ella, y piensa que otra carrera que le gustaría seguir sería la de analista cie sistemas. Si bien es cierto que le gusta la "compu", no tiene demasiado claro cuál es el objetivo de esta carrera ni cuál es el trabajo que realiza un especialista en este tema. Por lo tanto, decidió investigar al respecto. 1 a) Suponé que María no sabe cuál es el significado de los términos "analizar" y "sistema", ¿qué le sugerirías que haga? b) ¿Conocés vos el significado de los términos "analizar" y "sistema"? Escribilos en la carpeta. · e) ¿Cómo te parece que se vinculan estos términos con las computadoras? d) Juan va a estudiar medicina y a María le gustan las carreras de veterinaria y agronomía. ¿Existirá alguna relación entre lo que estudian estas disciplinas y el concepto de sistema? e) ¿Qué conexión, si es que la hay, encontrás entre la carrera de analista de sistemas y la biología? Sistemas y subsistemas Seguramente averiguaste que el término "sistema" se refiere al conjunto de cosas que, relacionadas entre sí ordenadamente, contribuyen a determinado obje- Un análisis detallado La palabra análisis forma parte de la vida cotidiana. Es común que en la escuela las profesoras y profesores den una serie de problemas para analizar. En esos casos, los alumnos tendrán que poner en juego una serie de operaciones mentales para resolver dichos problemas. Por otra parte, si se concurre al médico con un determinado síntoma, el profesional . tendrá que estudiar de manera minuciosa el caso y para ello pedirá una serie de análisis clínicos. En el mundo de la informática, el término análisis hace referencia ai estudio pormenorizado del sistema operativo con el cual funciona la computadora. Ahora bien, independientemente del.ámbito en el que se utilice este término, siempre tiene el mismo objetivo: el estudio detallado y minucioso de los hechos. tivo. Ahora bien, ¿cómo se relaciona este concepto con la ciencia en general y con los seres vivos en particular? Antes de responder esta pregunta, te proponemos hacer un breve recorrido histórico para averiguar cuándo y cómo comenzó el estudio de los seres vivos bajo una "mirada sistémica" A lo largo de la historia se han utilizado variadas "estrategias" para estudiar los seres vivos. Si nos remontamos a la época de Demócrito (un filósofo griego que vivió en el 400 a. C.) y hasta bien entrado el siglo x1x, veremos que se utilizó el método analítico clásico, y bajo esta perspectiva se estudiaban todos los fenómenos biológicos y no biológicos. Según esta "mirada", la manera de encontrar la solución a los problemas científicos consistía en "descomponer" la situación problemática en sus elementos más simples y estudiar cada uno de ellos por separado. De esta forma, al reducir de lo complejo a lo simple, se accedía de lo desconocido a lo conocido. ¿Qué significa esto? Veamos. Según esta perspectiva, si separamos el "todo" y lo descomponemos en cada una de sus partes, de modo de efectuar un análisis de cada una de ellas en forma exhaustiva, se podrá comprender la esencia de ese "todo". Este modelo supone, además, que la relación que existe entre las partes es suficientemente pequeña como para ser despreciable y que el "todo" es solamente la suma de cada una de sus partes. Ahora bien, esta manera de estudiar los problemas se generalizó hacia otros ámbitos, llegando al plano tecnológico y social. Bajo,_este punto de vista, cuando se habla de "todo" se puede hacer referencia a una plancha, a una fábrica, a un organismo unicelular, a un ser humano, a un órgano, etc., ya que cada uno de estos ejemplos puede descomponerse en las diversas partes que lo componen de manera tal de poder analizarlas y estudiarlas con mayor profundidad. Sin embargo, la aplicación del modelo analítico tiene una serie de inconvenientes, por ejemplo, no se evalúa la relación que se establece entre las partes que componen el "todo". Ante las limitaciones de este modelo de análisis, en 1945 el biólogo austríaco + Ludwig von Bertalanffy propuso una nueva perspectiva para abordar el estudio de los fenómenos y enunció la teoría general de sistemas. De acuerdo con lo propuesto por este científico, los sistemas están integrados por un conjunto de En el método analítico, el "todo" es simp.lemente la suma de las partes. componentes que interaccionan entre sí; entonces, si queremos comprender cómo funciona un sistema en su conjunto (el "todo"), no debemos estudiar sus componentes de manera aislada, sino considerar la relación que se establece entre ellos. Si un componente se daña o falta, el sistema pierde eficiencia y hasta puede dejar de funcionar. Esta teoría hace énfasis en el estudio de la totalidad, en las relaciones que surgen de esa totalida9, en los problemas de la organización de sus componentes (que no se manifiesta~ en el comportamiento de las partes por separado) y en la complejidad de los sistemas (tema que abordaremos en las próximas páginas). La teoría general de sistemas propone que la interacción que se establece entre los componentes de un sistema le otorga a este nuevas propiedades que no tienen sus partes por separado. Tanto la plancha .como la computadora pueden ser consideradas ejemplos de sistemas. De lo expuesto hasta el momento se deduce que cuando se aborda e! estudio de los fenómenos bajo la luz de la teoría general de sistemas, se lo hace desde un enfoque holístico, es decir, bajo una mirada integrado1-a, donde las relaciones que se establecen entre los componentes de! sistema le otorgan nuevas propiedades que antes no tenía. según los especialistas en el tema, los sistemas se pueden ciasificar de varias maneras. Veamos algunas de ellas: ,, . Los sistemas ideales o conceptuales, por ejemplo, están formados por un grupo de definiciones o de símbolos vinculados únicamente con el mundo de la razón. A los sistemas reales o concretos, de acuerdo con la interacción que realicen con ei entorno, se los puede clasificar en abiertos, cerrados y aislados. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía con el medio; los sistemas Una latita de gaseosa fría y sín abrir es un cerrados solo intercambian energía con el medio; en los sistemas aislados no sistema cerrado. Se produce intercambio de se observa ningún tipo de intercambio. energía pero no de materia con el entorno. como verás más adelante, en los sistemas existen diferentes grados de complejidad; esta variedad puede deberse tanto al número y al tipo de elementos que lo componen como a las interacciones que se establecen entre ellos. Además, podemos considerar a los seres vivos como un modelo de sistema abierto con el fin de estudiar ias transformaciones de la materia y de la energía que se llevan a cabo en ellos. Subsistemas e Como ya te contamos, los sistemas surgen como el producto de la interacción de los componentes que lo forman, y dicha interacción le otorga al sistema nuevas propiedades. Para que entiendas mejor este concepto, leé el siguiente ejemplo: la molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Estos átomos, por separado, tienen determinadas características; pero cuando se Un termo bien cerrado es un sistema aislado (también llamado adiabático), no unen a través de sus electrones para formar la molécula de agua y estas moléculas intercambia ni materia ni energía con el se relacionan entre sí (mediante uniones intermoleculares) para formar la sustancia entorno. agua, constituyen un nuevo sistema que tiene propiedades químicas y físicas que le son propias. El agua, por ejemplo, tiene un punto de ebullición que la caracteriza (100 ºC), mientras que los átomos aislados, no. El mismo criterio de análisis se puede utilizar en el estudio de organismos pluricelulares; en este caso, no consideramos a los organismos como un mero conjunto de células, sino que la interacción que se ejerce entre ellas le otorga al organismo propiedades nuevas que no tienen las células por separado. En ambos modelos podemos considerar a los átomos y a las células como ejemplos de subsistemas que forman parte de un sistema mayor: una sustancia y un organismo pluricelular, respectivamente. Cabe aclarar que si focal izamos el estudio en la célula, esta pasa a ser nuestro sistema de estudio, y los orgánulos que la componen, Las plantas son sistemas abiertos, los subsistemas. Como verás, los términos sistema y subsistema son relativos, y intercambian materia y energía con dependen del contexto en el que se analicen. el medio. Recordá Relacíoná :L :2. Colocá dentro de los recuadros las letras A, B o C, según si los sistemas son abiertos, cerrados o aislados. a) Bacteria. lb) Lamparita eléctrica. tj ~@~. 1 Respondé en tu carpeta y justificá. a} O O D Sí se destapara el termo que figura en la fotografía de esta página, ¿se lo podría seguir considerando un sistema aislado? b} ¿Los seres vivos son ejemplos de sistemas abier- (fi) Taza de agua hirviendo destapada. e) Célula. '.) Universo. sistemas abiertos? ¿Y sistemas abiertos que no g} Plancha eléctrica con vapor. sean seres vivos? tos? Teniendo en cuenta tu respuesta anterior, L_j respondé: ¿puede haber seres vivos que no sean Teoría de sistemas aplicada a !a ecología Veamos ahora cómo se relaciona el concepto de sistema con la ecología, ciencia que estudia las relaciones que se establecen entre los seres vivos y de estos con su entorno. En esta disciplina, los ecosistemas son las unidades fundamenFuente de energía tales de estudio, como veremos en la última sección de este libro. Si bien en un principio la ecología fue meramente descriptiva, a partir de 1950, y aplicando la teoría general de sistemas, los ecosistemas comenzaron a verse desde otra perspectiva, es decir, desde la interacción que se establece entre sus Productor componentes, y en cómo circula la materia y la energía entre ellos. Desde entonces, los ecólogos realizan diagramas donde figuran los trayectos Transferencia de energía que se efectúa entre los componentes de un ecosistema. que siguen la materia y la energía. En estos diagramas se emplean símbolos sencillos (que te mostramos a la izquierda) para representar las relaciones que se establecen entre los componentes -de un ecosistema. Veamos un ejemplo: la energía lumínica del Sol ingresa en los ecosistemas. Esta energía es aprovechada por los productores, como el pasto, para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis y, de esta manera, transformar la materia inorgánica en orgánica. Entonces, la energía lumínica se transforma en energía química (en las moléculas orgánicas). Supongamos que un consumidor (como el conejo) ..¡ Fuente de energía ) ~ ~ come pasto: la energía química almacenada en el pasto se incorpora al animal. A su vez, al saltar el animal transforma la energía química en energía mecánica. Además, todos los seres vivos eliminan materiales al ambiente, por ejemplo, dióxido de carbono como producto de la respiración; entonces, este gas es apro- -- -- vechado por las plantas para realizar la fotosíntesis. El diagrama que te mostramos a la izquierda representa la trayectoria que siguen la En este diagrama se representa: la fuente de energía, un productor y un consumidor. También, mediante flechas, cada una de las transferencias de energía y/o materia. La flecha de otro color (roja) representa la "retroalimentación" de materia. energía y también la materia del ej!'.!mplo anterior. En él aparece un símbolo denominado sumidero de calor que indica la pérdida de energía no utilizable en el ecosistema. Teoría de sistemas aplicada a los seres vivos Ya mencionamos que los seres vivos son sistemas abiertos. Como leíste, tanto el pasto como el conejo intercambian en forma permanente materia y energía con el entorno. En síntesis, cuando un animal come otros seres vivos, obtiene la materia orgánica y la energía que necesita para vivir, mientras que las plantas obtienen la energía directamente del Sol y la materia inorgánica del suelo o del aire. Concreta- Sl'mbolo ¿Qué representa? Fuente de energía Productor mente, incorporan agua y dióxido de carbono y, con la energía solar, por medio de la fotosíntesis, producen materia orgánica que pasa a ser parte del cuerpo del vegetal, iY termina siendo la que incorpora el animal cuando come la planta! Como consecuencia de todas estas transformaciones se liberan desechos al exterior, y así, materia y energía son intercambiadas constantemente entre el ambiente y los seres vivos. Consumidor/ descomponedor t D -- energía en los ecosistemas, también son utilizados para describir cómo circulan estas dentro de los prqductores y los consumidores. Por ejemplo: Transferencia de energía Conejo Interacción Pasto Depósito ~ Así como los diagramas se utilizan para reflejar la circulación de la materia y la Sumidero de calor Símbolos básicos para representar los componentes de un ecosistema y los procesos que ocurren en él. La interacción representa en los productores la fotosíntesis y en los consumidores la digestión. El depósito simboliza la cantidad de biomasa (materia que se encuentra en todos los seres vivos). En el esquema también figura una línea roja que se dirige desde el depósito hacia los procesos de interacción. Esto indica que el depósito de biomasa está involucrado en la producción de más biomasa. Todo depende del cristal con que se mire ............... .,............................................................................................................................................................................................................... Es indudable que las investigaciones científicas de los seres vivos e hizo foco en las relaciones que se ven influenciadas por el contexto histórico se establecen entre los subsistemas que componen y social en el cual vivieron los científicos. En la a los organismos. Según este punto de vista, los Edad Media, por ejemplo, no se produjo ningún seres vivos en sí mismos son redes de relaciones progreso en la investigación científica porque inmersas en redes mayores. Para el pensador los dogmas religiosos eran considerados como sistémico lo que interesa son las interacciones verdades reveladas que no admitían la posibilidad que se establecen entre los subsistemas de un sistema. de ser cuestionadas y mucho menos ser puestas a prueba. Con la llegada del Renacimiento, surgió A fines del siglo xx, y debido a una serie de una nueva forma de pensamiento crítico y, bajo problemas globales que dañan la biosfera, se puso este contexto, el estudio de los seres vivos cambió de manifiesto que los problemas del planeta no de plano. ¿Cómo? Veamos. pueden ser comprendidos de manera aislada, sino A fines del siglo xv11, cuando se descubrió la que se encuentran interconectados. Así surgió la célula, se relacionó este hecho con los seres vi- hipótesis Gaia, que postula que el planeta Tierra se vos y, luego de muchas investigaciones, se llegó comporta como un "superorganismo" que tiende a. a la conclusión de que todos ellos están forma- la autorregulación: "Todos los organismos se están dos por células. Esto permitió la elaboración, en tocando porque todos están bañados.en el mismo el siglo x1x, de la teoría celular, que afirma que aíre y la misma agua que fluye". las plantas y los animales no son un todo indivi- Por todo esto, se puede llegar a la conclusión sible, sino que son compuestos hechos de innu- de que, en un principio, se ponía énfasis en el merables células, y cada célula en sí misma es estudio del ambiente que rodea a los seres vivos un organismo con los atributos esenciales de la y cómo afectaba este a su vida; posteriormente, vida. Cada célula vive una doble vida: una inde- en la era "mecanicista" (siglo xv11 hasta finales del pendiente, ocupándose de su propio desarrollo, y siglo xv111), se hizo hincapié en explicar lá fisiología otra incidental, ya que se ha convertido en parte de los seres vivos como si fueran máquina.s; el fun- integral de la planta. cionamiento del corazón, por ejemplo, era estudiado como si fuera una bomba. Suponé que alguien de la Edad Media pudiera Finalmente, en la etapa sistémica, más integral trasladarse en una máquina del tiempo hasta u holística, se focalizó el estudio en la interacción el siglo x1x y leyera este párrafo sobre la teo- ría celular. ¿Qué creés que habría pensado al respecto? que se establece entre los subsistemas que for.· man a un ser vivo y a la relación que existe entre este y su ambiente. A pesar de todas las "miradas" que hubo a lo Cuando a mediados del siglo xx se produjo largo de diferentes épocas sobre el estudio de los el descubrimiento del ADN, la genética pasó seres vivos, queda claro que la complejidad que a ser la protagonista. Aquí se inició una visión los caracteriza es, casi, infinita ... reduccionísta de la biología: todos los fenómenos se explicaban en función de las moléculas y sus ¿Bajo qué perspectiva estudiarías la fisiología transformaciones. de un organismo como una ameba o un gato? En la década de 1950, la teoría general de sistemas propuso ampliar el espectro de estudio ¿Cuál sería el "cristal" que utilizarías para mirar este proceso? Niveles de organización Como te contamos, los sistemas no son todos iguales ya que tienen diferente grado de complejidad y, de acuerdo con ello, se pueden ordenar. ¿Cómo? Veamos. Existen diferentes niveles de organización de la materia, donde se encuentran los sistemas ordenados desde menor hasta mayor complejidad, y que abarcan desde Nivel subatómico. un nivel submicroscópico hasta uno macroscópico. Hasta ahora, el menor nivel de organización de la materia que se conoce está representado por los quarks y leptones (entre ellos los electrones). Cuando estas partículas se asocian de una determinada manera, se alcanza un nivel mayor llamado subatómico, donde encontramos los protones y neutrones. Cuando todas estas partículas se organizan de forma tal que los protones y los neutrones quedan en un núcleo, rodeados por una nube de electrones, se establece la formación de un nuevo nivel, el atómico. Cuando los átomos se asocian entre sí, se forman las moléculas, que pertenecen al nivel de organización molecular, como las moléculas de dióxido de carbo- Nivel atómico. no o de agua. Ahora, si las moléculas se unen entre sí, alcanzan un mayor grado de complejidad llamado macromolecular. En este nivel se encuentran macromoléculas como algunos carbohidratos, los ácidos nucleicos y las proteínas. Si las moléculas y las macromoléculas se asocian entre sí e interactúan entre ellas, se alcanza el nivel de agregados macromoleculares. Por ejemplo, la asociación de lípidos y proteínas puede originar la membrana plasmática. Estos agregados pueden agruparse y formar un conjunto, rodeado por la membrana plasmática, que tiene la capacidad de autorreproducirse y autoabastecerse, y que constituye un nuevo nivel de organización: el nivel celular. La célula es, entonces, la unidad de la materia viva. Una o muchas células (como veremos en la página siguiente) pueden constituir Nivel molecular y macromolecular. un nuevo nivel de organización de la materia: el nivel de individuo, que interactúa con otros y con el entorno. La asociación e interacción de individuos de la misma especie que habitan en el mismo tiempo y un mismo espacio geográfico se denomina población, como la población de pinos de Villa Gesell o la de cebras en la sabana africana. • Diferentes poblaciones, a su vez, se relacionan entre sí: las poblaciones de cebras, por ejemplo, interactúan con las poblaciones de mosquitos; al conjunto de todas las poblaciones que forman parte de un ecosistema y que cohabitan en un mismo lugar se las denomina comunidad. Nivel de agregado macromolecular. Los miembros de una comunidad, además de vincularse unos con otros, lo hacen con el ambiente en el que viven constituyendo un nuevo nivel de organización: el ecosistema. El nivel más alto de jerarquía biológica, que reúne a todos los ecosistemas, es la biosfera. Nivel celular. Individuo. Población. Comunidad y ecosistema. Biosfera. Acabamos de decir que los seres vivos pueden estar formados por una o por muchas células, es decir que pueden ser unicelulares o pluricelulares. Los unicelulares alcanzan, como te imaginarás, el nrvel celular de organización. En estos organismos, la única célula que los forma es la que cumple todas las funciones vitales. Los pluricelulares muy sencillos, como las esponjas, también alcanzan un nivel celular. Sin embargo, la mayoría puede alcanzar otros niveles: , · Nivel tisular: hay una división del trabajo entre células. Células iguales con la - misma morfología (forma) cumplen una misma función y se asocian formando tejidos, como el tejido muscular. Las medusas y las anémonas alcanzan este nivel. e: Nivel orgánico: diversos tipos de tejidos se organizan y forman órganos, como el co- Nivel celular: paramecio. razón y el hígado. Este nivel es característico de los platelmintos (gusanos planos). Nivel de sistemas de órganos: hay una asociación de órganos y una relación coordinada entre ellos que permite que se lleven a cabo funciones corporales específicas, por ejemplo, el sistema digestivo que posibilita la digestión. Los insectos y los vertebrados tienen este nivel de organización. Independientemente del nivel que alcance, la organización de un ser vivo posibilita que pueda realizar todas las funciones vitales: la nutrición, es decir, la incorporación de materiales, el procesamiento para la obtención de energía y la eliminación de desechos; la relación, que incluye la recepción de estímulos, su procesamiento y las respuestas asociadas; el sostén y el movimiento, estrechamente relacionados Nivel tisular: anémona. con la función de relación; y la reproducción, que si bien no es esencial para un organismo, asegura la continuidad de una especie. Propiedades emergentes y trascendentes Si comparamos los niveles de organización de la materia en general o de los seres vivos en particular con una escalera, cada uno de los escalones estaría simbolizando un nivel de organización diferente, donde los escalones que se encuentran a mayor altura simbolizan los niveles más complejos, y los escalones que están a menor altura, los de menor complejidad. Con cada paso que damos de manera ascendente en esta escalera aparecen nuevas propiedades, que no Nivel orgánico: platelminto. estaban presentes en el nivel de organización inmediatamente inferior. A estas nuevas propiedades, que surgen por primera vez en un determinado nivel y son producto de la interacción que se establece entre los componentes del sistema, se las denomina propiedades emergentes. Un ejemplo de propiedad emergente del nivel tisular es la especialización en una función determinada; el tejido nervioso, por ejemplo, está especializado en transmitir el impulso nervioso. Por otro lado, las propiedades trascendentes son aquellas que no son exclusivas de un determinado nivel de organización, sino que están presentes en varios niveles. Por ejemplo, podríamos decir que la capacidad de intercambiar materia y energía con el medio (la función de nutrición) es característica todos los seres vivo$, independientemente del nivel de organización que alcancen. Nivel de sistemas de órganos: lobo. Recordá 3. Escribí en tu carpeta: !. El nivel de organización de la materia al que pertenecen !!. Un ejemplo para cada uno de los siguientes niveles de organización de la materia: los siguientes ejemplos: a) Tisular. a} Eritrocito. b) Sistemas de órganos. lb} Electrón. e) Atómico. e) Cardumen. e~) Molecular. d} Tejido muscular. Función de nutrición Ya hablamos de los seres vivos como sistemas abiertos. Hemos aprendido que, independientemente del nivel de organización que tengan, todos cumplen ciertas funciones vitales, entre las que se encuentra la función de nutrición. Para estudiar esta función, podemos dividir a todos los seres vivos en dos grandes grupos: los organismos heterótrofos, como los animales, los hongos y muchos microorganismos, deben conseguir su alimento mediante la incorporación de otros seres vivos, sus partes o sus restos; los organismos autótrofos, como las plantas, las algas y algunas bacterias, sintetizan su propio alimento a partir de materiales sencillos del ambiente, como el agua y el dióxido de carbono. Nutrición heterótrofa Todos los heterótrofos obtienen alimento del medio y, para ello, cuentan con las más variadas estructuras. Algunos organismos unicelulares, como el paramecio, tienen una serie de cilios (prolongaciones de la membrana plasmática parecidas a flecos) que mueven continuamente creando una corriente de agua que arrastra partículas orgánicas que Los animales y los hongos, así como ingresan en su única célula. En los organismos más complejos, como los insectos y algunas bacterias y los protozoos, son ejemplos de organismos con nutrición los vertebrados, se observa una gran variedad de aparatos bucales y de apéndices heterótrofa. adaptados a los diferentes tipos de alimentación. -------·ill!fmi- Una vez obtenido el alimento y como producto de las transformaciones ~----------.:..--~--'-----..- . cas ~ sufr~se obtienen molécula§Jll~J>_§..eng]Jlq_~ (de menor complejidad)~ nutrientes que serán utilizados p.or ~ganismo en su mantenimiento, creci---·· -~~-~-- -------ílJlento ~º· Ahora bien·, ¿alimentarse es lo mismo que nutrirse? No. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre ambos conceptos? Cuando hablamos de alimentación, hacemos '-·· .-- --·. - -·- -~---- -·· . .. -· ... --- --··referencia a las estrategias que IJtiJJ~fülJlll.füeJo§Q_s__~r~§.. v(\!Q$p~J_a ·oot"ener el ali- . mento(Yasea incürpor~nd~i~~;fabricánd~lo); el término nutrición, ~n cambio, nom- 6i:~~J:J~?..~~ m~~mQ[filQ_.g_~c1~1f._ni"~~L~-C!.a· abte:~cJón de a1imeñtüs-- ~Q2Jam.blé11)H.t.QQ§~~rJg.r,1rnnstormªc;i ón _pª (i3 19 [email protected].~Jlutri~ll!~s a. c_a_dª--~_n,_a de las células y la obtención de"º energía para que el organismo pueda llevar a cabo~ ., ··-'-·---'--• '· ----~--'" ·•'' ·------·-··-....._,"";; -· - .---"""'·"" ~'"'"'°''' '"~'·'''"=·w:;. .. . ,,,,,., ••_,, ,, ''""~~-·--~,,"'"--__....,- , ....,. -· -e-- .. ,.~ ., .• , !º~~-s ~u:5 Jµos;.Lqne$. ¿Cuáles son las etapas de la nutrición en los heterótrofos? Veamos ... 41 El proceso se inicia con la ingestiQn (incorporación de los alimentos); luego ocurre la digestión, que consiste en la descomposición del alimento en nutrientes -P; ¡¿¿jór¡=ci; i~~ enzfrnasg¡gestívas. Este_Q.rocf§Q. éom·Ó-.y~~em~~-~á~-ad~·,~~t~:puede ""~'"'·--·~-""".,,-~~~~ ..,_-~ O< '"~ ....... ~-=' ,,o•o '' ,...,, •• - ........,__ • ser intracelular o extrace.lular. '·En eTcas~ de-,~~ ~~ganismos pluricelular~_s,, to~ .O!:!trientes son distribuidos si~t~ma -cfrcuÍatorfo: Por 1ó·· otr~'LdeJas.~tap_a$ del proceso de:~~trición. haclá.todas las células, muchas veces por medio del tanto, el transporte o C:ircuíación es ~ ,_,_._ ""'\ ' ,• ' j - ' ----- ""'''"' - "'' ,,_, ·-,-- ... --~" ..,..."""'"''-"' • •,,r Cuando los nutrientes llegan a__ las cé_lu_tas, ingresan por div~r8-sis_mecanismos - a· través de la. membrana plasmática. Una vez ailr los_ nutrie.ntes pueden tener vari~s destinos: - . o bién se usan como . . Transformación en la célula de la materia y obtención de energía ;,lad~illo~:._pl:irn_la--·-·· sííiteSis"éfe moléculas" ----- ····---------- de mayor complejid~d o macromoléculas que_p~~sJe.n formar nuevas células y cÚ-yo-cas-oºes í)recis-o~ ______ ------------ t~jjdos; o bien se utilizan para la .,_obtención-~~~ energía, ........ ,...,,....,. , ... ' ______ ,.,-,,_·~~-,."" ~-· en --------- en la mayoría presencia de oxígeno _,___ .__ de .. los casos,---.•_ta ·--. .. ····· . . (gas que ingresa . mediante la respiración). Por otra parte, los desechos de todo este proceso tienen que ser eliminados (excre~ión) al "exterforºpor medio especializádas; en el caso de los ·..... .. , .. de-- estructuras . .,....,.~-~.___,,_,_ ~- -~- - "'". animales más complejos, pueden ser los riñones y los palmones. Sistemas que participan en la nutrición heterótrofa Si tomamos como ejemplo de heterótrofo a un animal complejo, como las aves o los mamíferos, veremos que los sistemas que intervienen en la nutrición son el sistema digestivo, el sistema respiratorio, el sistema circulatorio y el sistema urinario. VeamQ§ . ~uál es la funci~n d•e ~ad9JigQccJ~,¡¡;~t9s_csie!@:i;ia:;;. ¡~p;r ·medl~-~~-;¡~tem~Í diges~iv~ s~9_b1iene el alim~.~ digiere, se absorben tos nutrientes, .y se eliminan durante la egestión los aliment~~ no digeridos de~h~.?jrn.ducto.s_deJ9_dig§..~tj_ó!J.. · ·-·-·--·-·----··--., ylos 11 El~i1~E·'!!~:~irculat~~!~l por otra parte, transporta los nutrientes hacia las céIL!l?s•..y)Q§ geseghos (producto de las transformaciones químicas que sufren dentro de las células) ~.acici 19~.~rg;~n().§ de excreción.: Por medio del\Ststefüa·respir~t~ti~.\í~~~~.:Jel.oxígeno del aire es .utilizado .para g~id~r ~~nut~e~t~s; de esta forma, las células g~iie_n~n e~ergía. · ~;~·rrna~elimina por medio de los riñones, en la orJ.1!..~__c!~sE:!c~~.S..~~:t_r9_­ Todas las plantas y las algas, junto con algunos protozoos y algunas bacterias, son ejemplos de organismos con nutrición autótrofa . genado~~-~cid9_~~~-.;~~--"- (como ya te contamos, los organismos autótrofos (auto: propio; trofos: alimen•tienen la capacidad de transformar la materia inorgánica en orgánica utilizando, ello, energía. Los más conocidos por todos nosotros son los fotoautótrofos ;.Juz;. auto: propio; trofos: alimento), es decir, aquellos que utilizan la energía lnica para la síntesis de materia orgánica a partir de dióxido de carbono y agua, · medio de. un proceso denominado fotosíntesis (foto: luz; síntesis: construcn).· Además de las plantas, son ejemplos de organismos fotosintéticos las algas s cianobacterias (un tipo especial de bacterias). Pero existe otro tipo de autó- . ps, llamados quimioautótrofos, los cuales utilizan la energía química de ciertos puestos inorgánicos, como al ácido sulfhídrico (SH 2 ) o el amoníaco (NH 3 ) para )etizar sus nutrientes. Todos los seres vivos que obtienen energía de esta forma ()h bacterias y se denominan bacterias quimiosintéticas. ;:Q.e la misma manera que en los organismos heterótrofos, en los autótrofos pluri~l~lares, como las plantas, los nutrientes son transportados desde el lugar que se pucen hacia todas las células; allí sufren transformaciones como las que posibiliJa obtención de energía. Estas transformaciones requieren oxígeno, para lo cual organismo respira (incorpora oxígeno y libera dióxido de carbono). También existen canismos de excreción de los desechos que se generan. \'\'"''''' Transformación en la célula de la materia y obtención de energía ·Recordá Ingresa 4, ....Ordená de manera correcta las etapas de la nutrición 1 heterótrofa y explicá en qué consiste cad~ una de ellas. Transporte excreción. Relacioná 5. ingestión - absorción - . digestión - . Elegí de la siguiente lista de palabras los términos que creas convenientes para completar el esquema. Luego, '- Egresa hacé uno similar en tu carpeta para un ser vivo heterótrofo. 6. Debatí con uno o dos compañeros y respondan: a) males son heterótrofos? Materia orgánica - materia inorgánica - agua - dióxido de carbono - oxígeno - energía lumínica - energía química - energía térmica. ¿Todas las plantas son autótrofas y todos los ani- b) ¿Todos los heterótrofos son animales y todos los autótrofos son plantas? íJ Evolución y diversidad en la nutrición heterótrofa Como leíste en este capítulo, existen diferentes niveles de organización de los La observación y el análisis son etapas fundamentales en el proceso de investigación científica. Requieren discriminar lo importante de seres vivos. Hay seres vivos muy sencillos, formados por una única célula, y seres vivos pluricelulares, mucho más complejos, que evolutivamente aparecieron después. Dentro de los organismos pluricelulares, t~disíi~~-m­ lo accesorio de manera tal que se plejid..§!9: un elefante, por ejemplo, es mucho más complejo que una lombriz. Ahora pueda relacionar lo observado con el bien, tengan, todos son sistemas -·-- . indeQendientemente del grado de complejidad que - -__, __, problema que se está estudiando y se abiertos que necesitan nutrirse, es decir, necesitan incorporar materia y obtener intenta resolver. énergía de modo tal que puedan crecer, des.arrollarse y reproducirse. Para averiguarcómo es la nutrición en algunas especies y cuáles son las estructuras que intervie. . '' nen en este proceso, tomaremos algunos organismos heterótrofos como ejemplos. ; Comencemos por los ser§.§ .VJ\IQ~JIE~~ sencillos y, desde el punto de vis!a e~~J~Ü~vo,_~Lf!li!!Y9~~: _!9_~_1ÍJ!;!!S,~~~~)T~a-r~~~~-~;~-;-;Jjemplo ~el -paramecio. G_onio ya sabés,rste s~r ~~.!_á__f<:>[f11é3do gor ~Dª ún_ica célula ciliadaJ~ movimiento de los cilios provoca corrient~s de agua que arrastran las partículas de ~·ffrneñtohácia d inteí:iorae-la éelula: Luego estas partículas son fagocitadas por las · vacuolas alimenticias, que se unen a lisosomas, los cuales descargan su contenido e~zimát.ico denfro-de.las··vacúü'las.para digerir los alimentos_. A este tipo de dige~ión, qué se realiza dentro de las células, se __ _. __:x~~----.----------1·--·"---- denomina'Ciige~t-ión "¡ñfrf:lcelulár~·EtcorÍtenl=-- · ··-"··- --- ---- --~ -· "-"-' "-~- --,~ do de las vacuolas digestivas que no ha podido ser digerido se elimina a través de uña ~ci~~i-~e~~b-~~~~-P,l_~s-~.á~ica qu~ funciona ?º~-o poro ána:1J · -.... . ,i-~~amos c?n los an}males(pl~ri_c~~~!.~más sencillos, los poríferos, como las esponja~ marinas y esponjas de agua dulce, que alcanzan un nivel celular ·a-e- organizaci_ón. En. este caso, c~cla cé.!ula tiene una función independiente, aunque especializada. Los coanocitos, por ejemplo, son células que batea sus cilios para arrastrar el agÚa con mkroscopicas partículas-de alimento l}acia el interior de otré:jS cerulás llámadas amebocÍtos, donde se produce la digestión intracelular; como producto de esta, se generan desechos que son eliminados al exterior. És decir que, en cuanto a la digestión, las esponjas son como los protozáos: esta ocurre en el interior de las células. En cuanto a la respiración, el intercambio de gases se produce a través de la membrana plasmática. Si avanzamos un escalón más en los niveles de organización biológica, nos en~ontramos con el nivel (i;~~Los Cf1i~ari_os_,, como las medusas, son ejemplos de este nivel. ~~c_arl}íyQ@_y_util~a IQs fila~i:iD!Q.~ gu~en~_é31!~d~_Q.(Jr.Q~ la boca para capturar a su ~resª. Esta abertura es la únic::a_que_posee y está ubi·-- ....... ~ -- -------·--------~-----·---- ··--~-- cada en su parte inferior, la cual también funciona como ano, por eso podríamos 1\\,.. •.:; ' ,,. ·- '" '" e --~ , denominarla más correctamente boca-ano. Esta abertura comunica con la cavidad Vacuola digestiva gastrovascular donde se lleva a-ci:1bo·ei' proceso de digestión .. Eo_este.caso, com.o Coanocito Ósculo Invaginación de la membrana e ingreso de nutrientes L Eliminación de desechos Ingreso de nutrientes y egreso de desechos en un organismo unicelular, En los porfferos, el alimento ingresa en la cavidad central a través de los poros~ luego, es como el pc;iramecio. digerido dentro de los.amebocitos. la digestión se produce fuera de las células, se denomina digestión extrace!ular. Luego, e! proceso de digestión se completa dentro de vacuoias alimenticias que se encuentran en ias células que tapizan ei interior de la cavidad gastrovascula1·. por otra pa~te, el intercambio gaseoso se realiza por difusión a trnvés de la membrana plasmática. La principal ventaja de la ~igest1ón extracelular es 12 posibilidad dei organismo •-d~ lr1gerir alitll~~tos de may~~ tamaño, junto con el hecho de t~ner células dedicadas a los procesos digestivos, las cuales secretan sustancias que ayudan en la degradación de la materia. El pasaje de la digestión intercelular a la extracelular es considerado el salto evolutivo más trascendente en cuanto a nutrición se refiere. implicó no solo el desarrollo de una cavidad gástrica sino también que se gene1·aran estructuras que permiten el ingreso de oxígeno, su transporte y su eliminación. Ahora bien, siguiendo el orden creciente de organización biológica llegamos a un nivel de mayor complejidad, donde se encuentran los organismos\heterÓtrof~s\que tienen órganos. Como modelo de este nivel de organización podemos citar a las planarias. Estos animales son gusanos planos, pertenecientes al grupo de los platelmintos, que se alimentan de pequeños invertebrados acuáticos, como las pulgas de agua. En este caso se evidencia la presencia de órganos que intervienen en la digestión, como la faringe y los intestinos. Entonces, el alimento queda adherido al mucus del cuerpo de las planarias y es capturado por la faringe, que sale por su boca y allí comienza la digestión extracelular por medio de enzimas. Los productos de la digestión son absorbidos por el intestino, que es muy ramificado, donde continúa el proceso de digestión: c_c¡~o tienen una sola abertura, al igual que las medusas. los restos no digeridos también son eliminados por la boca. En cuanto a la respiración, se produce a través de la piel (respiración cutánea). Todos los cnidarios, como las medusas, presentan un tubo digestivo incompleto, con un solo orificio de entrada y salida que funciona como boca y ano. Rama intestinal Rama intestina/ La planaria es un ejemplo de gusano chato (platelminto) que vive en el medio acuático. E "'a. j La lombriz solitaria busca compañía Los parásitos son aquellos animales que viven a expensas de de longitud y causa enfermedad no solo al apoderarse de los nutrien- otros. Los mamíferos y el hombre suelen tener parásitos en su intes- tes, sino también porque produce desechos que obstruyen el tracto tino; los más comunes son los platelmintos (gusanos planos). Estos intestinal del hospedador. poseen en la cabeza ganchos y ventosas que utilizan para adherirse Fuente: Ciencias naturales y tecnología l. Editorial Santillana, 1995. firmemente ai tracto intestina/ de sus hospedadores. Cuando las vellosidades intestinales del hospedador se rompen, se produce una he- º ¿Cómo justificarías la ausencia de sistema digestivo en la taenia saginata? morragia. Recién entonces el parásito absorbe la sangre derramada. La taenia saginata, por ejemplo, conocida comúnmente como "lombriz e ¿Por qué creés que poseen gancho o ventosas? solitaria". absorbe sangre por toda la superficie del cuerpo y hasta • ¿Por qué este tipo de parásitos nunca mata a su hospedador? carece de tubo digestivo. Puede alcanzar hasta cinco o seis metros Pensá por qué razón se la llama vulgarmente lombriz solitaria. Animales con sistemas de órganos A lo largo del proceso de evolución, los organismos se fueron haciendo cada vez más complejos y las estructuras sufrieron un mayor grado de especialización. Nos encontramos entonces con el próximo nivel de complejidad de organización biológica, el de sistemas de órganos. Aquí encontramos una gran diversidad de seres vivos como los anélidos, los moluscos, los artrópodos y los vertebrados. Todos tienen un sistema digestivo formado por un tubo que. a diferencia de los . cniáários y los plateim1ntos, tiene dos .aberturas: una de entrada y otra de salrda~ . Faringe Buche Los órganos de ese sistema se encuentran especializados en la ingestión y digestión de los alimentos, la absorción de.los nutrient~s gu~_ se han_ obten[do como producto de la digestió.n y 1.a eliminación__de 1.os restos de al~,-nento que no han sido digeridos. También. poseen estructuras especializadas en la ~ir~~l~iÓn~T~tre"spiraClóñ-y ia·excreción. /J9°s anélid~~~, como la lombriz de tierra; tienen un~ boca, una faringe musc~losa y un buche donde almacenan alin.i~ritq,Jambién peseeñ .ur:dntestino que recorre el El tubo digestivo de la lombriz posee una faringe muscular con la que succiona el alimento a través de la boca. c'üefpoy acab~:;~.E(l ano. Realizan respiración cutánea. '~iiüi~i~~§7~-~~o 10:,,caracol~~ ~¿_~.§~-~~~~·-~L~~~~ ~~- '~- b-~~-~ ~~~ _estructura muy especial, la rádula,.q_'.:1.e{~§p~rmlt~_rQ~LE;I §!imento. La boca se continúa con el·esótagÓ-y coneí:iñ.testino, que termina en el ano. En este nivel se observan es- tr'U-cTuras-especializadas~Tomo la cavidad paleal, q~e intervienen en •·''e·. ;· • -. . .. ···•11 la respiración. C,k2~~!!!!~-~;>Cl~~l,en cambio, gres~ntan u_na gn.:in.di\f§J:,§.[9¡;¡9 ~Ef~§IX1!9 ·ªJ?:S. es- truct~r¡;¡s ló's dé nutrición porque :habitan ambientes muy diferentes y sus accesos a ~IÍ~~~t~~ v~rían muchísimo.: Las arañas, por: ejeaj-p·l;~s~rÍ-carílíVO[as, yu~~~ez v~,.._.--:•\,,;,., ..,,,,r;~·;:.¡;\";\;;o,w--•"""'--::-J,,....__ -· "--.~~'; ,"'4'-,~,, , t'.·:r:,w< , _ ' -,"·'" gu-ª-~lJ§ pr.es9s;¡;¡uedar:i-atr-apadas.ei'.iJá'..tela, despliegan uoas_pJe.z,c;i_~~ s_1,1_a¡:iarato bucal,JLamª-da:? ~Qlle.lfo~rQ§,.;.gus;, _"clalla'~-en . s_u?__presas inoculándoles un veneno Ci~;Jª-~J;?!§l_ILza .Q:_@s mat9..:l_u:3~-º~Jes inyectan jug¿s-d~s~-qUe fransfürmaña su~ '.'víctima~(_eri yna_pa~st~ _s_~Qljlíquitjj3°-(iuaabsorbe_n-~ A-eiité"ffpo-de digesfü5n que se realiza fuera: del cuerpo del animal; se denomina digestión extracorpórea. Además dé ·la· cavidad· bucal, tien~n esófago, estómagó succionador, intestino medio -donde se completa la digestión- y un intestino posterior, unido con el ano. Presentan glándulas que seg~egan sustancias que colaboran con este proceso de di estión. L Los s iración s~ realizi1;a través de numerosas tráqueas. 7 yertebrados co'1l1~titif~~tPtJ g~upo de animales más evolucionados. En ellos, el tubo digestivo, las estructuras respiratorias y las que intervienen en la circula~ ción alcanzan su mayor nivel de complejidad. Este grupo de animales presenta un tubo digestivo QL!~s;omienza en un9 c;::avidad bucal especial!z.fü;la_ i;iqr la que ingresa-eTalirñéñtO y t'" Tubo digestivo .....,,,,-"~"''1:";-t•'-~,.. ~ ... -·,_"'1', '·-" ~ ---- - - -_; -~~- -.,., comi~~~aa:a¡g~rirse; _luégo - ------~ siguen la faringe, el esófago y el estómago, donde se intensifica la digestión. Fírialmente, en el intestino-delgado se completa el proceso digestivo y se absorbén - La rádula es una estructura característica de los gasterópodos, como el caracol. los ríufrientes, yen el intestino grueso. (que term_inaen eUm9lse reabsorbe agua. Taml:Jié~ iiéne~-gl~ndul.as y órganos asociados que generan sus~~~Tas importantes para la degradación d~I alimento. Durante la absorción, los nutrientes son distribuidos a todas las célula's a través de sistema circulatorio. Parte de ellos son utilizados para proveer de energía a la célula, por lo cual requieren oxígeno. Glándula Estomágo / digestiva . Quelícero Los artrópodos poseen estructuras adaptadas al tipo de alimentación que ingieren. Este gas se incorpora mediante órganos respiratorios como los pulmones o bran- Intestino delgado quias. Finalmente, los productos de desecho son eliminados por medio de órganos excretores como los riñones, la piel y los pulmones. Veamos algunas características de dos grupos muy estudiados, las aves y los mamíferos. En las aves, al alimentarse, la porción posterior del esófago o la parte anterior del estómago a menudo se expande en una ~olsa llamada buche, donde se a.lmacena temporariamente el alimento. En cuanto a su sistema digestivo, el intesti- f¡0 termina una cám.ara expandida, la cloaca, en la que desembocan los conductos dk la vejiga urinaria y las gónadas (órganos reproductores). Los tubos digestivos de · gunos mamíferos también presentan particularidades. Por ejemplo, ¿sabías que vaca tiene un estómago con cuatro cavidades? Estas divisiones, llamadas rumen, Rumen úculo, amaso y obomaso, son fundamentales porque cada una de ellas cumple· afunción clave en la digestión. Un rumiante, como la vaca, es un animal que digiere los alimentos en dos etapas, primero los consume y luego realiza la rumia. ladón entre las estructuras y su función en la nutrición Hemos visto que la digestión, una de las etapas de la nutrición, puede llevarse . bo por medio de diversas estructuras dependiendo de los organismos. Esto bién ocurre con la circulación, la respiración o la excreción. Es decir, la misma jón la pueden realizar distintas estructuras. A la vez, es importante destacar , en muchos casos, hay una estrecha relación entre la estructura y la función !esta realiza. Dentro de los vertebrados; podemos señalar algunas distinciones santes. Por ejemplo, si consideramos a las aves, sus picos tienen las más das formas y tamaños, y estas variaciones se relacionan.con el tipo de alimenn que tienen. bas aves granívoras, como los.'loros,. tienen un pico curvo con al. rompen la .cubierta de las semillas. Los pelícanos tienen un pico largo con a.de cuchara que les permite capturar peces, y bajo.el pico mantienen una me bolsa que emplean como si fuera una "red de pesca" donde quedan rete- Los loros poseen picos adaptados para comer semillas. s.los peces de los cuales se alimentan, mientras que los halcones presentan ganchudos, ideales para cortar carne. i ahora pensamos en algunos mamíferos, también veremos variaciones en su dad bucal. El desarrollo de los distintos tipos de;,dientes en un animal herbívoro diferente del de un animal carnívoro o de uno omnívoro. Las vacas, por ejem_ienen muy desarrollados sus molares para triturar el pasto como si. fueran un ero; los felinos, en cambio, poseen incisivos y colmillos prominentes que les iten cortar y desgarrar la carne, respectivamente. r último, en relación con el análisis de cada estructura y su función, es imporresaltar cómo influye la relación superficie/volumen qUe presentan algunos os de las paredes intestinales (y sus células) en la función de absorción. ¿A cnos referimos? Mientras mayor sea esa relación mayor será la superficie . . nible para que ocurra este proceso. Es el caso del tejido_ que tapiza internate el intestino en los mamíferos: tiene vellosidades o repliegues y, a su vez, células presentan microvellosidades que aumentan la superficie de absorción E:J.se tejido, favoreciendo de este modo que los nutrientes pasen a la sangre y n transportados a las células. Recordá 7. J Colocá en orden los siguientes órganos del sistema di· gestivo de los vertebrados teniendo en cuenta primero la ingestión, luego la digestión, la absorción y finalmente la egestión. Esófago - Cavidad bucal - Ano - Faringe - Intestino delgado - Estómago - Intestino grueso. Los animales carnívoros, como el tigre, poseen colmillos para desgarrar el alimento e incisivos que permiten cortarlo en fragmentos más pequeños. Relacioná S. Uní cada ser vivo con el tipo de digestión. d Cuando tenemos algún problema sistema -por ejemplo, el digestivo- orgánicos y todas las enfermeda- de salud, nos preguntamos si es está relacionado con otros. Así, la des. A eso es lo que se denomina mejor concurrir a nuestro médico de boca digiere algunos componentes enfoque integral en el cuidado de la cabecera o ver a un médico especia- de los alimentos, el estómago otros, y luego en el intestino delgado, con el aporte de las sales biliares y los jugos pancreáticos, se termina la digestión. El intestino delgado t~_mbién absorbe los nutrientes, y fin~~mente los componentes no digeridos de los alimentos pasan al intestino grueso y son eliminados como desechos. De modo que cuando tenemos un problema en el funcionamiento de la digestión, debemos tomar una decisión: ¿a qué médico consultar? Para resolver el dilema, veamos primero qué es un médico de cabecera, actualmente también denominado médico de familia. Es el profesional ·que proporciona atención sanitaria continua e integral al individuo y a la familia. Es el médico cuyos saberes abarcan todas las edades, a ambos sexos, a cada uno de los sistemas lista. La duda se plantea porque la medicina suele vernos de dos maneras muy distintas. Una considera al ser humano corno un sistema integral, y la otra, como el órgano en el cual tenemos la dolencia. Se definen así dos tipos de medicina: la del médico de cabecera y la del médico especialista. Antes de continuar, veamos qué es un sistema. Podemos definirlo como un conjunto de partes o elementos organizados y relacionados que interactúan entre sí para lograr un objetivo. En particular, los seres vivos somos sistemas abiertos, es decir, dependemos del ambiente que nos rodea para mantenernos en funcionamiento, o sea vivos, y para eJlo necesitamos intercambiar materia y energía. Ahora regresemos al consultorio. Cada órgano que forma parte de un salud. El médico de cabecera es el que conoce a fondo al paciente, su situación personal, familiar y social, los problemas de salud de sus distintos sistemas y su historia global, y por ello está capacitado para decidir junto con el propio paciente el mejor tratamiento a seguir. Además, un médico de cabecera o médico de familia no solo se encarga de cuidar y controlar la salud física de su paciente, sino que también se hace cargo de chequear el estado de su salud mental y emocional. El hecho de que un médico puede brindar una amplia gama de servicios, que generalmente ofrecen los diferentes profesionales de la salud, está siendo tomado en cuenta. con mucho interés, por ejemplo, por un número cada vez mayor de mamás en varias partes del mundo, especialmente por aquellas con ritmos de vida muy agitados y que llevan a cabo una gran cantidad de tareas. Los médicos de cabecera pueden simplificar en gran medida los procesos médicos para muchas personas. Este profesional -en caso de ser nece. sario- puede eventualmente actuar como psicólogo, ginecólogo y hasta de obstetra. Puede solicitar exámenes o análisis clínicos si los considera necesarios, y luego puede evaluar los resultados para brindar un diagnóstico apropiado lo más pronto posible. Y, por supuesto, el médico de cabecera es capaz de prescribir la medicación adecuada para que podamos solucionar nuestros problemas de manera rápida y efectiva. Pero ¿qué sucede si surge algún problema complejo de salud que requiere la consulta a un especialista? temas de salud, hay circunsas que requieren además de la Ón del médico familíar, la parti:n del médico especialista. Se la especialidad médica como 'udios de posgrado cursados graduado en medicina que le un conjunto de éonocimienicos especializados con resl1n área específica del cuerpo ) atécnicas quirurgicas partlµn metodo de diagnóstico .· a do. pecialidades médicas abar~ '• ,n'~f,~r.~tenias rnlacfonados ·'"'lcfo edad; t<;iles como la atención del paciente, al que se consi. dera solo por su enfermedad específica y no por su bienestar integral. Esto condujo al deterioro de la calidad de la atención, a una menor satisfacción del paciente y a una disminución en la prevención. Sin embargo, hay dos áreas donde la especialización tiene grandes logros: en las cirugías y en el diagnós-. tico por imágenes. Por ejemplo, las imágenes obtenidas por resonancia magnética permiten, entre otras .cosas, la detección de afecciones en las arterias del corazón. De esta manera, la imagen coronaria es un buen método diagnóstico para determinar si las personas necesitan tratamientos como la angioplastia o la cirugía. Para tener una vida saludable, hay que consultar periódicamente al médico, si es de cabecera mejor, ya que él te solucionará tus problemas o te indicará si tenés que visitar a un especialista. Fuentes: http://medicinafamiliar. univaile.edu.co/definíclon.htmlj; http://www.prensa.argentina. ar/2012/06/21/31715-se-aprobaronseis-nuevas-especialidades-medicas.php . .. . ·' . ·tdf!tol~gía; sistemas llJ~ano'. .y son ejemplos la " lggía y la .6irugía cardio'¿nbs específicos como afiz,. la garganta y el oído, 'l·'tfatamiento de enferme§Qcretas, como alergias e ,y la medicina relacionada enominaciones de medicina 'o, medicina del deporte y légal,entre otras. !Íi:ídte duda de los avances icina y eh particular de las cides médicas, la consulta fípo de profesional debería te a. problemas complejos l.le el médico de cabecera ·,;~splpclonar. ¿Qué hace en 9~§ Deriva et paciente a un lfsta; Los médicos especialisen actuar como consultores, y 1médico de cabecera continuael segulmiento del paciente. ndenci~ creciente a la especia~~fragmentado", en parte, la a) Según tu opit}ión, al realizar una primera consulta médica, ¿es preferible que visit~s a un· médico de familia o a un especialista? ¿Por qué? b} ¿Qué te parece mejor: que tu médico solamente sepa de su especialidad o que además conozca y considere tus antecedentes personales y familiares? Argumentá en cada caso. e} lndicá en cuál de los siguientes casos concurrirías a un médico de cabecera y en cuál a un médico especialista .. Justificá tu respuesta: resfrío común, diabetes, raro trastorno genético, malestar digestivo. Recordá 9. Redactá en tu carpeta las diferencias que existen 13. Observá las siguientes fotografías. A partir de cada imagen indicá en tu carpeta: a} Nivel de la organización de la materia a la cual entre los siguientes pares de términos: pertenecen. a) Propiedad emergente / propiedad trascendente. b) Tipo de nutrición. b) Nutrición fotoautótrofa / nutrición e) Tipo de digestión. quimioautótrofa. e) Sistema/ subsistema. d} Método analítico / teoría general de sistemas. e) Ingestión/ digestión. f) Digestión intracelular/ digestión extracelular. 10. Nombrá cada uno de los símbolos que se utilizan para representar los componentes de un ecosistema y un Esponja de mar ser vivo, y los procesos que ocurren en él. Luego explicá en qué consiste cada uno de ellos. Relacioná 11. Algunas de las siguientes frases representan el método analítico y otras, la teoría géneral de sistemas. ldentificá cada una de ellas. ¿Qué criterio utilizaste para identificarlas? Escribilo en tu carpeta. Si hay algún término ·Helecho Cianobacterias que desconozcas, buscalo en el diccionario. a} "Dividir cada una de las dificultades que se está Resofvé estudiando en tantas partes cómo fuera posible y como requiriese para resolverlas mejor". siguiente pregunta: ¿cuál de los siguientes ejemplos b) ."Cuando la suma de las partes o componentes en un conjunto es igual al todo, ·estamos en pre- e) 14. Colocá una X en la respuesta que responda a la se encuentra en orden creciente de complejidad de la materia? Una vez que hayas elegido la respuesta sencia de una totalidad desprovista de sinergia, correcta, redactá un párrafo en el que se vinculen es decir que estamos frente a un conglomerado". los términos que elegiste, pero ¡cuidado! En este caso, "Siempre que se habla de sistemas, se tiene en los términos tienen que aparecer en orden decreciente. vista una totalidad cuyas propiedades no son ~) atribuibles a la simple adición de las propiedades de sus partes o componentes". Protón, carbono, agua, leptqn, proteínas, neurona, O pino, pinar. b) Leptón, protón, agua, carbono, proteínas, neurona, O pino, pinar. 12. lndicá sí las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). Escribí en tu éarpeta las falsas en forma correcta. e) Leptón, protón, agua, pino, proteínas, neurona, O carbono, pinar. d) Leptón, protón, carbono, agua, proteínas, neurona, a) La asociación e interacción de individuos de la O pino, pinar. misma especie que habita un mismo espacio geográfico es una comunidad. O fnvestigá .b) El nivel más alto de jerarquía biológica, que reúne 15. En el capítulo leíste que la vaca tiene un estómago con O cuatro cavidades. Averiguá la función que cumple cada a todos los ecosistemas, es la biosfera. e) Un organismo unicelular y una medusa alcanzan el mismo nivel de organización. O una de estas cavidades y escribí un texto explicativo para compartir con tus compañeros. d) A las propiedades que surgen por primera vez en un determinado nivel de organización se las llama propiedades emergentes. O ~ Realizá la de la página 230. unto de partida segundo tiempo. Al finalizar el partido regresaFrancisco y José practican básquet en el equipo juvenil de su barrio. Este fin de semana les toca . ron cantando en el micro ... Habían logrado pasar a la final. jugar las semifinales del campeonato. El profesor les indicó que para tener la energía suficiente y aguantar el intenso partido, es necesario que se · a) ¿Por qué es necesario alimentarse y descansar bien para tener energía? alimenten bien y descansen. Una vez en el club, b) Explicá con tus palabras cómo te imaginás que .José y Francisco entraron en la cancha con espíllegan los nutrientes de la comida hasta las ritu ganador, corrieron y jugaron hasta que el árcélulas de nuestro cuerpo. bitro marcó el final del primer tiempo. Francisco .' estaba transpirado, colorado y muy cansado, y ! e) ¿Por qué al realizar una actividad física, como Francisco, termin~mos colorados, transpirados José, muy agitado y con dificultad para respirar. 1 y cansados? El profesor le indicó a José que se sentara en el d) El profesor le dio indicaciones a José para que banco, se relajara y tratara de respirar lentamente recuperase el aire perdido. ¿Qué tiene el aire hasta restablecer el aire perdido. Una vez que se que es necesario para nuestro cuerpo? repuso, él y Francisco tomaron agua y jugaron el· 1 nutrición Los sistemas Como viste en el capítulo anterior, los seres vivos utilizan distintos mecanismos para obtener los nutrientes del medio externo y aprovecharlos. Los seres humanos, --·.. ·--como somos seres vivos heterótrofos, no tenemos la capacidad de fabricar nues------~----- tco~ propio.!)_ afoii~D_tQ,s_y_tjebe.mo~~Q~~nªd o_S_ a·_parti[~_Q.tt~S. 5-~fr¿sYl_vñS: C~~n_c:f9_ C2.!!!filUO-~gerimQ§_,~!:_~limentación implica consu_mir alimentos__ l{~[Í9- dos, en cantidad_ª~ adesuag9_~_LCJl!5'._ª12._qrten-}~~ ~~!~~n,tes~;~:gu~ridós para cada eta~__c;!_eJél__yLda.- El agua, ---·---·-·-·los minerales y los biomateriales que- -----· ... -··-·--•--........- son los - . nutrientes ______ .. ___ -nuestro organismo necesita para crecer funcionar. Los carbohidratos, los lípidos, ~ ~~--- ~- , -"-'"- ._...._ ., ' ~~11~s _y_J§iilta!aj_na_s_ 5>ºn los principales g~f;qs de_bio!llateÍ-ialeS. Estos -- - . --- - -- -- .. .. ·-· n_ljtrientes forman parte del-cuerpo de los seres vivos y son fundamentales para el .. . .- ~ - -~ ---~~ -·~--- --· ' Para que una dieta garantice el buen funcionamiento del organismo, deben consumirse todos los grupos de nutrientes en forma equilibrada. crecimiento, el desarrollo y el funcionamiento del organismo. ' ......_,, 'o Dentro de nuestro organismo, los alimentos pasan por una serie de procesos -----~que nos p~ten a_provecllélL Lo.s___PjQ_materJales___qIBLQontienen Y-_Q[Q__ducir energ[¡::¡, El conjunto de estos procesos se denomina nutriciÓIU es el modo en que nosotm;y todos los seres vivos garantizamos nuestra supervivencia y realizamos todas las =-----, ,_ .-.--. ·--· . - - - - - - ~jun.~le.s. Los procesos básicos que incluye la nutrición son los siguientes: la obtención de___lo;-nutílentes,--:Sut.i-anSformaciooeñ n,-atenaT8sílec~ios para~! " "<.---· ·-·---. _ _ _ _ _ _:__ _ _-..,...,,,oc<.~~ -•x- > _,..~•· • • "• ' - --- -----,~- ~-~~-_,_,_ ~ ----··-~-" -------- ~·- --~---·-·---- organismo, su distribución a todas las células y, finalmente, la el.iminación de todas' sustan"C;i~~~desectíoques~ producen~tuiiíi;;~I;~-~-- .. --· - _, ____ ----- . fas .-E~~º ~~~~da~á~--ci~l-~~pftulo i,-para que el proéesoae nutrición se lleve a cabo, En el esquema se observa el modo en que están conectados los cuatro sistemas de la nutrición. Alimentos y agua El sistema digestivo se encarga de la digestión de los alimentos mediante · un conjunto de órganos y mecanismos regulados que procesan los alimentos y extraen los nutrientes. se necesita de la acción conjunta de cuatro sistemas: el digestivo, el circulatorio, el respiratorio y el excretor. Cada uno de estos sistemas cumple una función específica y muy importante, como se observa en la imagen al píe de página. En forma coordinada, los cuatro sistemas de la nutrición participan tanto en la obtención, la circulaéíón y el aprovechamiento de los nutrientes como en el transporte y la eliminación de los desechos. En este capítulo nos vamos a dedicar a estudiar dos de los procesos que conforman la nutrición de los seres humanos: la digestión y la respiración. El sistema circulatorio transporta los nutrientes que fueron extraídos de los alimentos, los gases respiratorios y otras sustancias a todas las células del cuerpo, y también, de modo Sistema digestivo inverso, transporta las sustancias de desecho · que generan las células para luego eliminarlas. Sistema circulatorio Nutrientes Sistema respiratorio Aire inspirado Aire espirado Materia fecal Desechos y agua El sistema urinario funciona eliminando todos los productos de desecho que producen las células. Orina Sistema urinario El sistema respiratorio se encarga del intercambio gaseoso, el ingreso de oxígeno (necesario para la obtención de energía a partir de los nutrientes) y la salida de dióxido'de carbono. Sistema digestivo El ser humano cuenta con un sistema digestivo que .realiza el proceso de digerir s alimentos y extraer los nutrientes que el cuerpo necesita. Cuando nuestros sentidos son estimulados o nuestro pensamiento se conecta con algo referente a la comida, el cerebro envía una orden a nuestro sistema digestivo para que se ac.··en los procesos de la digestión. De hecho, cuando olemos o vemos una comida e.nos gusta, producimos más saliva, y de ahí surge la famosa expresión "se me · agua la boca". Ahora bien, una vez desencadenado el proceso digestivo, este iesa cuatro etapas. n.·E;··;!RrI~~l-Rª§Q. Y. corresponde a la incorporación de los alimentos de ~ca.' La mandíb~I~; la ~~Íiva, la dentad~r~ y· la ·1eiígua· pártidpan ,,...,,.,,1f""'°' "'"------ ""'•~V' ,_......_,.._ '»--•>·_,.." • -y-~H·-~---- -k·-~·--'''"-~•e Hígado Vesícula biliar ro~. • tió .. ~s I~transformación ?!~los. a~~en~~2 previamente ingeridos, en. _ tancias más sencillas (nutrientes) que puedan ser absorbidos_y_fü;>.rovecha. -~-,__.......-.-_....,.._----------------........... Qosteriormente por las c~J.Y~~s. 1,!!C~~Y~.!~~c~i~~~~-.~~~~-n-°"~ y~l·~-~dulas que · .la de§E_.<t,mp2,::>.ig_i.ó~_cl~ lg:s. ~JLrTJ~mtps. · . . Es el paso en el cual los nutrientes extraídos pasan del sistema di- · ' '< • • ~-····-circulatorio ~ son transport~~ a las cél~l~~~..!:l.~E.~· Es la expul:ión. haCTaeJexteríür de todos los desechos del. proéeso 1i~resfos''Cie'a1irñent6i;" Cfüe no ha'ii sídó digeridos ni absorbidos' p¿r el '" '•" ''•''' '' '•" •, ¿;,c.;¿,=%*"'''~"~''ºº'''-4~%?''"-"W'',•));,\_"'._'.-•"'"''''ú"°''C"""'"" !IlO~ ,,,.,,-<~' "/~ '"'iº''' '\C) . m~_dig_~~!!Ys>.~lL§I.~er_p~~f!)~. n_~ E~L~Qt§J?§.s\q§ r:n_e~~e .c~.n. un tub~ .~.~~­ ogastrointestinal que se CO~P?.n~. ~-~1~ . ~g~_Cl• J.ª .fªEi.n~~!~u~~:;,~f§l¡?;?_; 9.l~!~~~nº.-~~'[~HL.ª-LLD.!&§!lQ2 __~E~~§() Y.. ~L 9D9·. También incluye las . anexas .que contribuyen en su función, como las glándulas salivales, el as y el hígado (con la vesícula biliar), que segregan sustancias digestivas .Esquema en el que se muestran los órganos y las glándulas anexas del sistema · digestivo, como las glándulas sálivales. ..---- Capa serosa uida ampliaremos este tema). estructura de la pared del tubo digestivo es clave para que ocurra la función r,ición. Está formada por capas con distintas propiedades y funciones. ~ a es la ca¡:ia más interna del tracto gastrointestinal, cubre el espacio dentro .. -~ "'º""'••-~~.,\•\''\=-"'"~""'-'"'-• _,"'....-""'''~~-,,.,,-'"""'~\,-,1'~.-:.c-...,.,M,, ,..,.........-<~ __,,~~"""'""""'·~~,_,,,-,~·""·;!: ~(). diges!~~X est~... en~rit<!GiO_J;ljr~<::JQJ:_on los-9.!!.~e!lto§J)U funqlóJJ.~~~ íóD-Y la secreción, como veremos en las próximas páginas. a·o de la mucosa se encuentra la submucosa, por la que pasan los vasos Íneos, los vasos linfátic(iiyJJ2s:iiervrói~Ciueteriñlñañramlflcánéioseen ¡a· .sí3_.· M~§.L1JJero9.m~nte_!1ay uria_g9pí3__1ll.l1~c.~l~~.-1i~~~d~·mi.ic·os¡fexterna, iene ·la capacidad de contraerse y relajarse para regular el paso del aíi~ ó;!ravés.CieT -digestivo. l:aditiñía- capa es· 1a serosa o- advenficra~ ,',, • tubo _ _ _ ,......__.,,,._,, ,_.:.,,_.,, \'' _, •''•"-~~,\,,,, -.._~. _ _, - "-' -~ "'~' '" ,,, _ _,,,,,_,/eow""•' '".- " >, } ·1f1.ª1ª1!JJ;>léo. cornp peritoneo y que. solo se eri<::LJeotr!3.il nJvel 9e1 estómago i.ntestino. · ~. -- Mucosa externa Corte transversal del tubo digestivo en el que es posible diferenciar las cuatro capas del tejido que forma la pared: mucosa, · submucosa, mucosa exte.ma y capa serosa. ,)¡ Recordá 1. Respondé las siguientes consignas: i a) ¿Cuál es el objetivo de la nutrición y cuáles s9n los nutrientes que nuestro cuerpo requiere? 1 b) Explicá la diferencia entre ingestión, digestión, absorción y egestión. e) Enumerá todos los órganos y las glándulas anexas que componen el sistema digestivo humano. Relacioná 2. Marina almuerza tres empanadas de jamón y queso. Explicá cuáles son los cuatro pasos básicos que realiza el organismo de Marina para digerir las tres empanadas; lnvestigá 3. lnvestigá cuál es la función y cuál es la importancia de la capa serosa en el sistema digestivo (peritoneo) y qué otros órganos se encuentran también recubiertos con una capa serosa. Ingestión y digestión ~ Ya vimos que el primer paso de fa digestión es la ingestión o et ingreso del alimento a través de la boca. La boca, conocidaJ:;pmo cavidad oral o ------·---__,. bucal, es """'"""'" •. un órgano compartido por dos sistemas: el digestivo y el respiratorio. Cuenta con ·~arias estructuras que facilitan el pr~~eso.de Í~gestió_ñ_y-de digesÚÓn: l~s dien!e·~~ 1 -:----·----~-~ ~ -~-'-·-- ~-~-- ---.~--... El agua es capaz de producir la e~~argados de cortar y triturar los alimentos; los músculos de la man_díbula:. q1,1c.; descomposición o ruptura de una proporcionan la fuerza para la masticación; y la lengua, que participa moyi1311qo los .. .. -· . -· . alimentos, lo que facilita su impregnación con la saliva y la deglución. - molécula compleja en moléculas más simples por medio de una reacción ~" " griego hudi5r (agua) y /ysis (ruptura o disociación), es decir que corresponde a una reacción química donde " • ~-- ' - " -~ •• , ,,. , -- • dibulares y las subl!f!guales. que fabrican y segregan saliva que vierten en la cavidad e-- ------------------------- .moja los alimentos duran.te la masticación y contiene .enzimas que descomponen y dl-~~~-ly~~ ~igunos component~-S dEdos alitngl}!QS. .. .. ... - -. - - ,---S~gún interviene una molécula de agua. utilizad~,-se p~eden el mecanismo reconocer dos tipos generales de digg_~tión: la mecánica y la química. una enzima, se denomina hidrólisis y a la enzima se la conoce ' · blli:_~I. La-saiiva~mple varias funciones: lubrica y l=!rotege el ·interior de la cavidªº-1_ Cuando esta reacción es mediada por enzimática •» ~ndulas-safivales, principalmente laS-pat'Qt.idas.,Jfil)_s.ubman:. _ denominada hidrólisis. Ciertamente la palabra hidrólisis proviene del - \En--l-~dlgesfi0nrnecánf9 los • ~----.........""'"'"~·~""'----~ ~· ,, ~~ . . alimento_s sufgm tr?_~formaciones físicas (cam-~"""-~-· como hidrolasa. Este es el caso de la bios en el tamaño y en la téxtura) Qasta log.r_~r_ p_a[!:ículas peqi¿eñas. c¡ue puedan amilasa y de otras enzimas digestivas S E:).~~provec,~adas. Incluye los movimientos que ocurren durante el proceso di- que son esenciales para la ruptura de gestivo, como los de la lengua o los de las paredes del estómago. 0 los nutrientes (moléculas complejas) En l~-=~-i~ffq~í'!liC~~e _pr~duce_ ~-na tr~r;isformación quími~a de los_ alj12:_~n­ tos. Las enzimas, preserites en la s_ª1jy:a_,y....eR..-IGS-jugG&-Eliges-t+vGS;-Son las res- en moléculas asimilables por el orga, nismo o simples. ,.,,.---...~---·~~-- . ~ ponsables de producir un tipo _de reacciones químicas llamadas genéricamente ,,,,,.,~,_., __ '-" \ .~"'-=-•• • -"'• •~--'""° '"'""'--..,.,,,,_,_,........_ _ _ ~~-------·~--"-·--··--v-..-/ . hidrólisis enzimática. ----.....,~ -,,.-• --· ·-·-~ _,r " - ·•-' !-a-.dig.esti.ó.r:i....rne_cánica co.mienza en la boca mediante la masti~~-RlJ~ está_ a cargo de los dientes y de lo~?cul9s d~_@_rn_ªo_d(!:>_y.@,_Los dientes incisivos Glándula parótida son los encargados de cortar los alimentos y los caninos, de desgarrarlos. Luego los premolares y molares los trituran para que se mezclen y se humedezcan con la saliva. ~liva~~ilasa produce digestión Q..Yirnica hidroli-' Glándula zando la compleja molécula de almidón, un carbohidrato presente principalmente en los cereales, legumbres, papas y arroz . .~J alimento triturado, mezclado e impregnado con saliva se transforma en una ... . ..,...... ,. - e~_R~:~ie .ciEiina~ª~üTI!fü~e· denominada-bóf~}lli~-~~t~~i~~ ' El siguiente paso es la deglución, que consiste en~Je_.d_eLb.olo-alim.eo1ifi9 Todas las glándulas salivales segregan, en promedio, alrededor de un litro de sal.iva ~ ~ por día. _-. ~~~--- desde la boca hacia el estómago. En una primera etapa, que implica movimientos ... _____ ----· --- ------·-·- ---- ---voluntarios, la lengua presiona sobre el paladar empujando el bolo alimenticio has,_ ta llevarlo a la faringe y luego al esófago. La faringe es un .conducto ~Qrnpartido_po,r_los._sistemas respiratorio y digestivo q~~ ~necta I~ nariz y la boca con la tráquea (respiratorio) y el esófago (digestivo). '"' ' --------·~----... Para evitar que el alime.nío_s_e--J;l§svíe hacia la tráquea.-existe-uo._pJiegu_e_ cartilagi- ------------------ - noso, la epiglotis, que regula - ____ , __el _ Jl_ª-~º-~ntre el aire y los alimentos, como veremos "';r---,-----·--~----..--,,- en la página 45. Molares (3 pares) Entonces,. parq__q_lJé el bolo alimenticio llegue al estómago, antes debe atravesar el ~sófago, un tubo m~scÚlar de alredecfor de :30 cm de largo que conecta la fari~ ·con el estómago. En sus extremos posee dos esfínteres, que son como dos anillos 1 Premolares (2 pares) Caninos (1 par) 1 ,. • musculares que regu¡an el paso en una sola dirección. Por ejemplo, el esfínter esof~gico superior (EES) permite el paso del bolo alimenticio desde la faringe hacia el esófago e impide su regreso. Del mismo modo, el esfínter esofágico inferior (EEI) facilita Incisivos (2 pares) En el interior de la boca se encuentran, además de la lengua y la mandíbula, los el transporte del bolo alimenticio hacia el estómago evitando su retorno o reflujo. · El esófago conduce el bolo alimenticio hacia el estómago mediante unas ondas musculares descendentes e involuntarias denominadas movimientos peristálticos. treinta y dos dientes: ocho incisivos, cuatro Estos movimientos son provocados por una serie de contracciones y relajaciones caninos, cuatro premolares y seis molares. de( tejido muscular del tubo digestivo. Continuemos ... El es!ómago ~s- un en.::;?~c_h~r:.'!~_i:to del_ t~bo d!~esti~~-e~_~rma . de bolsa Q~E; se conectª-ºº6-~f !?_sófago a trayés _del cardias, ,una válvula que ~eguTu­ 5 >1~;mt;~¿~ del bolo alimenticio, y con el intestino delgado ª.través del píloro, una · lvula que regula la salida del alimento ya procesado. \Una v~_z__g~e el bolo alimE'._n~icio ll_~g_a__~_ l~c~v!~ad_~;;toma_~~!.__~e. procjy_c_e Ja_ {j_i: ~Ó·~-gás~cl<?~~~~e:-arfgÚal que la etapa previa, pres~_!l-~~-~~-~ acción mecánica ·~c~ÍÓ~ C!Yí!!!íca. ----- ·-- Píloro sfión gástrica Estómago B entro del estómago también se manifiestan movimientos peristálticos que van e elcuerpo del estómago y llegan hasta .el píloro. Estos movimientos forman de la digestión mecánica en el. estómago y funcionan amasando los alimen"_e_zclándolos con los jugos gástricos. l~jug?_g~. ·ªs -~n 1íquid9.GJ.ª1-9 y ácld.Qi.J?.~gr~fü~g_Q .. PPJ..Jas. cél~ la~--t~~án­ l:Jtde Ja mucosa gªstcic:;a__ y fE!.sP._0!15-§lble de_ la digestión quí¡nica.dentro del -~¡¡ó:L~~~99.riiR()r_i~tes fu1Jpamg111~1~j~cieTjugo·-gástriCó Píloro sorí: 1a· pepsiñi;-- Estómago ·irr_i§_q!:!~9-ª-s.P.Qll1J:lºne 1_a_s_g~o_t§í.11_9_s_p_~~s.:~_íl}~~-irJ.)éis_aii-m_e~ofoi:Y~~1¡¡~() rico, que proporciona el medio ácido que optimiza la acció.n de .lfls ..en{'.imas ~1:ambié;Ji;ü_ñtie_íl.e, ·en p·roporción, 1ipasa (enzima que degrada . ' ~". -- Avance del bolo alimenticio. A. Los movimientos peristálticos que se producen en el esófago empujan el bolo alimenticio hacia el estómago incluso en contra de la fuerza ejercida por la gravedad. B. El bolo alimenticio atraviesa el cardias e ingresa en el estómago. menar-· );>él factor intrínseco, ·e1 mu1cus y el bicarbonato. El factor intrínseco es una 'il Q\J.e.s_e une .a _la vitamina 812 formando un complejo resistente a la diges_acJlitando su a~sorción; e_I mucus es una capa gruesa de un "moco" o gel p>que recubre la capa mUC()Sa estomacal Y que, junto COf1 el bicarbonato, ue .la acidez del jugo gástrico dañe el tejido del estómago. El componente al. d~_este moco es la mucina, una proteína segregada por las_ células del ;:gástrico. ecrnción del jugo gástrico es un¡:¡ respuesta fisiológica ya que se produce o el bolo alimenticio llega al estómago. También se puede provocar su sen cuando se mencionan los alimentos o se excitan las papilas gustativas de ua. Esta se conoce como secreción psíquica o "de apetito" y es estimulada nerviosa. lo aUmenticior.sometid0-aclos.mo_v.imiento5_g_e;js,t~füjco_~y_9Jª·-ª-~9ión diges1jugo gástrico, se va macerando y mezclando hasta transformarse -eñuna iifq~·id~ ·Y·¿~ida cÍ·~nominada quimo. Este es-é!l"'puntofinaf de la digeSTIOn Porción inicial del duodeno ªJ'..~~-g9n_t~_r:iiCfo-ª~l~e;:tómágo atra-viesá 'el píloro hada el íntestin~. . Record a Relacioná . 4. · 1ndicá la diferencia que existe entre la digestión mecánica 6. Completá el siguiente cuadro con las funciones de las y la digestión química. Luego, explicá· en qué consisten estructuras y las sustancias involucradas en la diges- los procesos de masticación, salivación y los movimien- tión bucal y gástrica. tos peristálticos e indicá dónde se producen. ' Resolvé ·s, El estómago és considérado el órgano principal de la digestión y tiene aproximadamente dos litros de capacidad. lndicá cuál es ta estructura o el esfínter que interviene en cada caso. Argumentá tu respuesta. a) 1 Juliana estaba tomando jugo, se río y el jugo le salió por la nariz. b) Al terminar de almorzar,..la tía de Maru tuvo una e) A Manu le dolía la "panza", tuvo náuseas y terminó vomitando. sensación de acidez en la garganta. Absorción y estión / Como leíste en la página anterior,. el bolo alimenticio llega al intestino. Veamos qué sucede allí. Dentro del intestino se prod!lcen dos procesos muy importantes: el primero es la culminación de la digestión y el segundo es la absorción de todos los nujtrientes aportados po,r los alimentos. Etprímer tnm:i.9 y el n:iªs importante se denomina !"t'3stino de~gado, y consiste en un tubo huece y_ alargado que~; dlvicie ~n t.res partes, ¡ cada una con funciones específicas. El duodeno es la porción más cercana al estói iyiago y_tiene forma de U. Aquí es donde las glándulas digestivas-(páncreas e hígado) vuelcan su contenido y se completa la digestión química. ~eyun<L_es la porción media -, y tiene un diámetro de 3 cm. Tanto filluLcGmoeo,.§1 íleon (porción final del intestino ,: ·. delgadq) se realiza la absQrc.tóo_d:~~los:.outrie.o.te_s.·_~Ief~~~ se distingue del yeyuno por~_ 1 ,;::,~~~!ene ~D 9iáxr,iet[O_l]JE:Jnor y está más irrigado por los vasos sanguíneos y linfáticos. ::. La superficiejnterna del intestino cf elgado, al igual que todos los órganos del siste~ ma digestivo, está recubierta por una mucosa que está en contacto con los nutrientes. Esta mucosa no es lisa sino que presenta tres tipos de proyecciones: los pliegues inc. testinales, las vellosidades y las microvellosidades ~n las membranas de sus células. Estas estri,i9turas especiales le otorgan al intestino una amplia superficie de absorción de a_lrededocde 300 m2 , como si fuera una esponja enorme. El tramo siguiente al iíltestino delgado es el intei;tino grueso., En él pueden diferenéiarse cu~t~o zonas: el éoíó'n ascendente, el colon t~~nsv~rso, el colon descendente' Ca -primera sección del colon ascendent~ se deno~in~ ~¡~go, de ~on({~-~aÍ~--IJOjCp(Qlong~gJªn:.:Qonodg~ como aP._éndice. L~eg_o-~ontiriá'a forma;douna ~'?Li§'"!:l-~ _cu_r:yª~ hasta 11~g¡;1J iLsu última porción, el redo, que finaliza en el ano. L ~Una vez c;~~l~ida la digE;)stión gástrica, la válvula pilórica permite--el ingreso del quimo en la pri~era porción dElLintestino delgac;fo, el duodeno. En el proceso de digestión intestinal participan el'):z;il)1Cl.9 y sustancias segregadas por el hígado (bilis), el páncreas Uugo pancreático) y las_ células de la mucosa-duoqenal Uugo intestinal). Las enzimas completan la digestión químiG,a de los alimer:itos y los transforman en sustancias sencillas capaces de ser absorbidas-por la mucosa intestinal. Así se forma el quilo, una papl!la muy nutritiva que contierie.. los nutrientes básicos que el organismo necesita. · El proceso c:J.e absorciQD_im.plica_J~IRC!sé:lje_dE:! estos nutrientes, a través de la mucosa intestinal ha¡::ia el si?tema circulatorio. La mayor parte de la absorción ocurre en el intestino delgac;lo, aunque sucede también en el estqmªgo y en §)1 intestino grue~o. ! Vellosidad intestinal ,¡e zj En 1 cm 2 puede haber hasta 4.000 vellosidades intestinales que contienen muchas células epiteliales (de superficie). r y-errecfo. ~---Intestino delgado El intestino mide aproximadamente 7,5 m de largo y se encuentra plegado varias veces sobre sí mismo, por esto es que cabe en nuestro abdomen. Las vellosidades intestinales son las principales responsables de realizar la absorción de los nutrientes. La sangre arterial, sin nutrientes, llega por la arteriola, que se ramifica en los capilares. La sangre con nutrientes retorna por los capilares venosos hasta la vénula y se conecta con el sistema circulatorio. Los capilares linfáticos transportan nutrientes a través de un vaso linfático denominado quilífero central. Los carbohidratos son desdoblados hasta convertirse en glucosa, primero en la oc-a--or acción de la amilasa salival y luego en el intestino, por el jugo pancreático ••..·. - Pnt·iene amilasa pancreática) y el jugo intestinal (que contiene lactasa y maltat¡ueco " }. La glucosa se absorbe por la mucosa intestinal, pasa a los capilares venosos de vellosidades y es transportada por la sangre hasta el hígado. Las proteínas son transformadas en aminoácidos por la pepsina del jugo gástrico s peptidasas pancreáticas e intestinales. Los aminoácidos también son absorbi·y.;pasan a la sangre. . c:rúltimo, por acción de la lipasa pancreática que llega al intestino (y en presen· 1a bilis que aporta el hígado), los lípidós son transformados, por ejemplo, en na y ácidos grasos. Estas moléculas son absorbidas a través de las vellosida~ testinales y pasan al vaso quilífero central, que transporta la linfa. é ocurre con las sustancias que no son-digeridas? Veamos ... Algunas·, como la '§a; pasan directamente.al intestino g~ueso. Sus paredes absorben el agua y el por lo cual el quilo va adquiriendo una consistencia más sólida, Así se forman es (o materia fecal), que es el material de desecho deFproceso digestivo. Las del intestino grueso se contraen y forman ondas que empujan las heces ha- El consumo de alimentos ricos en fibra (celulosa), como los cereales, las legumbres y las frutas y verduras de hoja facilita la egestión de las heces. cto. La ,!!~stión o defecaci~~-~~Lé?_~p~gQ1L9e 1ª.rn-ªt~ri~ f~~9.~~j!:_~V~ª.del diante contracciOfiestañfo..yollJ.!)tarias comcijmLOlunfaria~. -El paso de esta testino 'grueso-tiene una duración variable y esto determina su con!?istencia. ones.del sistema digestivo afecciones del sistema digestivo- pueden llegar a provocar alteraciones de •d, Las más comunes son la diarrea, la constipación, la acidez, la gastritis, las y.,los síndromes de mala absorción o intolerancia; . rea es la deposición de heces líquidas con una frecuencia mayor que la nor-a-sa=r~t~á~n-ra-p-raameme por e1 intestino grueso, no -Sé -absorben· agua ni sales~ y ~---· ~'""~-~-.-------'~~.,,~--=--o"'w~-.-:-"_,,,,,,,~~ la persona puede_ deshidratarse:~riQ_iKfil"fI~ültad"P,~r~~ílJ.!!1ªr ~ 'conoce C?mO constip(l_Ción Oestreñimie.nto. Cuando las heces permanecen . po dentro del intestino grueso; pierden demasiada agua y se endurecen. idez o esofagitis por reflujg__~_e..'.pruduce..c.úá11ckLeLcar.dlas~no ·cierra corree-· Los jugos gástricos (ácidos) pasan al esófago causando-una sensación de en la garganta. L~-~~strm!)_es_µ_Q_~jnflamación de la mucosa que recubre nterior del estómago, y cuando esta se lesiona se·pródú'cén úlcerás. ,srndrÓ~~s de mala absor'cióh, como la intóleraricia a fa lactosa -o Ta'eñfercelíaca (intolerancia al gluten), están relacionados. con la carencia de las s necesarias para digerir esos nutrientes y permitiÍ que sean absorbidos por ~·· ,,,~,- ~-""'~_,_,_ 9. Recordá 7. Si los alimentos se digieren en el sistema digestivo, ¿cómo llegan los nutrientes a la sangre? Realizá las siguientes consignas: a) En el intestino se en.cuentra la microbiota intestinal (comúnmente llamada flora), un conjunto de bacterias que impiden la acción de otras bacterias patógenas. Mencioná cuáles son los dos procesos que ocurren dentro del intestino. 10. lndicá si las siguientes afirmaciones son verdaderas y cómo se forma. b} lndicá qué es el quilo e) Explicá cómo interviene el intestino grueso eri el carpeta. proceso de egestión. a) (V) o falsas (F). Argumentá todas tus repuestas en la ! Las glándulas digestivas vuelcan su contenido al duodeno para completar la digestión. b) Relacioná 8. Conectá las partes del intestino delgado y del intestino grueso en el orden correcto, según cómo están ubicadas en el sistema digestivo. Coiolíll - 0!1.llOOl:eoo - Íl:eollil - Yeyiuilílo - Recto - Alrno-..,- Ciego. La superficie interna del intestino delgado es una mucosa lisa. e) La mayor parte de la absorción se produce en el intestino grueso. O O ·D ./ El hígado y Como ya dijimos, para que la digestión se lleve a cabo eficazmente es necesaria la acción de ciertos órganos especiales, las glándulas anexas. Sus secreciones intervienen en la transformación de los alimentos y la obtención de nutrientes. Incluyen las glándulas salivales (que estudiaste en la página 38), el hígado y el páncreas. Vamos a estudiar cada uno de ellos en particular. El hígado es el órgano interno más grar:id~ qe nuestro cuerpo. Está ubicado del -· . . lado derec:_ho del .abdomen, debajo del diafragma. Se encuentra formado por dos partes o lóbulo~. con§Wuid~s por ·células especializadas, los hepatocitos. Este órgañoreclbe toda la r~ang;~=;r~~enrerlt~de '!¡:is vellosidades intestinal~s. y las sustancias que transporta ingresan en los hepatocitos, donde se producen reacciones químicas importantes par¡:i el metabolismo... ~I metabolismo es el conjunto de reacciones que ocurren en las células, mediante las cuáles estas obtienen Y.transforman materia y energía. Pero no nos .adelantemos, Yél. qu~ ~sto lo vas a estudiar en el capítulo 5. .A continuación te.mostramos las.principal~? funciones del hígado. • Prodwcir y secret9r la bilis:. la. bilis, que c9ntiene colesterol, sales biliares y pig. me·n~os,.emylsTof)ª las ÍÚ~5iél~ para favorece;r la digestión. La bilis se almacena en la_ vesícula ~m~r. un.9,rg~n~U!\:!qL!.eM..~on forma de pera que se ubica por debajo d.el ~ígado. Recibe y acumula la bili.s producida por el hígado y la vierte al duodeno m~gjf:)nt.C? un CQ[ldygto llamado colédoco. Almacenar gluc9~a: la glucosa que llega a través de la sangre se almacena en el h°fg~d;~~~·forñí'a ,~.e Ún qarbqt1idrato comple;jo .llamado glucógeno. · Sintetizar colesterol.Y al.macenar·hierro y ciertas vitaminas {A, D, E y K). • Óesi'ñtoxic~t e!Í~i~·a-1~··,t~xh:idad mecli~mentos y ve'íl~nos que ingresan en --- La ingestión de alimentos ricos en lípidos es uno de Jos estímulos que provoca la liberación de bilis desde la vesícula hacia el duodeno. de erDrganisíl'.ioi y tcirnbién lo§·gJ9bulos rpjos viejos . .~l. pán~re.~s está ubicado tjetr~s de,lestómago y está constituido P?r dos tipos de ~ejldo_s: los islot~s01 los ~ci!lq~ .. ~~s ..~~.a~r.r:i~que_~_n .ª ~~(al flujo -sanguíneo Y.S~Qn las que- re@lan la con_centración de glucosa en sangre, como .• ampliaremos en las próximc;is p~ginas. Los segundos producen el jugo pancreático ' que vierte en el. . duodenq. Este jugo,contiene¡yariél.S enzimas digestiva,s., .90mo la tripsiná y la quimiotripsJna, que degrad?n.proteím;is. También están la amilasa, que digiere los ca,rbohidratos, y la lipasa, _que se ocupa de los lípidos. Además, el páncreas libera al intestino gra,ndes cantidades de bicarbonato de sodio para proteger la mucosa intestií)al d~ la acción del ácido .estQrnacaL i'"·-,··~· ----·-,~-'- ' Glándulas anexas del Hígado _.sistema digestivo: hígado ·· y páncreas. También se Vesícula biliar observa la vesícula biliar. Duodeno Colédoco Páncreas 12. Escribí un texto para explicar: Recordá 11. lndicá la función principal, dónde se producen y si se a} a) Bilis. b) Jugo pancreático. La función específica de cada una de las enzimas del jugo pancreático y del bicarbonato. almacenan los siguientes líquidos segregados. b) El estímulo que provoca la liberación de bilis. una maravHiosa máquina •••••••••••••••••••••••••.'••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••h••••••••'•••••••••••••••••••••ouo."ooo••••••-.•••••••••••wo•~•••••u••••••••••••••••h••••••••••••••••••••H••••O•H•H••••••••••oo•Oooo Ya a principios del siglo xv1, la inquietud por la : maravilla del cuerpo humano sedujo a Leonardo da '·· Vinci, un pintor florentino, a estudiar anatomía humana con gran dedicación. Leonardo, considerado on símbolo y un genio universal, era mucho más que un artista plástico; había incursionado tam. blén en la arquitectura, ia filosofía, la bótárrica; la• ingeniería y la ciencia. A los 18 ·años comenzó ·sus studios de anatomía para cumplir corí la.exigencia. e su maestro de arte. Al poco tiempo ya había rea~ ado infinidad de observaciones sobre músculos,·' " tendones y otras características anatómicas. En 1507, Leonardo consiguió la autorizadón· para realizar disecciones en algunos hospitalés C:on el objetivo de conocer en detalle el cuerpo hLlmano · y volcarlo en sus obras de arte, aunque también su : interés era claramente científico. Entre 1510y1511• .·trabajó junto con el médico Marcantonio délla Torre' realizando más de doscientos dibujos anatómicos so~re huesos, músculos, tendon"es, corazón, siste- .' m.a vascular, sistema reprqductivó; ojqs ·Y -btros ór- · ganas internos. En 1515 fue acusado de prácticas sacrílegas y se le prohibió seguir éon sus·estudios. · Sus trabajos.estuvieron ocultos casi por dosciéhtos' '· años y recién fueron publicados en 1680 bajo él título Tratado de pintura, cuando el desarrollo de la anatomía ya los había superado. Leonardo da Vinci era sin duda un adelantado a su época. ¿Cuál fue la importancia de la disección en los estudios anatómicos? ¿Cómo habría cambiado la historia si se hubiera publicado el trabajo de da Vinci dos siglos antes? Casi un siglo después de los trabajos de Leonardo, alrededor del 1600, el filósofo, matemático y físico francés René Descartes, considerado el padre de la geometría analítica y de la filosofía moderna, promovió un proyecto sobre el cuerpo humano. Según la tradición cristiana, el ser humano es cuerpo y alma. Descartes sugirió que el alma se ubicaba en una pequeña glándula en el medio.del cerebro y desde allí controlaba los "humores" y los "nervios", pero no podía mover el cuerpo. Descartes consideraba que el alma no puede ordenar ningún movimiento del cuerpo si todos los órganos requeridos no están dispuestos correctamente. Y, pór el contrario, cuando todos los órganos necesarios para producir un movimiento están bien dispuestos, no precisan del alma para producirlo. En sU vi'sión del organismo como máquina, aseguró que los procesos cardíacos y digestivos no invoc lüeraban ningún pensamiento y sus movimientos füncionaban como un juego de engranajes. Como era de esperarse(sus ·ideas no fueron bien vistas dado el pensamiento que imperaba en la época. En 1649 fue obligado a mudarse a Estocolmo, donde murió de neumonía a los pocos meses. ¿Qué te parece que observó Descartes para comparar al cuerpo humano con uná máquina? ¿Cuáles de los mecanismos del cuerpo humano que estudiaste se producen involuntariamente, sin pensarlos? Desde Leonardo y Descartes hasta la actualidad, la anatomía y el conocimiento del cuerpo han tenido un desarrollo formidable. El microscopio, por ejemplo, permitió el estudio de tejidos y células {histología y citología). La tecnología de imágenes, ;como la radiología, la ecografía, la endoscopía, la ·tomografía, el ultrasonido, la resonancia magnéti. ca nuclear o la microscopía electrónica, ha facilitado el conocimiento del organismo y el diagnóstico de enfermedades. En la actualidad estas prácticas se han hecho indispensables. lndicá cuáles son las ventajas del avance tecnológico en el conocimiento del cuerpo humano. respiratorio Ya estudiamos el sistema digestivo; veamos ahora el sistema respiratorio y cómo se relacionan ambos sistemas en el proceso de nutrición. la primera pregunta que podemos hacernos es: ¿qué es la respiración? Básicamente, la respiración es el intercambio de gases con el ambiente que asegura la llegada de oxígeno a todas las células del cuerpo y la salida de dióxido de carbono. ¿Y por qué es importante esto? Porque el oxígeno participa a nivel celular en la obtención de energía necesaria para las funciones vitales (como veremos en el capítulo 6). Pero vamos por partes ... Para empezar, digamos que se pueden diferenciar dos tipos de respiraciones: la respiración externa, y la respiración interna. Analicemos cada una de ellas. "" Respiración externa ,\ Radiografía donde se observa la ubicación de los pulmones. El pulmón derecho se divide en tres partes o lóbulos y se encuentra más arriba que el pulmón izquierdo, que posee solo dos lóbulos. Esta diferencia se debe a la presencia del corazón. En un primer momento se produce un intercambio de gases entre el organismo y la atmósfera. El oxígeno de la atmósfera ingresa en el' cuerpo y el dióxido de carbono es expulsado hacia el exterior. los animales vertebrados terrestres incluidos nosotros, los seres. humanos, realizamos una respiración externa pulmonar. Se denomina respiración pulmonar porque el intercambio gaseoso se realiza en los pulmones. En el ser huf\lano, estos órganos son dos y se sitúan dentro de la caja torácica, a cada lado del corazón. Son esponjosos y están recubiertos por una membrana elástica llamada pleur~ y protegidos por las costillas. la función de los pulmones es recibir y contener el aire para que, se realice el intercambio gaseoso. ¿De qué manera? Cada pulmón está formado por millones de alveolos, los cuales se encuentran rdaeados de capilares sangufneos. Entre los alveolos y los capilares ocurre ese intercambio, la entrada al organismo de oxígeno y la salida de dióxido de carbono. Además de los pulmones, nuestro complejo y eficiente sistema respiratorio incluye una serie de órganos con funciones específicas que estudiaremos en las próximas páginas. Respiración interna Durante un ejercicio intenso los músculos requieren más oxígeno, por eso se incrementa la respir~ción. Luego del intercambio gaseoso en los pulmones, el oxígeno llega a la sangre y, al igual que los nutrientes, .es transportado a través la sangre hacia cada una de las células del cuerpo. Se produce así la respiración interna: el oxígeno ingresa a las células y el dióxido de carbono pasa de las células a la sangre. Finalmente, en el interior de la célula el oxígeno participa en una serie de reacciones químicas en las que se obtiene energía a partir de los nutrientes. A este proceso de degradación de nutrientes en presencia de un agente oxidativo como el oxígeno se lo denomina respiración celular y será tratada en detalle en el capítulo 6. la energía liberada como resultado de estas reacciones es almacenada en ciertos compuestos químicos, como el ATP, en el interior de la célula (de los que hablaremos en el capítulo 5). ' Organización del sistema respiratorio El sistema respiratorio humano está integrado por una serie de vías respirato; rías, órganos respiratorios y otras estructuras complementarias, como la boca, la . . ' cája torácica y el tjiafragma, organizadas de modo tal que posibilitan el ingreso de aire en el organismo y su salida al exterior. las vías respiratorias o aéreas son los conductos que recorre el aire durante todo el proceso de respiración externa. A lo largo del recorrido encontramos las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y sus ramificaciones que culminan en los alveolos pulmonares. Fosas nasales: son las dos cavidades ubicadas dentro de la nariz separadas por un tabique. Reciben el aire que inhalamos y lo conducen hacia el resto del sistema respiratorio. las fosas nasales son las encargadas de filtrar, humectar €,'I y entibiar el aíre que ingresa en el organismo. Para.ello cuenta con una mucosa nasal provista de glándulas especializadas en entibiar el aire y producir mucus, que detiene el polvo y otros agentes extraños. Otra parte de esta mucosa contiene los receptores sensoriales que permiten percibir los olores. Faringe: es un tubo muscular a través del cual pasa el aire; se comunica con las fosas nasales y la boca por un lado y con la laringe por el otro. Como vimos en la página 38, es compartida con el sistema digestivo. laringe: se trata de un pequeño conducto fibroso de 3 cm de largo que conecta la faringe con la tráquea. Su función es transferir el aire inhalado al resto del sistema evitando el ingreso de alimento o agua a las vías respiratorias inferiores. ¿De qué manera? Aquí actúa la epiglotis, ¿te acordás? Lo leíste en la página 38. Este pequeño pliegue cartilaginoso permite que el aire pase a la laringe y al resto del sistema respiratorio; pero durante la deglución se dobla hacia atrás y cubre completamente el orificio de la laringe impidiendo que los alimentos pasen. Después de deglutir, retoma su posición original y deja pasar el aire. Tráquea: es un tubo largo y flexible que se divide en otros dos conductos de menor diámetro llamados bronquios. El tejido interno de la tráquea secreta mucus que capta todas las impurezas que ingresan durante la inhalación y las elimina a través de un movimiento reflejo conocido como tos. Sus paredes están formadas, como las de los bronquios, por anillos cartilaginosos que permiten que siempre haya un espacio por donde circ,ule el aire. En la laringe también se encuentran las cuerdas vocales, unos pliegues musculares y elásticos que vibran con el aire que sale y hacen posible la emisión de la voz. i Bronquios y bronquiolos: estos conductos respiratorios ingresan en el pulmón por el hilio pulmonar, un orificio por el que también entra la arteria pulmonar y salen dos venas pulmonares. Dentro de cada pulmón los bronquios se ramifican en bronquios secundarios o intrapulmonares, que se dividen nuevamente en los bronquios terciarios, de los cuales se originan los bronquiolos. Estos últimos transportan el aire a los alveolos pulmonares, donde se realizará el intercambio gaseoso con . la sangre: Un alveolo pulmonar es una pequeña estructura . semejante a una uva. Posee una pared delgada, que es fundamental para el intercambio gaseoso. Cada pulmón adulto posee unos 150 millones de alvéolos pulmonares. Cartílago tiroides Cuerda vocal superior Cuerda vocal inferior Porción subglótica Glándula tiroides Tráquea Dentro de la laringe se encuentran las cuerdas vocales que hacen posible la emisión de la voz. Recordá 13. Respondé las siguientes consignas. a) ¿A qué se denomina respiración? b} Explicá brevemente en qué consisten la respiración externa pulmonar y la Faringe respiración ce.lular Laringe en el ser humano. e) ~ráquea Hacé una lista de los órganos que forman el sistema respiratorio y Bronquios definilos con tus palabras. d) Mencioná cuáles son las estructu- Bronquiolos ras complementarias que participan en el proceso de respiración. Sistema respiratorio humano. ~ El proceso La respiración es un complejo proceso fisiológico que abarca tres etapas: la ventilación pulmonar, el intercambio gaseoso entre los alveolos pulmonares y la sangre (respiración externa), y el intercambio gaseoso entre la sangre y cada una de las Inspiración células del organismo (respiración interna). En estas dos páginas nos ocuparemos de comprender cada una de ellas. Pulmones Ventilación pulmonar Cada vez que respiramos se inicia el proceso mecánico de la ventilación pulmonar, que involucra dos acciones importantes: la inspiración o inhalación y la espiración o exhalación. Una serie de pasos relacionados permiten el in- Diafragma greso y egreso de cerca de 0,5 litros de aire por cada inspiración y espiración respectivamente. La inspiración es la fase activa de la respiración mediante la cual el aire entra en los pulmones. En primer lugar se produce un aumento del volumen de la caja torácica por la contracción de los músculos intercostales, que elevan las costillas, En la inspiración, el diafragma baja, las costillas suben, se ensancha la cavidad torácica y entra aire en los pulmones. y el descenso del diafragma. Esta expansión del tórax provoca una disminución de la presión del aire intrapulmonar, por debajo de la presión atmosférica. Final- ment~: la diferencia de presión obliga al aire del ambiente a ingresar por las vías aéreas y llenar los pulmones. • La espiración es la fase pasiva de la respiración mediante la cual el aire sale de los pulmones. Cuando el diafragma y los músculos intercostales se relajan, todo vuelve a su posición original y la caja torácica recupera su volumen. La presión del aire dentro de los pulm.ones aumenta por encima de la presión atmosférica. La diferencia de presión provoca la contracción de los pulmones e impulsa la Espiración salida del aire hacia el exterior. La capacidad pulmonar total (CPT) es de alrededor de 5 o 6 litros de aire, pero la cantidad de aire que podemos respirar extendiendo al máximo nuestros pulmones, o capacidad inspiratoria (CI), es aproximadamente de 3,5 litros. Existe una cierta cantidad de aire que no puede ser expulsada y queda dentro del pulmón y las vías Pulmones respiratorias, es la capacidad residual funcional (CRF). La capacidad pulmonar depende de la edad, del peso y del sexo; por ejemplo, las. mujeres suelen tener menor Diafragma capacidad pulmonar que los hombres. El intercambio gaseoso El aire que respiramos .está compuesto por una mezcla homogénea de gases; tres de estos gases son el oxígeno (0 2 ), el dióxido de carbono (C0 2 ) y el nitrógeno En la espiración, las costillas bajan, el diafragma sube, disminuye la caja torácica y el aire sale de los pulmones. (N 2). Nuestro organismo extrae el oxígeno del aire y elimina el dióxido de carbono. Entonces, el aire que inspiramos posee mayor proporción de oxígeno, y el aire que espiramos, mayor cantidad de dióxido de carbono. Veamos la siguiente tabla: El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono se produce por un mecanismo denominado difusión, mediante el cual las partículas gaseosas se mueven desde ura zona de mayor presión (o mayor porcentaje) a otra donde hay menor presión (o menor porcentaje). El intercambio de gases se produce en dos niveles: entre los pulmones y ia sangre (respiración alveolar o hematosis), y entre la sangre y las células (respiración tisular). - Respiración alveolar y tisular · El intercambio de gases entre los pulmones y la sangre ocurre por difusión a '\avés de las delgadas parede~ de los alveolos y de los capilares que los rodean. este intercambio se lo denomina respiración alveolar o hematosis, y tiene por eto la fijación de oxígeno y la eliminación del dióxido de carbono. 1 Se viene la plaga Las arterias pulmonares transportan la sangre del corazón a los pulmones y se mifican en los capilares arteriales que rodean los alveolos. La sangre que llega La epidemia de catarro ocurrida en Francia en el siglo xvm fue denominad¡:¡ grippe por los franceses. Esta palabra deriva del término franco grip (garra) y del alemán grüpi o grupen (agachar-· se, acurrucarse, temblar). La gripe es entonces una enfermedad que se "agarra" o se apodera de uno causando un malestar que lo "acurruca"; es considerada una enfermedad infecciosa causada por el virus. influenza. lbs alveolos está cargada de C0 2 y tiene bajo contenido de 0 2 • Sin embargo, en el erior alveolar la cantidad de 0 2 es alta (ingresa aire), entonces este gas difunde emente a través de las paredes alveolares hacia los capilares sanguíneos. La difusión del C0 2 se da en sentido inverso, es decir, desde los capilares hacia ·alveolos. Esto ocurre porque la sangre que llega a través de los capilares artees posee un gran contenido de C0 2 , producto del desecho de la actividad celular. n la sangre el 0 2 se une a la hemoglobina de los glóbulos rojos y la mayor parte o2 es transportado en el plasma sanguíneo en forma de bicarbonato hasta ser inado como gas durante la espiración (también hay una parte que se une a la oglobina de los glóbulos rojos). or otra parte, la sangre arterial posee mayor cantidad de oxígeno que la que e a nivel celular. Se produce así la difusión del oxígeno desde los capilares iales hacia el interior de las células, y el dióxido de carbono que se ha producomo desecho de las reacciones químicas celulares se transfiere al torrente uíneo. Este intercambio de gases se llama respiración tisular. Sangre con dióxido de spiración alveolar. Intercambio de gases tre los alveolos (pulmones) y la sangre. Sangre con oxígeno Respiración tisular. Intercambio de gases entre· la sangre y las células. Bronquiolo Capilares arteriales (ricos en C0 2 ) Capilares venosos (ricos en 02 ) Alveolos pulmonares " Relación entre los alveolos y los capilares sanguíneos. ciones del sistema respiratorio aire que ingresa en nuestro organismo no es tan limpio como parece, contieomponentes que pueden provocar alteraciones, como virus, microorganismos, ículas de polvo o polen. A veces las barreras de defensa, como la mucosa de fosas nasales, no son efectivas y se producen afecciones respiratorias. a inflamación de las vías respiratorias altas provoca enformedades como la is, la sinusitis y la faringitis. Una enfermedad común de:las vías respiratorias .la gripe, una infección viral que provoca fiebre alta y deca'imiento generalizado. a inflamación de las vías respiratoria.s bajas conduce a bronquitis (inflamación bronquios) o bronquiolitis (inflamación de bronquiolos). Recordá 15. Completá las siguientes oraciones con las palabras que 14. Leé las consignas y respondelas en la carpeta. a) Mencioná las tres etapas básicas de la correspondan. a) La respiración _ _ _ _ _ _ se· produce entre · respiración. b} Explicá brevemente en qué consisten la inspiración y la espiración. b} los - - - - - - Y la sangre. La respiración _ _ _ _ _ se produce entre la y las células. , , ,. ulac1on equiUbrio interno Para que todas las funciones vitales de nuestro cuerpo se realicen normalmente, es necesario que el medio interno se mantenga regulado y estabilizado. Se conoce como medio intemo al líquido extracelular, o LEC, que baña todas las células del organismo, del cual absorben las sustancias que necesitan para funcionar y al que eliminan sus productos de desecho. Este medio interno tiene la característica de mantenerse estable dentro de ciertos límites frente a los cambios que ocurren en su entorno. Por ejemplo, cuando practicamos un deporte transpiramos, inmediatamente tenemos sed y queremos beber agua. Entonces, nuestro organismo pone en juego una gran diversidad de. mecanismos fisiológicos que tienen como objetivo restablecer el estado normal del medio interno cuando este ha sido alterado. Al estado de "equilibrio interno" se lo denomina homeostasis, término griego que proviene de la unión de horneo, que significa "similar", y de stasis, que se refiere a "estado" o "estabilidad". Para un buen funcionamiento del organismo deben mantenerse estables, por ejemplo, la frecuencia cardíaca, la presión arterial, el ritmo respiratorio, la temperatura corporal y el pH de la sangre. También el volumen del LEC, la cantidad de agua y su concentración de gases (0 2 y C0 2), de nutrientes básicos (glucosa, aminoácidos y ácidos grasos), de iones o sales (sodio, potasio y bicarbonato) y de desechos orgánicos, como la urea. Por eso, si se producen alteraciones mínimas en la composición del medio interno, ocurre una serie de mecanismos homeostáticos coordinados con el objetivo de compensar estos desequilibrios. Existen estructuras, llamadas sensores o receptores, ubicadas en diferentes áreas de nuestro cuerpo, que detectan las desviaciones en los valores normales y envian señales nerviosas o endocrinas que desencadenan cambios compensadores, dirigidos· a alcanzar los valores normales iniciales (en la tabla de la izquierda se detallan los valores normales de algunos parámetros del organismo). El sistema nervioso dete9ta alteraciones y puede enviar señales (impulsos nerviosos) que producen cambios o restablecimientos rápidos. El sistema endocrino también regula muchas de las funciones corporales enviando reguladores químicos (hormonas) a través de la sangre y provoca cambios más lentos. Todos los órganos y sistemas \:lel organismo participan activamente en el mantenimiento de la homeostasis. Por ejemplo, el sistema respiratorio regula los niveles de 0 2 y de C02 y el sistema urinario mantiene las concentraciones de iones como el sodio (Na+) y el potasio (K+), y el volumen de agua del medio interno; también regula la eliminación de los desechos celulares. Uno de los tantos mecanismos homeostáticos es el que mantiene el equilibrio del agua y las sales minerales de nuestro organismo, y se denomina osmorregulación. Aquí intervienen los riñones, que reaccionan reteniendo o eliminando agua según las necesidades del organismo. a En esta tabla se representan los valores . · normales de algunos parámetros fisiológic.os medidos en sangre. , El sistema endoc.rino está c.onstituido por glándulas que segregan hormonas y regulan numerosos proc.esos fisiológic.os. --- La sed es un mec.anismo esenc.ial de regulac.ión que se ac.tiva c.uando disminuye la c.antidad de agua o aumenta la c.onc.entrac.ión de sales en el medio interno. 'Re uladón de la temperatura . . •· · ga regulación de la temperatura corporal es un e1emplo de un mecanismo hoostático que se produce en nuestro organismo. El ser humano, al igual que ~s los mamíferos y las aves, es homeotermo, es decir que tiene la cápacidad antener estable la temperatura de su cuerpo. La temperatura corporal normal ser humano oscila entre los 36,5 ºC y 37,0 ºC, y da una idea de la intensidad 1 alor de nuestro cuerpo. En la termorregulación o regulación de la temperatura ral intervienen dos mecanismos: la termogénesis y la termólisis. termogénesis. Cuando la temperatura ambiental disminuye, sentimos frío, ~mos y nuestra piel se pone más pálida. Estas reacciones son consecuencia los mecanismos corporales de regulación, que mantienen la temperatura ral dentro de los valores normales. El frío del ambiente estimula los recep;de la piel que producen un impulso nervioso. Esta señal es reconocida en ebro por el hipotálamo, el cual genera un impulso nervioso de respuesta ímulo. Entonces, los músculos reciben la orden de realizar contracciones das (temblores involuntarios} y esto produce el calor que elimina la sensa- !'l. frío. Los vasos sanguíneos que irrigan la piel ·se contraen haciendo que .e vuelva más pálida y se impide la secreción del sudor, evitando así la ¡:¡de calor. iyióllsis. El cuerpo irradia al ambiente todo el calor que genera como con• cia de los procesos de respiración celular y oxidación de nutrientes. Pero calor o realizamos ejercicio físico, nuestro cuerpo eleva su temperatura. es intervienen varios mecanismos para la disipación del calor corporal. El sudor es un líquido con una composición muy similar a la orina pero más diluido. El ser humano elimina normalmente hasta 600 mi de sudor diarios, pero si realiza una actividad ñsica intensa puede llegar a eliminar hasta 1.000 mi de sudor por día. ..spiración o sudor se produce por la acción del sistema nervioso sobre las l¡:¡s sudoríparas, las cuales al ser estimuladas segregan sudor, que en r;ficie de la piel se evapora y así se elimina el calor corporal excedente. · odilatación cutánea consiste en el ensanchamiento de pequeños vasos íneos. De este modo pasa más volumen de sangre por ellos cerca de J,. lo que permite una mayor eliminación del calor. Normalmente el au- del flujo sanguíneo, por ejemplo al correr, produce una piel enrojecida nte. Entonces, el sistema nervioso actúa sobre los capilares de la piel iendo su vasodilatación . . ~ación muscular: después de realizar algún deporte o un esfuerzo ,¡;nos sentamos para relajar los músculos y eliminar el cansancio. La jQn del tono muscular ayuda a eliminar calor y disminuir la temperatura rpo. definí con tus palabras los siguientes conceptos: Medio interno - Homeostasis - Osmorregulación .L Homeotermo - Termorregulación - Termogénesis Termólisis. ' 7. ¿Cuáles son los tres mecanismos principafes que ~e ponen en juego para disipar el calor corporal? Resolvé 18. Leé atentamente cada situación y expficá por qué suceden. Luego, pfanteá de qué manera podrían haberse evitado las consecuencias negativas para las personas involucradas. a) Un anciano caminó en un día de muchísimo calor y transpiró en forma excesiva. Se siente cansado, mareado y con la presión baja. b) La mujer salió a hacer una compra un día frío de invierno. Regresó pálida y tiritando. e) Un matrimonio almorzó en un restaurante asado y papas fritas. Aún con las advertencias de su mujer, el señor le puso mucha sal a la comida. A las horas su presión había aumentado, su orina era escasa y muy concentrada, y tenía mucha sed. Regulación de la función respiratoria Un quimíorreceptor es en principio un receptor, es decir, un elemento que recibe señales. Pero estas señales son estímulos químicos del ambiente en el que se encuentra. El término quimiorreceptor deriva del griego: chymeia (química) y recepción (que recibe), y nuestro organismo posee muchos quimiorreceptores, ubicados en diferentes Jugares del cuerpo, que perciben estímulos internos (la presión de 0 2 , de C02 y el pH) y externos (gusto y olfato). El prefijo quimio- se utiliza en otros términos para referirse al uso de químicos. Por ejemplo, la quimioterapia es un tratamiento (terapia) mediante el uso de sustáncias químicas (quimio) que se utiliza para tratar ciertas enfermedades, como el cáncer. Existen mecanismos que regulan la frecuencia respiratoria, la concentración C0 2 y de 0 2 , el pH sanguíneo y también el bicarbonato en la sangre. El centro respiratorio, localizado en el bulbo raquídeo (ubicado en la parte baja del cerebro), es el responsable de la regulación nerviosa de la respiración. Este centro respiratorio envía la información necesaria, por lo cual se producen los impulsos rítmicos de la respiración como una reacción involuntaria y espontánea. La velocidad del proceso de ventilación pulmonar se encuentra controlada por dos centros respiratorios: el centro de la inhalación y el de la exhalación, que se coordinan continuamente. El control alternado de estos dos centros determina el ritmo de la ventilación. El centro de inhalación envía impulsos nerviosos a los músculos intercostales y al diafragma y se contraen. Al hacerlo, se ensancha la caja torácica y el aire entra en los pulmones. Cuando el centro de exhalación inhibe la acción del centro de inhalación, este deja de enviar impulsos nerviosos. Entonces, los músculos se relajan, la caja torácica recupera su tamaño y el aire sale de los pulmones. Pero ¿en qué momento el centro de inhalación envía los impulsos y a qué velocidad? La cantidad de C0 2 que hay en la sangre controla la velocidad con que el· centro de inhalación envía los impulsos. Veamos un ejemplo: si aumenta el metabolismo, se produce más C0 2 , lo que induce al centro de inhalación que envía impulsos nerviosos a los músculos respiratorios con mayor frecuencia. Entonces, la ventilación pulmonar se acelera y el C0 2 se elimina más rápidamente. De este modo, el organismo restablece sus parámetros normales y mantiene la homeostasis corporal. El bulbo raquídeo también produce una regulación química de la respiración a través de unos receptores arteriales conocidos como quimiorreceptores. Estos se encuentran ubicados dentro de dos importantes arterias, la aorta y la pulmonar, e informan al encéfalo cuando perciben altas concentraciones de C0 2 en la sangre. Si la concentración de este gas en sangre se mantiene elevada, el pH disminuye y la sangre se vuelve más ácida provocando acidosis, una alteración metabólica que desequilibra al organismo y puede causar efectos nocivos. Entonces, ¿cómo se compensa este desequilibrio? Cuando se detectan niveles elevados de C0 2 , el Ubicación del bulbo raquídeo. bulbo raquídeo estimula los músculos intercostales y el diafragma lo que aumenta el ritmo y la frecuencia respiratoria. De este modo ingresa más gas oxígenó del aire por inhalación. Las causas del aumento de la concentración de C0 2 en el organismo pueden deberse a enfermedades obstructivas de las vías respiratorias, como el asma, entre otras. La ansiedad, el estrés, la fiebre alta o los lugares de gran altitud producen el efecto contrario (alcalosis), ya que conducen a una hiperventilación que disminuye la concentración de ,co 2 y a_umenta la de 0 2 en sangre. Regulación de la función digestiva 1 ,Son múltiples l9s ejemplos en los que se observa la influencia del sistema nervioso y del endocrino sobre la función digestiva. Por ejemplo, cuando carnés algo que te gusta, instantáneamente las papilas gustativas se ven estimuladas por las sustancias químicas presentes en los alimentos; entonces, esta información sensitiva es conducida hacia el hipotálamo, que, como respuesta, a través En estado de reposo, el organismo regula el aire que ingresa en los pulmones. de las neuronas estimula las glándulas salivales y estas segregan mayor cantidad de saliva. .... por otra parte, los nervios estimulan la musculatura del tubo digestivo y se llecabo los movimientos peristálticos, que permiten, además del tránsito del an a . ¡¡mento, que estos se mezclen con las enzimas. Paralelamente, la secreción de gas digestivos y el vaciado del estómago están regulados por las hormonas. Una de las características de toda ciencia consiste en que posee un gulación y control de la glucosa en sangre vocabulario científico. Dentro de la Recordemos que durante el proceso de digestión a partir de los alimentos se ienen nutrientes, sustancias que pueden ser aprovechadas por las células del cesos que no pueden ser explicados Biología se describen sistemas y pro- nismo. Una de esas sustancias es la glucosa, un carbohidrato fundamental con un leguaje cotidiano. Por ejemplo, ées utilizado por las células para obtener energía. ¿Cómo .llega la glucosa al no es posible describir la regulación y rior de las células? Veamos. La glucosa obtenida en el sistema digestivo pasa angre durante el proceso de absorción. La cantidad de glucosa en sangre que ersona normal tiene en ayunas (76-110 mg/dl) se llama glucemia. Pero es el control de la glucosa en sangre sin emplear los términos específicos. sario que esa glucosa que se encuentra en la sangre ingrese en las células ;ser utilizada. Aquí aparece la insulina, una hormona segregada por el pán- 1,y liberada al torrente sanguíneo cuando se detecta un aumento en el nivel 'c;emia. nsulina es una hormona hipoglucemiante porque favorece el ingreso de la en· las células disminuyendo la concentración de esta en sangre. En el .imiento de la glucemia dentro de los valores normales, interviene el pánecretando también una hormona hiperglucemiante llamada glucagón, que la acción hipoglucemiante de la insulina. El glucagón promueve la degra- hsa de! glucógeno hepático y la lib·eración de glucosa a la sangre, aumentando lucemia. Estas dos hormonas antagónicas, la insulina y el glucagón, manonstante el nivel normal de glucemia en sangre, es decir, intervienen en el sanguíneo 'o homeostático de la glucosa. do este sistema de regulación no funciona correctamente, se produce una Acción de la insulina y el glucagón en el 1ón metabólica denominada diabetes mellitus, que se caracteriza por un control de la glucemia. to sostenido del nivel de glucemia. El exceso de glucosa es excretado por _de la orina (glucosuria), que termina dañando los riñones y provocando com- te~: causas yriesgos de una enfermedad .avanza a pa~ms agigantados cicio físico . do el continente americano hay alrededor de 62,8 millones de• • Si hay 40 millones de argentinos, de los cuales 26 millones son 'nas con diabetes, según cifras de 2011 de la Organización MÚnj adultos, calculá la cantidad de personas que sufren diabetes que incluye una alimentación adecuada y una buena dosis de ejerFuente: Clarín. Buenos Aires, lunes 8 de abril de 2013. e la Salud (OMS). Es una de las principales causas de muerte y pacidad, y en 2030 habrá casi 30 millones más. En la Argenti~ prevalencia de la diabetes en la población adulta es del 9,6%? elación con la abundancia de la ingesta calórica y con el sede~- . - o. Esto lleva a la obesidad que predispone a la diabetes tipo 2. sidente de la Sociedad Argentina de Diabetes apuntó a los bfos negativos en el estilo de vlda. "Los chicos no hacen de- ~. la Play desplazó al club de barrio". Como en casi todas las rrnedades no transmisibles, el secreto está en la prevención, según el artículo. Representá estos datos en un gráfico de torta. ~ ·¿Por qué en el artículo se relaciona la condición de obesidad, el sedentarismo y la mala alimentación con la aparición de diabetes tipo 2? • ¿Qué alternativas se te ocurren para frenar estás tendencias? Discutilo con tus compañeros y redacten un informe. • Explicá cómo actúa el sistema de regulación de la homeostasis de la glucosa y cómo se relaciona con la diabetes. ib de El sistema respiratorio humano un infarto, que es del doble en los so central. Por eso, actualmente, ya está formado por las vías aéreas: fosas nasales, faringe, laringe y trá- fumadores que en los no fumado- no se considera al fumar un hábito res. Es perjudicial durante el emba- sino una adicción. quea, bronquios, bronquiolos, que razo, tanto para la madre como para desembocan en los pulmones, que es el lugar donde se produce el intercam- el feto. Y como si esto fuera poco, el Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el tabaco es la se- humo del cigarrillo no solo perjudica gunda causa mundial de mortalidad bio gaseoso. Este sistema permite a los fumadores. sino también a los que viven y trabajan con ellos y que después de la hipertensión arterial, y es el responsable de la muerte de no fuman directamente, pero se los considera '*fumadores pasivos". Hoy 1 de cada 10 adultos. De los cinco la entrada de oxígeno en nuestro organismo, y la salida del dióxido de carbono, en un continuo ir y venir, gracias al cual el metabolismo celular sigue funcionado sin detenerse. Pero hay un hábito que perjudi- se sabe que el riesgo de padecer cáncer de pulmón es entre un 20% y un 50% más elevado en las per- factores de riesgo más importantes, el tabaquismo es la causa de muerte más prevenible. La "epidemia" del tabaquismo mata cada año ca de una manera dramática este sonas que viven con personas fu- a 6 millones de personas, y unas intercambio gaseoso: fumar. La ni- madoras, y que la exposición al aire 600 mil de ellas son no fumadoras cotina y el alquitrán presentes en los cigarrillos debilitan nuestras contaminado por el humo del tabaco pero expuestas al humo del tabaco. produce un aumento del 30% en el En la Argentina mueren al año defensas, permitiendo la entrada riesgo de sufrir enfermedades car- unas 40.000 personas por causas de gérmenes. Es por eso que los diovasculares. Si una persona vive con alguien que fuma ·un paquete vinculadas con el tabaco, lo que fumadores sufren más infecciones respiratorias que los no fumadores. convierte a nuestro país en el tercer consumidor de tabaco de América Esa es la situación más favorable. diario. está "fumando" también nueve cigarrillos por día. En el otro extremo se encuentra el El tabaquismo es una enfermedad Por este motivo, nuestro país re- cáncer de pulmón, una grave enfer- que involucra tanto una dependen- glamentó finalmente en el año 2013 medad con alta incidencia entre los fumadores. Fumar también genera cia física como psicológica. El taba- la ley 26.687, que regula la publi- co es adictivo debido principalmente a su componente activo, la nicotina, cidad, promoción y el consumo de tabaco. Es conocida como Ley Anti- que actúa sobre el sistema nervio- tabaco y establece la prohibición to- enfermedades de tipo cardiovascu·1ar, aumentando el riesgo de sufrir Latina y el Caribe. tal de fumar en ambientes públicos, impide la publicidad y promoción de actividades por parte de empresas tabacaleras, y obliga a los fabricantes a incluir mensajes que alerten sobre los efectos nocivos para la salud que causa el cigarrillo. Todo lo que ayude a dejar de fumar es bueno. Pero la única opción · que reduce el riesgo de padecer enfermedades respiratorias a edades avanzadas es simplemente no comenzar a fumar, o en su defecto, dejar de hacerlo. Pero si sabemos que es tan malo fumar, ¿por qué hay tanta gente que lo sigue haciendo? A continuación veremos qué opinan ·e ~ los fumadores y cuáles son sus e argumentos para seguir fumando. u 1 id s de Como hemos visto, la nicotina genera adicción, pero también tiene efectos antidepresivos y de alivio de la ansiedad. Muchos fumadores dicen que el fumar les "calma" los nervios. A pesar de la fuerte campaña actual para dejar de fumar, müchas personas siguen viendo al cigarri. Jlo como un aliado contra muchos de sus problemas diarios. ·Aunque ·· parezca mentira, hay en el mundo asociaciones a favor del tabaco. En Holanda, por. ejemplo, existe un Partido de los Fumadores, y también tiay casos similares en el Reino Uni·' do, en Dinamarca y en Nueva York. En España el Partido. de los No Fu. madores tiene un programa cuyo fin principal es la prohibición total de fumar en cualquier lugar público, pero el mis· mo país tiene un Club de Fumadores por la Tolerancia, una entidad sin fines de lucro creada para generar una atmósfera de entendimiento entre fumadores y no fumadores. Uno de los puntos más polémicos sobre el derecho a fumar es el de hacerlo en el lugar de trabajo. La controversia es tan grande que algunas empresas permiten una pausa para fumarse un "puchito".. Existe una película emblemática cuyo título es más que sugestivo, Gracias por fumar (Jasan Reitman, 2005), donde el protagonista, Nick Naylor, se gana la vida defendiendo los derechos de los fumadores y de la compañía tabacalera para la que trabaja. El film muestra los mecanismos por los cuales las compañías tabacaleras consiguen sus objetivos mediante diferentes campañas publicitarias. En un momento, un productor de cine le propone a Nick que si su empresa financia una película de ciencia ficción, podrían agregar una escena donde Brad Pitt hace el amor con Catherine Zeta-Jones en el espacio, y luego de eso encienden un cigarrillo mientras ven pasar las galaxias sobre ellos. La televisión y el cine han contribuido a trasmitir un mensaje que crea falsas percepciones, tales como éxito, todas lígadas al consumo de tabaco. Regresemos a la realidad. Las compañías de tabaco gastan miles de millones de dólares en publicidad. Ellas saben que si uno comienza a fumar en la adolescencía, se convierte en un adulto fumador. Hay chicos que empiezan a fumar a edades tan tempranas como los 8 o 9 años, .y un 25% de ellos se convierte en fumador. ¿Cómo se explica esta adicción tan temprana? Muchos comienzan a fumar para parecer mayores, pero una de las causas principales es el entorno social y familiar. Si los padres de una persona fuman y sus amigos también lo hacen, lo más probable es que esa persona también lo haga. Un estudio actual indica que los jóvenes que llegan a los 15 años sin probar el tabaco tienen muchas posibilidades de no ser fumadores en toda su vida. Como has visto, comenzar a fumar o no hacerlo depende exclusivamente de cada uno. Pero una vez iniciado el vicio, tenemos la alternativa de recurrir a un profesional· médico para que nos ayude a dejarlo, y lograr así una mejor .calidad de vida. Fuentes; http://www.msal.gov,ar/index. php/programas-y-planes/82-tabaquismo; http://www.whoJntjtopfcs/ tobacco/es/ En nuestro país, en 2011, fue sancionada y promulgada la Ley Nacional Antitabaco (n.º 26.687) cuyo nombre correcto es "Regul,ación de la publicidad, producción y consumo de lós productos elaborados con tabaco". Según tu opinión, ¿las leyes de este tipo ayudan para tomar la decisión de no fumar o dejar de hacerlo? Justificá tu respuesta. b) Algunas empresas tabacaleras les agregan a sus cigarrillos, para ha¿erlos más adictivos, sustancias químicas. lnvestigá qué sustancias tienen los cigarrillos y cuáles se les agregan para hacerlos tóxicos y adictivos. Averiguá qué países lo permiten y cuáles prohíben su uso y por qué lo hacen. e} ¿Qué argumentos le darías a un fumador/a para que deje de fumar? ¿O por lo menos para que comience a considerarlo? a) Recordá 19. Respondé en tu carpeta. a} Mencioná cuáles son los pequeños vasos que llegan a cada vellosidad intestinal. b) lndicá qué sustancias se absorben por las paredes del intestino grueso y cómo se relaciona eso con la consistencia de las heces. ¿Cuáles son las afecciones relacionadas con esta actividad y qué tipo de alimentos debe consumirse para regular el proceso? e) Explicá qué es la respiración alveolar y la respiración tisular, y cuál es el objetivo de cada una. d) Mencioná tres afecciones de las vías respiratorias altas y dos de las vías respiratorias bajas. e) ¿Cómo participan el diafragma y los músculos intercostales durante las dos acciones de la ventilación pulmonar? f) ¿Cómo se denomina al estado de equilibrio interno del organismo? Relacioná 20. lndicá dónde se encuentran ubicados los dos centros respiratorios (el de inhalación y el de exhalación) que regulan el proceso de respiración. Explicá cómo se produce el control alternado de estos dos centros. 21. Volvé a mirar el esquema de la página 36 y explicá con tus palabras, en no más de seis renglones, lo que está representando en él. 22. Campará el proceso digestivo en la boca, en el estómago y en el intestino completando el siguiente cuadro. qué se debe esta diferencia. Uno de los valores no se modifica, ¿por qué? Resolvé 25. Completá la tabla teniendo en cuenta las reacciones que ocurren durante la digestión y las moléculas que se obtienen. 26. Explicá cómo compensa la homeostasis corporal el centro respiratorio si aumenta el metabolismo y se produce mucho más C0 2 en Jos tejidos. 27. Usá los siguientes conceptos, armá carteles y ordena los en un esquema que explique la respiración alveolar y la tisular. lndicá el sentido del flujo sanguíneo y el transporte de C0 2 y de 0 2 con flechas de colores diferentes. Capilares arteriales pulmonares - Cora26n - Arteriales Alveolos - Venas - Capilares venosos pulmonares Células - Arterias lnvestigá 28. A muchas personas se les ha extirpado la vesícula biliar. Teniendo. en cuenta su función, ¿qué consecuencias puede ocasionar esta ausencia? lnvestigá en qué situaciones se realiza esta operación, los riesgos que implica y los cuidados que debe tener una persona sin vesícula. 29. Buscá información sobre fa función que cumple la vitamina 812 , su importancia en la nutrición y qué puede llegar a provocar su deficiencia. 23. ¿De qué manera son transportados el 0 2 y el C0 2 en la sangre? ¿Qué efecto produce la concentración alta de co2 en sangre? 24. Observá la tabla de la página 46, compará la proporciór) de 0 2, C02y N2 en el aire inspirado y espirado. lndicá a 30. Averiguá qué es la bilirrubina y cómo se relaciona con la ictericia (coloración amarillenta de la piel y mucosas.) · Realizá Ja de Ja página 231. Punto de partida tinuaron con la clase de Educación física, pero En Educación física, los chicos comenzaron a realizando actividades menos intensas. trotar unos minutos como todas las clases. Pero el profesor Leandro notó que se cansaban rápia) ¿Por qué los chicos estaban tan transpirados damente. Ese día hacía un calor insoportable. ese día? A los cinco minutos ya estaban tan transpirados que el profe los mandó al baño a refrescarse. De · b) Explicá por qué el corazón late a mayor velocidad al hacer ejercicio. regreso, los chicos se sentaron en el banco y le e) Mencioná las tres recomendaciones que dio el comentaron que se sentían agitados, cansados y profesor para evitar la deshidratación. que el corazón les latía muy rápido~ Leandro les comentó que con ese día de tanto calor no era ; d) ¿Por qué se recomienda consumir cantidades 1 suficientes de agua? ¿Qué pasa con la orina recomendable hacer ejercicios intensos porque cuando tomamos mucha agua? ¿y cuando podrían deshidratarse. Les indicó también que tomamos poca? durante esos días tan calurosos se asegurasen de tomar suficiente cantidad de agua y de no comer . e) Explicá en pocas palabras cuál es la función del corazón y de los riñones en nuestro cosas muy saladas. Los chicos tomaron agua, descuerpo. cansaron hasta restablecer sus pulsaciones y con- • El sistema circulatorio o cardiovascular En un país, la distribución de materiales a todos los puntos del territorio se realiza mediante un sistema de rutas, caminos, avenidas y calles que se conectan entre sí. Del mismo modo, los seres humanos contamos con un sistema de distribución de nutrientes, gases y desechos que consta de conductos de diversos tamaños conectados formando una gran red de caminos por todo el organismo. Este sistema es el circulatorio, a través del cual circula un fluido llamado sangre. Además, por nuestro organismo circula otro fluido que transporta sustancias, la linfa, a través de un sistema vascular linfático del que hablaremos más adelante. El sistema circulatorio transporta el oxígeno y el dióxido de carbono, y permite el !rJerc-ªl!illjo g~9~~ ~!2~~e,L\{f:)gjg§Jl~l!!l~~s. t~rn,~s~i~s células del cuerpo,,,, y_,,"...,.,,__,_ los , ........... productos... de desecho hacia los órganos de excreción. Asi..... ' _, ~..._,,,,,.,G,,;"'"''""'"'·""'_.,_ ~.__._~...._ ~ --.._,_.,io.t.;A:,,,.,.,.,~ mismo, por la sangre circulan otras sustancias, como los anticuerpos y las hormonas. Además, este sistema participa en el mantenimiento de la homeostasis y de la temEl corazón impulsa alrededor de 80 mi de sangre por latido. El corazón de las mujeres late más rápido que el de los hombres. peratura corporal. Este si§tema se deno_mi~mbLén~si_~tema cardiovascular debido . , _ _____ *~ ~><··~~·" a que está compuesto por una especie de bomba impulsora~@~ es el corazón (de allí ~~~o-:~1~1fi6ii9g:¿_Q'rid'~~tos~tri;;p_orí~dores-d;omíl'.lad~s (por eso Vascular) y un fl~id<?jíg~_@JillDgl],..9_Ue circula impulsado por el corazón a travé~9_e_ laJ~c{Cleya;os §ªnguúie_q_shªcia.cadc¡ céii.JlaÁ!eLcue~--­ .....,.•ffcórazón es un órgano muscular dé forma cónica y del tamaño de un puño. Está ubicado por encima del diafragma, entre los pulmones, por detrás y levemente hacia la izquierda del esternón. Se compone de tres capas de tejido muscular cardíaco; la más externa corresponde al pericardio y está formada por células fibrosas y muy resistentes que recubren y protegen al corazón. Además, contiene en su interior el líquido pericárdlco, que lubrica y amortigua los movimientos cardíacos. La capa muscular media es la más gruesa, se llama miocardio y está constituida por fibras musculares resistentes con capacidad de contraerse para impulsar la sangre y mantenerla en constante movimiento. Finalmente, el endocardio es la capa más interna y proporciona elasticidad durante la contracción cardíaca. Dentro del corazón hay cuatro compartimentos, denominados cámaras, divididos por medio de paredes musculares o tabiques. El tabique principal divide al corazón en dos lados (derecho e izquierdo) y se conoce como tabi9ue aurículo-ventricular. Las cuatro cámaras cardíacas corresponden a las dos aurículas (derecha e izquierda), en la parte superior, y a los dos ventrículos (derecho e izquierdo), en la parte inferior. La sangre ilega a la aurícula derecha a través de las venas cavas (superior v Ubicación y estructura anat(imica del corazón. e inferior) y a la izquierda por las pulmonares. Luego, sale del ventrículo derecho por las arterias pulmonares y del izquierdo por la aorta. Ve,na cava superior Arteri? pulmonar Aurícula izquierda Ventrículo izquierdo Ventrículo derecho Vena cava inferior ' - - - - - Tabique aurícula-ventricular Las aurículas están comunicadas con los ventrículos correspondientes a su fado a través de los orificios aurículo-ventricular. Estos poseen, además, unas membranas elásticas, denominadas válvulas, que se abren y se cierran para controlar que el flujo de la sangre circule en la dirección correcta. El paso de la sangre desde .el corazón hacia las arterias también es regulado mediante válvulas. venas Los vasos sanguíneos Las arterias, las venas y los capilares son los vasos sanguíneos que forman el sistema vascular. Todos ellos tienen forma de tubo .hueco y presentan uria pared formada por tres capas: una interna de tejido epitelial o .endotelio (túnica íntima), una intermedia muscular y elástica (túnica media) y una externa elástica formada por tejido conectivo y colágeno (túnica adventicia). Sin embargo, la estructura y.las características de esas capas varían para cada tipo de vaso sanguíneo y se r~lacio­ na con su función. Veamos. Las arterias transportan la sangre oxigenada desde el corazón hacia el resto del cuerpo, excepto en el caso de la arteria pulmonar, que lleva sangre .sin oxigenar desde el corazón hacia los pulmones. A medida que se alejan del corazón, van disminuyendo su diámetro y se van ramificando hasta formar las arteriolas. Las arterias poseen una capa muscular más gruesa que la de las venas y gran cantidad de tejido elástico que resiste la enorme presión de la sangre que sale del corazón. Las venas conducen la sangre sin oxigenar y los productos de desecho celular hacia el corazón, excepto la vena pulmonar, que transporta sangre oxigenada desde los pulmones hacia el corazón. En su trayecto se van ramificando en vénulas más pequeñas y frágiles. Debido a que la sangre que regresa al corazón ejerce una menor presión que la sangre arterial, las paredes musculares venosas son más finas que las de las arterias. • Los capilares son pequeños vasos sanguíneos que comunican las arteriolas con las vénulas formando una red capilar. Sus paredes son extremadamente finas, por lo cual permiten el pasaje de nutrientes, de oxígeno y de dióxido de carbono y otras sustancias a través de ellas. El sistema capilar es el encargado del proceso de intercambio de gases y de recolectar toda la sangre que transporta el sistema venoso desde los tejidos. Recordá 1. Respondé en tu carpeta. a) ¿Cuáles son las funciones del sistema circulatorio en el ser humano? b) Mencioná las cuatro válvulas cardíacas e indicá Ja función de cada una. e) lndicá la función de las venas, las arterias y los capilares. Luego explicá de qué manera se · conectan entre sí. Arterias y venas principales del ser humano. Túnica íntima Túnica adventicia Válvula sigmoidea Músculo liso Túnica media Tejido [ conjuntivo elástico capilar Arteria La arteria más gruesa es la aorta y la vena más gruesa es la cava. Ambas 111iden alrededor de 2,5 cm de diámetro. Relacioná 2. Escribí en tu carpeta las respuestas. a) ¿Qué creés que podría suceder si no funcionara correctamente la válvula tricúspide? ¿Y si no fUncionara correctamente la sigmoidea aórtica? b) ¿Cómo se relaciona la respiración con la circulación sanguínea? ¿Por qué cuando hacemos ejercicio respiramos más rápido? La sangre Como ya mencionamos, la sangre es el fluido que circula por el sistema cardiovascular y en el viajan, entre otros, los nutrientes, el oxígeno, algunas hormonas, las células de defensa y hasta algunos de los medicamentos que consumimos. La sangre se considera un tejido líquido, ya que las células que la forman están suspendidas en un medio líquido llamado plasma. En el plasma se encuentran suspendidas las células sanguíneas como los glóbulos rojos y los glóbulos blancos, y las plaquetas (que son fragmentos celulares). El ser humano posee entre 4 y 5 millones de glóbulos rojos por mm3 , cifra que varía con el sexo y la edad. La mujer presenta valores normales de entre 3,8 y 5 millones de eritrocitos por mm 3 , mientras que el hombre de 4,5 a 6 millones. Una persona adulta tiene un volumen de sangre de alrededor del 7% de su masa corporal, aunque este porcentaje varía con la edad, el sexo, el peso y la altura. Asimismo, la sangre no es idéntica en todas las personas, y un modo de clasificarla es por la presencia o ausencia de· ciertas proteínas (antígenos) en la superficie de los glóbulos rojos. Así, se diferencian cuatro grupos sanguíneos principales: grupo A, grupo 8, grupo AB y grupo O. Además, existe otro sistema de clasificación que se denomina sistema Rh, el cual indica la presencia o ausencia de otro antígeno, el factor Rhesus. De este modo; quienes· tengan presente este factor se clasificarán como Rh positivos y aquellos que no lo tengan serán Rh negativos. Conocer nuestro grupo y factor sanguíneo es importante en el caso de recibir transfusiones o donar sangre. Esto se debe a que· no todos los factores son compatibles entre sí y una transfusión de un: grupo o factor no compatible puede ocasionar la rotura de los glóbulos rojos (hemólisis) con consecuencias tan graves como anemia, falla renal y hasta la muerte. Las células sangufneas Las células de la sangre se producen en la médula ósea y son liberadas al La cantidad normal de leucocitos es de entre 5.oo.o y 12.000 por mm de sangre. El 70% de los glóbulos blancos circulantes son neutrófilos, el 3% son eosinófilos, el 1 o 2% son basófilos, el 20 o 30% corresponde a los linfocitos y el 3 al 8% a los monocitos. 3 torrente sanguíneo como células o como fragmentos.' Poseen características y funciones muy diferentes entre sí. Veamos! • Los glóbulos rojos, conocidos también como eritrocitos o hematíes, son células anucleadas (sin núcleo), con forma de disco bicóncavo y de aproximadamente 7 µm de diámetro. La función de los glóbulos rojos es el transporte e intercambio de oxígeno y de dióxido de carbono en el organismo. Su color rojo característico se debe a la hemoglobina, unáproteína pigmentada que contiene dentro del citoplasma. Esta proteína también es la. responsable de sus funciones de transporte. Los glóbulos blancos, llamados también leucocitos, son células sin color que, a diferencia de los eritrocitos, contienen núcleo. Se relacionan con la inmunidad porque su función esencial es la defensa del organismo y la protección contra la acción de agentes extraños. Por eso su número en sangre aumenta cuando hay una infección. Como poseen la capacidad de moverse libremente, pueden desplazarse fuera deFtorrente sanguíneo y acudir a los distintos tejidos del cuerpo, para defenderlos :de la infección de microorganismos patógenos. Los leucocitos son un grupo celular variado que incluye diferentes tipos de glób,ulos: los neutrófilos, los eosin6\jlos, los basófilos, los linfocitos y los monocitos, cada uno con , 1 . funciones espeqíficas. • Las plaquetas son fragmentos celulares (desprendidos de células llamadas megacariocitos) que solo contienén citoplasma; se conocen también con el nombre de trombocitos. Su función es la de participar en la formación del coágulo sanguíneo (o trombo), que es como un tapón que evita la pérdida de sangre por hemorragia ante algún daño vascular,. Normalmente una persona posee entre 200.000 y 400.000 plaquetas por mm 3 de sangre. El plasma Ya te contamos que la fracción líquida de la sangre, sin los componentes celulares, se conoce como plasma. Este líquido amarillento está compuesto en un 90% de agua y en un 10% de otras sustancias como glucosa, aminoácidos, Neutrófilo Basófilo · lípidos, vitaminas, colesterol, urea, sales minerales, dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno. Además contiene proteínas, entre las cuales la albúmina es la principal y la más a.bundante. Otras proteínas en menor proporción son las globulinas, los factores de coagulación, el fibrinógeno y la heparina. También es- Eosinófilo tán presentes en el plasma anticuerpos (inmunoglobulinas), hormonas y algunas sustancias tóxicas. Las funciones del plasma son: transporte de nutrientes hacia los tejidos y de Linfocito Moncicito los productos de desecho del metabolismo celular, como urea, para ser eliminados por orina; preservación del equilibrio ácido-base del organismo; mantenimiento del pH sanguíneo entre 7,35 y 7,45;· -regulación. de la temperatura corporal y el control de la presión sanguínea y transporte de los factores de coagulación y las inmunoglobulinas. El proceso de coagulación se activa cuando se produce una lesión en algún tejido-y la sangre fluye libremente, entonces, una proteína soluble de la sangre, el fibrinógeno, se trasforma en fibrina insoluble y se agrupa con otras molécu- El plasma es el componente mayoritario de la sangre (55% del volumen total) y puede separarse de la porción celular por centrifugación. las hasta formar una malla o red tridimensional que tapa la herida. Esta red se conoce como coágulo. El líquid,o remanente de la coagulación es el suero sanguíneo. Algunas alteraciones de la sangre Cuando se desea conocer el estado de salud de una persona o confirmar un diagnóstico médico, se suele realizar un análisis de laboratorio llamado hemograma, que analiza algunos componentes sanguíneos. El aumento, la disminución o la alteración de alguno de ellos puede indicar. una enfermedad. Veamos algunos ejemplos. • Anemia: disminución del número de · glóbulos rojos y de la cantidad de hemoglobina. Hay distintos tipos de anemia según la causa, por ejemplo la anemia ferropénica se produce por una deficiencia de hierro. • Leucopenia: disminución marcada en .el recuento de los glóbulos blancos. Las causas incluyen quimioterapia, lupus, cáncer o ciertos medicamentos. • Leucocitosis: aumento en el número de leucocitos en sangre que suele estar .relacionado con procesos infecciosos o.situaciones de estrés. • Plaquetopenia: disminución del número de plaquetas en sangre, lo que se asocia con problemas de coagulación: Recordá 3. 1. Vaso sanguíneo lesionado. 2. Aglutinación de las plaquetas. 3. Transformación del fibrinógeno en fibrina. 4. Formación del coágulo de fibrina. Normalmente la sangre fluye y no se coagula en el interior del organismo debido a la presencia de una proteína anticoagulante, la heparina. rojos, cantidad de leucocitos, cantidad de plaquetas ·" Respondé las siguientes consignas. · y porcentajes de: neutrófilos, eosinófilos, basófilos, a) linfocitos y monocitos. Mencioná las tres células sanguíneas. Luego, para cada una de ellas indicá alguna característica que ·1a identifique y su función específj9a, b) 5. Con la tabla del ejercicio anterior y lo que estudiaste, lndicá la diferencia en~re sangre,.plasma y respondé: suero. a) ¿Qué le ocurriría a una persona que tiene 50.000 plaquetas/mm 3 ? Resolvé 4. b) una tabla de valores normales para los componentes sanguíneos por mm 3 de sangre: cantidad de glóbulos ¿Qué le estará ocurriendo a una persona que tiene 15.000 leucocitos/mm 3 ? Utilizando la información de estas dos páginas armá e) Si una persona sufre de leucopenia, ¿qué parámetro de la tabla se vería afectado y de qué manera? Circuito de circulación sistémica Región superior del cuerpo_ La circulación sanguínea Como podés observar en la i)ustración de la izquierda, la circulación de la sangre realiza dos recorridos o circuitos dentro del cuerpo humano: uno menor y otro mayor, por eso se dice que es una doble circulación. Circuito menor o pulmonar: se denomina así porque es ~ ~ co, o, Esquema de 1 . os circuitos mayor y menor . La c1rculació h · n umana·es cerrada doble Ycompleta. ' "to cortQ~n­ ~el-wrazQD_yJ_o_s_¡~-~-~~mes, ~ obj~~~,<?~~ena~~~gre. Desde la aurícula derecha pasa la sangre sin oxigenar al ventrículo derecho atravesando la válvula tricúspide. El ventrículo derecho impulsa la salida de la sangre hacia la arteria pulmonar que llega a los pulmones. Allí ocurre el intercambio gaseoso alveolar que oxigena la sangre. A través de las venas pulmonares, la sangre oxigenada vuelve al corazón ingresando en la aurícula izquierda. • Circuito mayor o sistémico: se denomina así porque es un circuito largo entre et corazón y el res!Q_QeLcuer.pe,e011-el-el:lj@tfü:ó:::ile llevar ox1geno a·cadaCéíWa daLurg~. La sangre oxigenada de la aurícula izquierda pasa a través dé Ja válvula mitral o bicúspide y llega al ventrículo izquierdo. Desde allí es distribuida a todo el resto de los tejidos del cuerpo por medio de la arteria aorta, que se va ramificando en arterias más pequeñas, arteriolas y hasta capilares. En los capilares, que llegan a cada célula, se produce el intercambio gaseoso y el de nutrientes y desechos. Esta sangre "sucia" retorna al corazón por medio de las vénulas, que se convertirán en venas y, finalmente, en las dos principales venas del cuerpo: la cava superior y la cava inferior. Ambas desembocan en la ~ aurícula derecha del corazón. Ciclo cardíaco Cada latido del corazón representa una secuencia de eventos conocida como ciclo cardíaco. Durante este ciclo el músculo cardíaco se contrae y se relaja alternadamente alrededor de 75 veces por minuto, en un proceso continuo. El mecanismo de la contracción muscular cardíaca se denomina sístole y está relacionada con la expulsión. La contracción del miocardio es la responsable del impulso de la sangre. Por el contrario, la diástole corresponde a la relajación muscular y se relaciona con el llenado de las cavidades cardíacas. La presión que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos sanguíneos se conoce como presión sanguínea o arterial. Dentro del ciclo cardíaco se pueden identificar tres etapas mecánicas. Veamos detalladamente cada una de ellas. 1. Sístole a • · · las se llenanuncular: cuando las aurícu- · válvulas a • de sangre se contraen, las y bicúspid~~iculo-ventriculares (tricúspide expulsada h s~ abren y la sangre es se encont bacia los ventrículos que ra an relajados. . 2. Sístole ventricular: los ventrículos se contraen, la· presión interior aumenta y las válvulas se cierran impidiendo el retorno de la sangre a las aurículas. Ventrículo izquierdo Válvulas aunculo-ventriculares 3. Diástole: se abren las válvulas sigmoideas· ·y la.sangre es expulsada desde el ventrículo izquierdo hacia la arteria aorta, y del ventrículo derecho hacia la arteria pulmonar. Una vez que los ventrículos se vacían y se relajan, la presión interna disminuye y las válvulas sigmoideas se cierran evitando el retorno de la sangre arterial al corazón. Las aurículas, que estaban relajadas, se llenan y las válvulas aurículo-ventriculares se abren. El ciclo se inicia nuevamente. Los caminos de la sangre ••••••••O••••Oooo•o•oooooo-.oouoooOooooo•ooooouoo•••oo•••oooooooooooooooooooo•ooooouuoonouoooooO•oooo . . oooooOOoo•OoHoOooooo•oooooo•••oOoooooooouooooooooooooOooo•oooooo•ooouoooouooooooooooHo.ooooooooooooooouoo Durante milenios los egipcios, los griegos y los Francia, Alemania e Italia para informarles sus romanos no tuvieron conocimiento alguno sobre la descubrimientos. Uno de estos médicos, el doctor circulación de la sangre. En la Antigüedad, supo- Matteo Realdo Colombo, investigó la circulación pul- nían que las arterias solo contenían aire y que el . monar propuesta por Servet, y no solo la comprobó órgano que producía la sangre y la suministraba sino que además reveló la existencia de válvulas al resto del organismo era el hígado. Pero en el cardíacas que regulaban el flujo sanguíneo. siglo 11 apareció Galeno, un médico y filósofo griego que ejercía .como médico de los gladiadores de la antigua Ciudad de Pérgamo, y comenzó a realizar experimentos. Así pudo reconocer que el .corazón era una masa muscular que funcionaba como una ¿Por qué Servet habrá incluido sus descubrimientos sobre /a circulación sanguínea ·en un documento teológico? ¿Qué actitud clave salvaguardó sus /ogros? bomba, planteó una conexión entre el corazón y los pulmones a través de las venas y arterias pulmona- Fue el genial médico y profesor inglés William res, y sugirió que estas transportaban sangre y no Harvey, a finales del año 1600, influenciado por aire. Sin embargo, seguía afirmando que era el hí- Descartes, quien se preguntó cómo era posible gado el responsable de la formación y distribución que del corazón saliera solo sangre recién produ- de la sangre al resto del cuerpo. cida. Si era realmente así, el organismo se vería obligado a producir y consumir dos veces su peso ¿Por qué en aquella época suponían que por las arterias y venas pulmonares circulaba aire? por hora. Planteó entonces que la sangre debía fluir en un circuito continuo que era corazón arterias - venas - corazón y realizó mediciones Los descubrimientos de Galeno. permanecieron cuantitativas del flujo sanguíneo, registrando que ocultos hasta que en el año 1546 elmédico .espa- el corazón late a un ritmo promedio de 70 veces ñol Miguel Servet se asombró al detectar que no por minuto, bombeando en ese lapso alrededor .había poros en el tabique que separaba los ventrí- de 2 kg de sangre. También explicó el sentido de culos, como aseguraba Galeno, sino que la sangre . la circulación venosa hacia el corazón, contrario a pasaba del lado derecho hacia el izquierdo a través lo que se creía, obstruyendo una vena en el brazo de la arteria pulmonar y el pulmón. Así realizó un y comprobando que se interrumpía el flujo sanguí- hallazgo genial: la circulación menor o pulmonar. neo en el codo pero no en la muñeca. En 1628 · Curiosamente, estos escritos fueron publicados publicó todos sus descubrimientos en un tratado por Servet dentro de un texto teológico, ya que con- sobre el movimiento del corazón y la sangre; el sideraba que el alma humana estaba en la sangre. cual concluye con un concepto estático del orga- Lamentablemente, estos textos también incluían ·. ideas religiosas que ponían en duda la Trinidad y nismo y dio lugar al nacimiento de la fisiología, el significado del bautismo. Católicos. y protestan- que ayudó a investigar las relaciones entre órga:nos y sistemas . . tes tomaron como herejía semejante'atrevimiento de Servet y la Inquisición lo condenó a morir en ·. 1.a hoguera. Se habría perdido un gran aporte científico de este genial investigador si no fuera porque años antes de su muerte se contactó con colegas de ¿Por qué al obstruir la vena del brazo se interrumpía el flujo en el codo y no en la muñeca? ¿Qué demostró Harvey con esta experiencia? Averiguá qué prueba decisiva aportó Marce/lo Malpighi a la teoría de Harvey. .1 ~ Atterac1ones circulatorio Las alteraciones del sistema circulatorio pueden aparecer tanto en el corazón como en los vasos sanguíneos. En general están relacionadas con ciertos factores El camino alternativo de riesgo, como los malos hábitos nutricionales, las adicciones (tabaco, alcohol), el sedentarismo y la escasa actividad física. Sin embar~o, también existen causas La palabra bypass proviene del inglés Yse refiere, en general, a una derivación. Por ejemplo, el baipás coronario, el baipás gástrico (cirugía de derivación gástrica) y el baipás cardiovascular (técnica que suplanta temporalmente la función del corazón Y los Pulmones durante una cirugía). También la palabra bypass es utilizada en informática para referirse a una forma de esquivar un sistema de seguridad informático, como también un enfoque distinto para solucionar un Problema informático. genéticas y hereditarias. Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo, afectan por igual a ambos sexos y más del 80% se produce en países de ingresos bajos·y medios. Veamos una descripción de alguna de estas afecciones del sistema cardiovascular. Hipertensión: se trata de la elevación de la presión arterial (fuerza ejercida por la sangre circulante sobre las paredes arteriales) en forma persistente. Las causas más frecuentes son el estrés, la obesidad, el consumo de alcohol o tabaco y las dietas con exceso de sodio y pobres en potasio. Los daños que produce la hipertensión, si no es tratada, son muy graves y afectan a las arterias, al corazón, los riñones y al cerebro. La presión sanguínea elevada implica un trabajo intenso del corazón; lo que-produce un aumento de su tamaño y una consecuente insuficiencia cardíaca. Además, aumenta el riesgo de formación de coágulos y puede causar el rompimiento de las paredes arteriales. El control periódico de la presión arterial permite la detección temprana de esta afección. Su medición tiene en cuenta dos valores normales: el sistólico (de 120 mmHg) y el diastólico (80 mmHg). · ' · Arterioesclerosis: es un término general que se utiliza en medicina para referirse a la obstrucción de las arterias por la acumulación de grasa, que forma una placa en sus paredes internas e impide la circulación normal de la sangre. Esto provoca un endurecimiento de las paredes arteriales y una disminución en el diámetro de los vasos. En ciertas ocasiones esa placa puede desprenderse y formar un coágulo que llega a taponar los vasos, ocasionando daños severos· o incluso la muerte. Aunque es más común en personas de edades avanzadas, las dietas ricas en grasas son un factor de riesgo a cualquier edad. • Infarto agudo del miocardio {IAM) o infarto cardíaco: el infarto es el daño o lesión del tejido del corazón producido en forma súbita o aguda por alguna obstrucción en las arterias coronarias, que son las arterias internas del corazón. Esto impide que el corazón reciba la cantidad suficiente de sangre. Un síntoma característico es el fuerte dolor en el pecho, en el cuello y en los brazos. Cuando La cantidad de pulsaciones en un minuto se denomina frecuencia cardíaca y varía con la actividad que realicemos. En reposo la frecuencia cardíaca es de entre 70 y 90 pulsaciones por minuto, mientras que en un ejercicio intenso puede llegar a 150. la obstrucción coronaria no llega a causar la lesión muscular del corazón pero genera los síntomas mencionados, suele diagnosticarse angina de pecho. El bypass coronario es una de las técnicas quirúrgicas para despejar las arterias ocluidas y restaurar la irrigación arterial. Este consiste en la inserción de otro segmento de unavena, arteria o material sintético que forme un puente o dese viación vascular gue restablezca la circulación normal. • Accidentes cerebrovascul.ares (ACV): este término médico se suele conocer también como infarto cerebral o ictus y se caracteriza por una deficiencia neuro. lógica a causa de una gran disminución del flujo sanguíneo cerebral. Esto puede . ' deberse al bloqueo de alguna arteria cerebral por la formación de un coágulo o la compresión de un tumor, también debido a una hemorragia resultante de la rotura de un vaso sanguíneo o a una aneurisma. Sus síntomas dependen del área cerebral afectada, y pueden ser tanto síntomas motores como sensoriales. En la actualidad, el ACV constituye uno de los problemas de salud más importantes y generalmente va acompañado de arterioesclerosis e hipertensión. Es la primera causa de discapacidad neurológica y la segunda causa de muerte en la Argentiné) y en el mundo. El sistema linfático El espacio entre las células se llama espacio intersticial. Por los capilares se filtra parte del plasma hacia este espacio formando el líquido intersticial, que provee de nutrientes a las células y recibe sus desechos. Una red de vasos que se originan en los espacios intercelulares regula el volumen de estos líquidos y constituye el sistema linfático. Veamos sus componentes. Linfa: líquido similar al plasma que recorre el intersticio de nuestro organismo. Está formada por un_. poco g~~.aogr~~y_Q_f:!__Q!r,92.J[~ ~s; • los más finos son lqs capilares linfáticos y los más gruesos Ganglios son los conductos linfáticos. 411 G;;g~os:··somüs-'organos que filtran la linfa y eliminan las sustancias nocivas. Además contienen células ir:l!:lJ.!JD..t!fili~q!J.e.-destt~~Ó al:&'.C:~s C'."~ ~-"-,.,__,~1%1v--M.~~1''tr.J1:_.,.,...,,\\-\--.~'"'' - infecciosos, como virus y pacterias. Se encuentran en lugares específicos,' como __ ----~·'"'''_"""'_,......, ,...,.....~,,,,._"~~l"">i\<¡ 'Cuello, axilas, ingle, centro del tórax y abdomen. Cuando se produce una in- ,_...,~~_..._ fección, las células inmunitarias. se multiplican y producen el-agrandamiento o ~ , ~~~M"'Y''il:c'~-w.,,;i>;.~W>Mhl~\WiA'~l~"i'.""1-tWM;\11~~\""'fi\'i'M\\\~ inflamaCTOn de los gilllg_~JLQfátlcPs. · ó'"iianos linfoides o linfáticos: son órganos que producen -. .~Vlll!0 .o activan los linfoci- ~-~~~~~~~~~ tos, glóbulos_blaf2SOS. ™articipan de_la defe~sa del organism.o. Los linfocitos se producen en 1¡;¡ médula ósea 'y luego migran al timo, en ;el cual terminan su maduración. Tanto la médula ósea como el timo se consideran órganos linfoides primarios. El bazo y los ganglios linfáticos -ya mencionados- se consideran órganos linfáticos secundarios, en los cuales se produce la activación de los .,.linfocitos y se desencadenan reacciones inmunológicas (de defensa). <.El líquido intersticial ingresa en el sistema linfático a través de los capilares. La nfa viaja a través de vasos ,y conductos linfáticos y en su flujo arrastra toxinas, gérenes.y moléculas grandes (proteínas y grasas). En los ganglios linfáticos se filtran s partículas nocivas. Los vasos linfáticos desembocan en conductos linfáticos ayores, que vierten su contenido al torrente circulatorio. La circulación de la linfa epende de la presión del sistema 'circulatorio y del movimiento de los músculos. . Bajar 3gde sal al día evita 6.000 muertes al aM El Ministerio de Salud de la Nación revela que con disminuir 3 gramos el consumo diario de sal de mesa "se evitarían 6.000 muertes, 13.000 casos de ACV y 14.000 infartos al año" en la Argentina, al bajar los casos de hipertensión arterial (HTA), que en el país es padecida por el 34% de la población mayor de 18 años. De ellos, el 48"/o no recibe el tratamiento ya que el 33% desconoce su condición de hipertenso y el 15% que conoce su diagnóstico no sigue las indicaciones.médicas, precisó el Ministerio de Salud. "Si se reduce el consumo de sodio, la íngesta de alcohol, se elimina el tabaco y se adquieren hábitos de vida saludable, baja notablemente el riesgo de contraer enfermedades cardíovasculares, cerebrovasculares Y renales", aseguró la subsecretaría de Prevención y Control de Riesgos, Marina Kosacoff. Fuente: Télam, lunes 20 de mayo de 2013. La función del sistema linfático es recuperar el exceso de líquido y proteínas de los tejidos y devolverlos a la circulación sanguínea. La práctica regular de ejercicio físico favorece el retorno de la sangre al corazón y el movimiento de la linfa. • Teniendo en cuenta los porcentajes que se mencionan en el artículo y considerando que la población argentina mayor de 18 años es de alrededor 26 millones, calculá: ./ Cuántas personas sufren HTA y cuántas de ellas no reciben tratamiento. ./ Cuántas personas desconocen su condición de hípertensas y cuántas no respetan las indicaciones médicas. ; : 1 · . • ¿Por qué _en el artículo se asegura que al disminuir los casos de hipertensión arterial se evitarían muertes, ACV e infartos? ¿Cómo ·se relacionan estas patologías? • Explícá cómo se vincula el consumo de sal de mesa con fa hipertensión arterial. ¿Qué medidas se han tomado desde el Estado con respecto a este tema? ¿Qué otras medidas propondrías? La excreción en el ser humano Glándula sudorípara i La piel está constituida por dos capas principales: la epidermis (externa) y la dermis (interna). En la epidermis están las glándulas que participan en la excreción: sudoríparas (producen sud~r) y sebáceas (producen grasa). Mantener en equilibrio la composición de la sangre y el resto de los fluidos corporales, hace necesario eliminar todas aquellas sustancias que puedan comprometer la homeostasis. ¿Te acordás?, lo estudiaste en el capítulo 2. El cuerpo humano cuenta así con diversos mecanismos de excreción que aseguran la efectividad del proceso de eliminación y esto es de suma importancia para mantener el equilibrio interno y, en consecuencia, la salud del cuerpo humano. Usemos ·úna analogía que ayude a comprender mejor la relación entre la excreción y la homeostasis. Imaginemos que el recolector de residuos deja de llevarse toda la basura que generamos nosotros y nuestros vecinos, entonces esta comienza a acumularse en las calles, se descompone, larga olor y se llena de microorganismos, insectos y ratas. Obviamente termina por contaminar el ambiente y enfermar a quienes vivimos en él. Del mismo modo, si nuestro cuerpo no "saca la basura" que genera como consecuencia de los procesos metabólicos, ocurrirá un desequilibrio en nuestro medio interno y nos enfermaremos. Los diversos mecanismos de excreción, junto con la actividad de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio, completan la nutrición en el ser humano. Los desechos generados en las células circulan en el torrente sanguíneo a través de las venas hasta los distintos órganos que realizan el proceso de excreción. •1 Órganos de la excreci0n las lágrimas son producidas por las glándulas lacrimales. Están compuestas por agua, cloruro de sodio y albúmina. Su función es lubricar y limpiar el ojo, Yprotegerlo de agentes nocivos. Los principales órganos que realizan el proceso de excreción son: la piel, los pulmones y los riñones. A diferencia de estos órganos, el .hígado (del que hablamos en el capítulo 2) no se encuentra comunicado directamente con el exterior, pero igualmente contribuye en la función excretora procesando todas aquellas sustancias tóxicas resultantes de los procesos celulares. En este capítulo nos dedicaremos a estudiar la función excretora de la piel, de los pulmones y de los riñones. • Piel: es el órgano más extenso de nuestro cuerpo y funciona como barrera de protección contra la desecación y los agentes externos (virus, bacterias, partículas de polvo, estímulos mecánicos, etc.). Además, constituye una defensa frente a las radiaciones nocivas, participa en el control de la temperatura corporal y en la eliminación de desechos. En nuestra piel se encuentran distribuidas una gran cantidad de glándulas sudoríparas (alrededor de tres millones), pero en algunas zonas son más abundantes, como en las axilas, en la frente, en la palma de la mano y en la planta del pie. Estas glándulas son las responsables de producir el sudor, ún líquido transparente constituido en su mayor parte por agua y entre un 5% y un 10% de sales minerales y otras sustancias producto del metabolismo celular. Mediante el sudor se eliminan numerosas sustancias nocivas, por ejemplo, el exceso de alcohol, ácido úrico, mercurio, etcétera. • Pulmones: en el capítulo 2 estudiaste que la función de los pulmones es recibir y contener el air('j para que se realice el intercambio gaseoso. Entonces, en ellos se elimina la mayor parte del dióxido de carbono (C0 2) y agua, productos de la · respiración celular. Los órganos que los comunican al exterior son la nariz y i la boca. i Riñones: son 19s principales órganos excretores en el ser humano y participan en el mantenimiento de la homeostasis regulando el volumen de agua y de sales. Se encargan de eliminar la mayor parte de los desechos nitrogenados, como la urea y el ácido úrico, que son muy tóxicos para organismo. En las siguientes •.¡¡:; páginas nos centraremos en el sistema de excreción renal o sistema urinario, ·~ sus componen.tes, estructura y funciones. Pelvis renal El sistema urinario realiza el filtrado selectivo de la sangre. ¿Qué significa esto? Nefrón Que cuando la sangre pasa por los riñones, algunas sustancias presentes en la sangre se eliminan y otras no, lo que permite regular las concentraciones de agua, sales y de metabolitos en el líquido extraceiula:-. i_os componentes principales de este sistema son los riñones y las vías urinarias. Los riñones son dos órganos ubicados en la región lumbar, a ambos lados de la columna vertebral. Tienen forma de poroto, son de color rojo oscuro y su tamaño Cáps0la renal Columna de Bertin Vena renal Corteza es el de un puño cerrado. Sobre ellos se encuentran las glándulas suprarrenales \ o adrenales, que segregan hormonas que estudiaremos más adelante. En su inte- l rior se encuentran los nefrones, que son las unidades estructurales y funcionales ) 1 j a través de las cuales se filtra la sangre. Analicemos ahora cómo están compuestos los riñones. Cada uno tiene una cápsula renal que recubre el riñón y está formada por una membrana externa delgada y muy ureter , Corte transversal de un riñón. resistente; debajo de la cápsula está la corteza, de textura lisa y color rojizo, que es la porción más externa y gruesa del riñón. En ella se encuentran los corpúsculos renales, Vena cava Aorta Glándulas componentes de los nefrones donde ocurre la filtración de la sangre. Luego sigue la médula, el tejido interno del riñón, de aspecto fibroso y de color marrón rojizo. Allí se encuentran las pirámides renales, unas estructuras cónicas que están formadas por los túbulos renales (partes también de los nefrones). Finalmente, la pelvis renal es la Vena renal Arteria renal cavidad interna del riñón que se comunica con el hilio (abertura por donde pasan los vasos sanguíneos, los linfáticos y los nervios) y con las columnas de Bertin, que son unas proyecciones alargadas que conectan directamente el hilio con los uréteres. Allí se encuentran los cálices renales, estructuras con forma de copa que recogen la orina producida en las pirámides de la médula y la conducen hacia los uréteres. Una persona adulta elimina aproximadamente 1,5 litros de orina por día. Los uréteres, junto con la vejiga urinaria y la uretra, son las vías urinarias que conducen la orina formada en los riñones hacia el exterior del organismo. Veamos cada uno de ellos: Uréteres: son dos conductos que comunican la pelvis renal de cada uno de los riñones con la vejiga. Pueden medir hasta 30 cm de longitud. Vejiga: es un órgano hueco, muscular y elástico, cuyas paredes se distienden para acomodarse a la cantidad de líquido. Recibe la orina desde los riñones, a través de El sistema urinario funciona como una eficiente red de filtración. selección y eliminación de sustancias de desecho. los uréteres, y la almacena hasta su eliminación por la uretra. Cuando la vejiga contiene un volumen de entre 300 y 350 mi de orina, se estimula la sensación de micción. Uretra: es el conducto membranoso que transporta la orina desde la vejiga hacia el exterior. El orificio externo de la uretra está formado por un esfínter que controla la salida de la orina a través de un orificio llamado meato urinario. Esta función de la uretra es común a ambos sexos; sin embargo en el hombre también este conducto forma parte también del sistema reproductor, ya que a través de él es expulsado el semen. Recordá sistema renal, riñones, nefrones, vías urinarias, uréte- 6. res, vejiga urinaria y uretra. Resolvé en tu carpeta. a) ¿Cuál es la función del sistema de excreción en· el ser humano y qué podría ocurrir si no funciona 8. Construí una tabla en tu carpeta donde menciones la ubicación y la función de cada una de las siguientes correctamente? b) ¿Cuál es la función del sistema de excreción renal? partes del riñón: cápsula renal, corteza renal, médula e) ¿Qué función cumple e! sudor y qué lo produce? renal, pelvis renal e hilio. Relacioná lnvestigá 1. S. Armá con los siguientes conceptos una red conceptual: Averiguá por qué cuando funciona mal el hígado, nuestra piel y mucosas adquieren un aspecto amarillento. Escribí tu conclusión en la carpeta. Cápsula de Bowman Túbulo colector Asa de Henle Detalle de un nefrón. Cada riñón humano consta de aproximadamente, 1.300.000 nefrones, y filtra diariamente cerca de 200 litros de sangre, de los cuales se reabsorbe casi el 99% con sustancias que le son útiles al organismo. Función renal La función principal de los nefrones es filtrar la sangre para regular el agua y las sustancias solubles en ella, reabsorbiendo lo que es necesario y excretando el resto. El nefrón, como ya te· comentamos, es una estructura con funciones diferentes en cada tramo, en los que se distinguen dos partes principales: el corpúsculo renal y el túbulo renal. El corpúsculo renal filtra la sangre que llega al riñón y está constituido por la cápsula de Bowman, una estructura en forma de copa que envuelve el glomérulo renal, formado por un ovillo de capilares sanguíneos. Luego una serie de conductos constituyen el túbulo renal y se dividen en tres segmentos. El más cercano a la cápsula de Bowman es el túbulo contorneado proximal (TCP). Desde allí continúa el asa de Henle, cuya rama descendente se interna en la médula. Su rama ascendente se conecta con el túbulo contorneado distal (TCD). El último tramo corresponde al túbulo colector, que recibe el resultado de la filtración. Formación de la orina Nuestro sistema excretor deja pasar las sales, como la sal de mesa, y reabsorbe la glucosa (carbohidrato). El proceso de formación de la orina consta básicamente de tres pasos: • Filtración glomerular: la sangre ingresa en el corpúsculo renal por la arteriola aferente y llega a los capilares del glomérulo con una elevada presión. Debido a esto, ciertas sustancias se filtran desde el vaso sanguíneo hasta la cápsula de Bowman. El líquido filtrado contiene aminoácidos, glucosa, agua y sales minerales, pero carece de proteínas, glóbulos rojos, blancos y plaquetas que permanecen en la sangre. Reabsorción tubular: en los túbulos se reabsorben muchas sustancias que han sido filtradas por el glomérulo y que vuelven a la sangre. La mayor parte de la glucosa, los aminoácidos, el bicarbonato, el sodio y el agua son reabsorbidos por el TCP. Al igual que parte de la urea, el ácido úrico, el calcio, el fosfato, el cloruro, el potasio y el magnesio. En la rama descendente del asa de Henle se reabsorbe el agua y así se concentra la orina. La rama ascendente, por su parte, es impermeable al agua pero reabsorbe sodio y cloruro, diluyendo la orina. En el TCD se reabsorbe una pequeña fracción de sodio, cloruro, potasio y agua. Finalmente, en el túbulo colector se reabsorbe el sodio, el cloruro, el potasio, el hidrógeno y el amonio. La urea no es reabsorbida en el TCD ni en el túbulo colector debido a su baja permeabilidad. • Secreción tubular: durante la formación de la orina también ocurre un proceso de secreción tubular mediante el cual ingresan sustancias de desecho desde los capilares. Sustancias como la urea, el amonio y los antibióticos son eliminadas por la orina a través de procesos de secreción. De este modo se regula el pH sanguíneo y se eliminan las sustancias tóxicas y en exceso que perjudican el organismo. Finalmente la orina se concentra, según las necesidades del organismo, para el mantener la homeostasis, conservar el volumen sanguíneo, la temperatura corpqral y el balance hidrosalino. Filtración ----"'--Filtrado inicial - - - Secreción activa Vejiga urinaria Una orina normal es estéril (ausente de microorganismos) y se compone de 95% de agua, 3% de urea y de ácido úrico, y 2% de minerales (sodio, cloro, amonio y creatinina). La glucosa no es excretada en la orina sino que se reabsorbe completamente. ol de !a función renal ·dos nos pasa que, después de transcurrido cierto tiempo, necesitamos arito se debe a que la vejiga almacena orina hasta que el volumen supera los 3 entonces la tensión de sus paredes estimula receptores que envían un 'ue desencadena la micción. Este acto reflejo es controlado por el siste- i~so autónomo, que provoca la relajación de los esfínteres de la uretra y la ión de los músculos de la vejiga. De ese modo se promueve la necesidad ;el vaciamiento y la expulsión de la orina. ' visto que existen variaciones en la cantidad y el color de la orina, enómo se-controla la cantidad de orina que producen los riñones? ¿Puede omposición? Existe un control nervioso de la excreción, a nivel.del hipo. nde se encuentran los centros de la sed-, y un control hormonal que b(monas como la vasopresina, la renina y la aldosterona. 'esina u hormona antidiurética (ADH) se almacena en la neurohipófisis ada a la circulación sanguínea cuando se activan receptores químicos ceptores) ante el aumento en la concentración de sustancias del plasíneo. Entonces, la ADH favorece la reabsorción del agua en el nefrón, na orina más concentrada y, en menor cantidad, y disminuye la con- >de sustancias en sangre. También interviene ante la diuresis, es {:lo se elimina exceso de agua en la orina. Aunque el reflejo de micción es regulado por el sistema nervioso autónomo, puede ser controlado voluntariamente por la persona cuando se vuelve un acto consciente, es decir, a partir de sus dos años de vida. s segregada por células específicas del riñón cuando se produce una de la presión arterial en los vasos sanguíneos renales: Produce la cción de las arteriolas renales, lo que eleva la presión arterial e increración y la excreción renales . .ona es secretada por la corteza de las glándulas suprarrenales ante µción de la presión arterial. Su función es aumentar la reabsorción lo y de agua y, de ese modo, aumenta la cantidad de plasma sanguíva la presión arterial. nes renales causan un deterioro gradual con consecuencias muy granfermedades, como la diabetes y la hipertensión, pueden conducir 1, estas afecciones están causadas por infección con distintos mi,.como la E. coli y los estreptococos, y suelen ser más comunes en imo por ejemplo la cistitis. En el síndrome nefrótico él sistema de lla y muchas proteínas pasan a la orina. Los cálculos renales son o de ácido úrico que se depositan en los riñones provocando muntomas suelen ser un dolor intenso en la espalda, orina con sangre nte al orinar. La insuficiencia renal se produce cuando existe una riñón para filtrar los desechos. Los tratamientos indicados son la plante de riñón. á La máquina de diálisis consiste en un largo conducto de paredes semipermeables (filtros) por donde se hace circular la sangre del paciente. Los filtros retienen las sustancias de desecho y purifican la sangre, que vuelve al paciente. _ Relacioná .lizá las siguientes consignas. ; Mencioná cÚáles son las tres fases básicas del 1 11. Explicá qué tienen en común la glucosa, las proteínas y los glóbulos rojos en relación con el sistema llrinario; proceso de formación de la orina y la importancia de cada una de ellas. lnvestigá ¿Cuál es el objetivo del proceso de concentración de la orina? 12. Buscá información sobre la insuficiencia renal, las me- lndicá cuáles son los responsables del control nervioso y hormonal de la excreción renal. didas de prevención y los tratamientos. Con lo recolectado, armá un boletín informativo para su prevención. Eje Nuestro corazón es una bomba quetrab · d'1 aja Ynoche, llevando y trayendo las·angre de todos los órganos a través de 1os vasos sanguíneos. Late con un n·tmo que alterna perio, dos de contracción y de relajación. Esta armonía de latidos se llama ritmo cardíaco, Yse denomina arritmia la Pérdida de esta armonía. Según la edad, nuestro corazón late con una determinada frecuencia cardíaca. Así, cuando somqs ninos ·- la frecuencia es ª ª de ?O a 120 latidos por minuto y, al ir creciendo, disminuye de 50 a 100 latidos po r minuto. · . Un caso especial 10 constituyen los atletas entrenados, que tienen entre 40 a 60 latidos por minuto· li0 d0 esto, en reposo. Porque cuando nos ejercitamos, · · nuestro corazón late de manera más acelerada. . Hacer ejercicio físico mejora y mantiene la Salud Yel bienestar de la personas. En general, realizamos alguna actividad para. f ortalecer nuestra musculatura, mejorar el sistema card' iovascular, desarrollar habilidades dep0 rr . ivas, ba1ar o mantener el peso o como juego. Pero el ejercicio físico también mejora el funcionamiento de nuestra mente, la memoria y la rapidez de razonamiento. Esto ocurre porque aumenta el flujo de sangre y oxígeno hacia el cerebro. Además, la práctica deportiva ayuda a prevenir enfermedades como la obesidad, la hipertensión y la diabetes. Ahora debemos destacar un punto crucial de la práctica deportiva. Antes de comenzar con cualquier tipo de actividad, hay que consultar a un médico especialista, y debemos hacernos una serie de chequeos previos tales como test de esfuerzo y electrocardiograma. Cada persona es diferente y solo un profesional nos puede guiar y controlar antes de iniciar una nueva actividad. Si el ejercicio está bien hecho, no deberían existir lesiones, pero si se producen, se debe consultar con el entrenador o el médico para que nos indiquen el tratamiento adecuado, y si podemos continuar o no con la actividad física. El punto de equilibrio en la práctica deportiva está dado por el tiempo y la intensidad del ejercicio físico. Aquí se genera el debate, sobre si el exceso de entrenamiento es perjudicial para la salud. Como veremos luego, ejercitarse es bueno, pero demasiado deporte nos puede traer problemas. Entrenarse correctamente requiere una hidratación adecuada: hay que ingerir agua antes, durante y después del ejercicio. Es fundamental realizar un calentamiento previo de alrededor de 10 minutos y estirar los músculos, o elongar después del ejercicio para no tener lesiones ní dolores musculares. ¿Cuánto ejercicio es adecuado? Lo .ideal es realizar una actividad física moderada de 30 minutos diarios, entre tres y cinco veces por semana, y descansar como mínimo un día para dejar reposar el músculo y permitir su recuperación. Según los especialistas, las personas físicamente activas reducen en un 50% la incidencia de enfermedades cardiovasculares en comparación con las sedentarias. La Organización Mundial de la Salud afirma que el sedentarismo o la falta de actividad física contribuye al 17% de las enfermedades del corazón y de la diabetes tipo 2, que es la que suele estar relacionada con la obesidad. Hacer ejercicio no solo es practicar un deporte. También lo es caminar, cortar el pasto, bailar o andar en bicicleta. Cuanto más divertida la actividad, mejor. Y si no te gusta mucho el deporte, salí a caminar o andar en bicicleta con un grupo de amigos, pero recordando siempre que el inicio de toda actividad debe realizarse con sensatez y lentamente, de lo contrario tendrás problemas como los que te contaremos a continuación. La práctica del deporte es fun- . ente, lo habrás escucha- llevar a sentir depresión y angustia, Ón de veces: "hacer ejer- todo lo contrario a lo que busca- damental para mantener un buen §ce bien", pero hay que mos cuando realizamos un ejercicio estado. Pero tanto la falta como el fíamente cuánta activi- exceso de ejercicio resultan perju- saludable. diciales para la salud. El equilibrio • para nuestra salud y ¿Cuáles son los deportes que · · r ejercicio que debe- practicados en exceso acarrean más es vital para que el organismo no se probabilidades de riesgo? Los atletas enferme. que practican deportes de resistenercicio realicemos, Jos beneficios en nes durante muchos años, pueden estética corporaL sufrir enfermedades cardíacas como .tos beneficios se arritmias. Estos deportistas hacen rjuicíos cuando ha- entre cinco y diez veces más ejerci- ísica en exceso. cio que el que se recomienda para ecuencia negativa 9eporte provoca fa Fuentes: http://www. vitonica.com/ prevencion/algunos-males-quese-desencadenan-con-el-excesode-ejercicio; http://www.elmundo . es/elmuqdosalud/2011/01/ 17/ corazon/1295261519.htfnl cia, como ciclismo o correr marato- llevar una vida saludable. Estudios recientes demuestran que un exceso continuado de ejercicio físico puede tener consecuencias negativas para el corazón y er enfermedades puede ser la causa de algunos de los casos de muerte súbita en deportistas. Se sabía que las personas que realizaban deportes de competición ~. los alimentos, la tenían un corazón diferente del res- rcicio. to, pero nunca, hasta hoy, se había ceso de ejercicio afirmado que el exceso de ejercicio bílidad de tener fuera perjudicial para el corazón. Para evitar esto, se deben realizar controles cardiológicos periódicos a los deportistas de resistencia y a todos los niños y jóvenes que empiezan a practicar ejercicio de forma continuada. da de cansancio 'iJ o despertar. egatlvamente so disminuye inas que elao. Las endor\•egregadas por i ' a) ¿Te parece mejor hacer ejercicio moderado o un ejercicio más intenso para ma11¡tener una vida saludable? Justificá tu respuesta. b} Según tu opinión, ¿las publicidades en televisión y revistas ayudan a mantener un estado físico saludable o exageran en el modelo corporal que te presentan? Debatí con tus compañeros en clase. e) ¿Cuándo un ejercicio es saludable para nuestro corazón y cuándo se convierte en perjudicial para este órgano? ¿Por qué? Recordá 13, Redactá las referencias para este acróstico. h) 14. Con los conceptos estudiados en el capítulo, en tu carpeta confeccioná un acróstico con sus referencias para el sistema excretor. Luego dáselo a tus compañeros para que lo resuelvan. 15. Resolvé las siguientes consignas en tu carpeta. a) Explicá qué es el ciclo cardíaco y describí sus etapas .. b) lndicá la función e importancia del sistema linfático. e} Explicá en qué situaciones actúan las hormonas renales y cuál es su acción. d) ¿Cómo está compuesto el filtrado resultante de . la filtración glomerular (orina inicial)? e} Explicá qué sustancias se eliminan en la orina durante la secreción tubular y cuál es el objetivo de esta etapa. 16. Escribí el nombre de las estructuras señaladas. Relacioná 17. Escribí en tu carpeta en qué se diferencian los siguientes pares de términos. a) Venas / arterias. b) Fibrina/ fibrinógeno. e} Sístole/ diástole. d) Sangre/ linfa. Resolvé 18. Utilizando los siguientes componentes del sistema circulatorio, dibujá en tu carpeta dos esquemas: el de la circulación mayor y el de la circulación menor. ÁÚrícula 'derecha - áurícula izquierda - ventrículo derecho - ventrículo izquierdo - vena cava - arteria aorta - venas pulmonares - arterias pulmonares pulmones - resto del cuerpo. 19. Analizá los siguientes casos e indicá cuáles de ellos se pueden considerar normales. En el resto señé!lá. los parámetros anormales y explicá qué puede estar fallando. a) Orina con sangre, dolor en la espalda y ardor al orinar. b) Orina abundante y muy diluida. e) Orina con presencia de urea y ácido úrico. d} Presencia de glucosa y proteínas en orina. 20. Respondé en tu carpeta. a) Explicá por qué la rama descendente del asa de Henle concentra la orina y la ascendente la diluye. b) ¿En qué.etapa de la formación de la orina y en qué segmento tubular se reabsorben la mayor parte de la glucosa, aminoácidos y bicarbonato? 21. Completá la tabla sobre las alteraciones del sistema circulatorio. e partida iene quince años. Le gusta salir con s, comprarse ropa, ir a bailar y se pasa ndo blogs donde dan "consejos" sotienen gue vestirse las adolescentes y hacer para mantenerse "en forma". ayoría de sus amigas, a ella le preocusu imagen y está atenta a toda novepeda serle útil para "estar mejor". En a bloguera, más de una vez se ha tocataratas de información sobre cómo kilos rápidamente: "Té para bajar de 'rdida de peso en pocos días", "Cómo ·os kilos en una semana y lograr una activa". Frente a esta información tan · ra, Gabriela se pregunta si todas esas promesas podrían cumplirse de manera efectiva o.si solo son meras fantasías. a) ¿A vos también te interesa tu imagen corporal? ¿Estás muy pendiente de ella? De ser así, ¿qué actitudes tomás al respecto? ;. b) ¿Qué relación encontrás entre la alimentación ' y la salud? e) ¿Creés que tener una buena imagen corporal es sinónimo de ser una persona saludable? 1 d) ¿Opinás que toda la información que aparece publicada en los blogs puede ser confiable? e) Si tuvieras dudas sobre estos temas, ¿a quién o a quiénes les preguntarías? ¿Dónde busca- · rías información? Comidas, alimentos y nutrientes Todos los días, probablemente en varios horarios (a la mañana, al mediodía, a la tarde, a la noche}, nos sentamos a la mesa para comer. Al hacerlo, no solo saciamos nuestro apetito, sino que a través de los alimentos que ingerimos con cada comida incorporamos nutrientes que nos aportan la materia y la energía para vivir. ¡Por eso comemos y es fundamental que lo hagamos! Comer es, además, un acto social por medio del cual compartimos un momento Comer de manera relajada y a gusto también forma parte de una alimentación sana. con nuestra familia, con nuestros compañeros de escuela o nuestros amigos. La comida, sobre todo en nuestra cultura, ocupa un espacio social muy importante; solo basta remitirnos a algunos ejemplos: "Hoy tengo un asado con mis amigos"; "Hoy es la cena de fin de año". En fin, los ejemplos pueden ser muchos y muy variados. Los diferentes tipos de comidas no cumplen un fin meramente nutricional; también se relacionan directamente con el placer e identifican a las diferentes culturas con sus respectivas tradiciones, por lo que muchas veces son sinónimo de identidad 5aite~{tucüman~ características del norte de nuestro país; 1as~_Q~~!"l~~hu:§(éor,nida q~ ningún turista que viene a nuestro__ país se quiere perder);}~o_u~~~~?~?Pªe~eJ una comida de origen húng~ro;~L de los pueblos. Las empanadas §1un plato típicamente japonés;~hic~~s c~chuc~!~\que comen los alei;!Lanes; o comidas tradicionales,_ qu~ ccuacterizan a la cultura judía ~i], o a la cultura árabe comó~son solo algunos ejemplos. El asado con achuras, una comida típica de nuestro país, es fuente de lípidos y proteínas. co~o~ . Luego de la lectura de estos ejemplos, te habrás dado cuenta de que la comida cumple un rol muy importante en todas las sociedades, además de tener un,fin meramente nutritivo. Ahora bien, para preparar estas comidas se necesita una serie de alimentos, cada uno de los cu¡:¡les aporta a nuestro organismo un tipo de nutriente diferente. Resulta obvio, entonces, que estos tres conceptos -comida, alimento y nutriente- tienen significados diferentes. ¿Cuáles son? Veamos. La comida es la combinación de alimentos que requiere una preparación especial en la cocina; por otra parte, los alimentos son las "materias primas" que se necesitan para cocinar. Y los nutrientes... ¿te acordás? Lo leíste en el capítulo 2: son aquellas sustancias químicas presentes en los alimentos, como el agua, los minerales y los biomateriales (carbohidratos, lípidos, proteínas y vitaminas} que nuestro organismo necesita para crecer y funcionar. Estos nutrientes cumplen diversas funciones (que verás con detalle en este capítulo) en nuestro organismo. Es importante recalcar que un solo alimento no contiene todos los nutrientes y por este motivo es necesario consumir una variada gama de alimentos, de manera tal que obtengamos la mayor cantidad de nutrientes posibles. Funciones de los nutrientes En !os capítulos anteriores aprendiste la importancia que tienen los nutrientes para las células de todos los seres vivos, ellos son fuente de materia y de energía. Para que entienoas mejor este concepto, observá la siguiente imagen: Carbohidratos (almidón) Proteínas (actina y miosina) Vitaminas (D, ácido fólico, B1, B2 y principalmente B12) Mi,ilerales Proteínas (ovoalbúmina) Vitaminas (A, E, D, ácido fólico, B1, B2, B6, B12) Lípidos (triglicéridos) Lípidos (triglicéridos) l '" te habrás dado cuenta, se trata de una comida que le gusta mucho a la mayos argentinos: milanesa con papas fritas. Para preparar esta comida se necesita uevo, pan rallado, papas y aceite: Cada uno de estos alimentos, como podés r en la imagen de la página anterior, aporta diversos nutrientes a nuestro orgaEI pan y las papas contienen principalmente carbohidratos; la carne es fuente eínas, vitaminas y minerales; los huevos aportan proteínas, vitaminas y lípidos; nte, el aceite comestible aporta lípidos. De acuerdo con la función que cumplen élulas, a estos nutrientes se los puede clasificar en tres grupos diferentes. a qué grupo corresponde cada uno de ellos y las funciones que cumplen. ntes con función energética: los carbohidratos, también conocidos como os de carbono, glúcidos o azúcares, son fundamentales porque aportan rgía necesaria para llevar a cabo fas funciones vitales, como el latido del n, la digestión, la mecánica respiratoria y la conducción de los impulsos sos. También aportan la energía "extra" que requiere nuestro organismo la realización de ejercicio físico intenso. Por otra parte, un grupo de lítos triglicéridos, conocidos comúnmente como grasas y aceites, también nte de energía para las células. es con función plástica: son aquellos que intervienen en el manteniYla formación de diversas estructuras, como las células y los tejidos gran parte del organismo. Las proteínas, por ejemplo, i11t~rvienen en la ;n y repa~ación de IÓs tejidos, por lo, . que son .. .. ' fundamentales, .. , especialurante la etapa de crecimiento, . con función regul3dora: son nutrientes, como las vitaminas y.,, los'"' mine,, -· . actúan permitiendo o no la ocurrencia de muchas reacciones químicas van a cabo en el interior de las células (estas reacciones son conoci_das ·unto como metabolismo, que·vas a ver con más detalle en el capítulo 5). fo leído, necesitamos tener una alimentación a_decuada que nos permiar nutrientes con distintas funciones. Además de ser fuente de materia .de ellos, de energía, son fundamentales para crecer, desarrollarnos, dos dañados y realizar todas nuestras funciones vitales. Pero ¿en qué demos encontrar estos nutrientes? Seguí leyendo y te vas a enterar. 0 Las pastas, como los fideos, son una comida que aporta fundamentalmente carbohidratos. ,,~ ' un alimento que aporta ' Las frutas y verduras son fuente de vitaminas y minerales. · ecordá lnvestigá • Teniendo en cuenta lo que leíste en esta página, ¿qué 2. Hacé una lista con todas las comidas típicas (q~e tipos de nutrientes se necesitarán para llevar a cabo fas identifican a diferentes países o culturas) que se cita~ siguientes funciones? en la página 72. Luego, averiguá cuáles son los alimen- a) b) Jugar un partido de fútbol. Estudiar.f'v,..Jc. 1: mentos co~tienen preponderantemente nutrientes con e} Reconstituir la piel luego de una lastimadura.'.'!;c:..<·\·•.·•. función plástica, reguladora o energética. tos que se utilizan en su preparación y si dichos ali- Com síción nutricional de los alimentos Más allá de la diversidad de comidas que se puedan preparar, los tipos de. nutrientes que están presentes en los diversos alimentos son los mismos. En la página anterior vimos que, de acuerdo con la función que cumplen, los nutrientes se pueden clasificar en tres grandes grupos: plásticos, reguladores y energéticos. Pero esta no es la única manera de clasificarlos; también se los puede agrupar por su composic1ón química y por la cantidad que necesita nuestro organismo de cada uno de ellos, es decir, por su requerimiento. Composición química Según su estructura química, 10$ nutrientes se clasifican en carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas, minerales y agua. • Carbohidratos. Están formados básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Pueden ser simples como la glucosa o fructosa, y complejos como el almidón, el glucógeno o la celulosa. Gran parte de los vegetales está constituida por carboLos cereales integrales, las legumbres, hidratos; la glucosa es una molécula que cumple una función fundamental en las las verduras y los frutos son la mejor flJente de. carbohidratos, y se asocian células ya que es su mayor fuente de energía. Por otra parte, el almidón es unª con disminuir él riesgo de padecer molécula "de reserva" que constituye una fuente de glucosa enfermedades cardiovasculares. _ ~n eLpr.Oc~~() de digestión; en éambio, la celulosa.no.tTené función nutritiva, no éu.anqg_ s_e tiWr-;ÍLza -- puede ser hidrolizada por el ser humano (carece ie-Ta~~~Tma"espe~Ífi~~) •..por" ·~~" .,. . ~. ' .. .. lp <:¡ue;se la co_nsidera una fibra alimentaria que favorece la evacuación de las ,...: heces. Algunos de los "'~º%·"11'n'ib~. aH~~nto~ ri~o~· ~~~~~bohidratos-sóñlos ce~~-~1~;{¿~7~;~:~ avena, cebada, centeno, trigo, maíz) y productos derivados de las ~_arinas _(e~ pan, las galletitas, los bizcochuelos y las pastas), las leg_~í!Jb[~ (lentejas, porotos, arvejas, garbanzo), ~j]QLQ.~.co010J,?_~9J~Lla_ batfil§1d'.Jé!~VY\é;\~ (uva, manzana, banana, mandarina). También l;:i [eche y sus derivados son fuente de lactosa, un carbohidrato. ·· ·· ·· ··· . ·-· -·-- ---~ .. ··-'"··- • Í:lpidos-:-An@áf q-~;-¡65· carbohidratos, poseen en su composición carbono, hidrógeno y oxígeno. En particular los triglicéridos son un grupo de lípidos que Los aceites, la carne, la manteca y el brindan energía a las células. También tienen función estructural ya que for- queso, entre otros, son fuente de lípidos man parte, por ejemplo, de las membranas celulares. Estos compuestos están para el organismo. presentes en todos los aceites (origen vegetal) y en las grasas (origen animal). La carne también es fuente de lípidos, en este caso de grasa. Hay que tener en cuenta que el porcentaje de grasa varía en función del tipo y la parte del animal de donde proceda la carne. En las carnes magras, por ejemplo, el contenido de grasa es menor al 10%, y en las carnes grasas el porcentaje es mayor. TambiélJ son fuente de lípidos los embutidos, la leche entera y sus derivados. • Proteínas. Son moleculas muy complejas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y _azufre (pueden también presentar átomos de hierro, cobre, cinc, etc.). Cumpl~n funciones de lo más diversas en nuestro organismo, como transportar gaseJ, acelerar la velocidad de las reacciones químicas e intervenir en la construcción de nuevos tejidos. Además, son importantes porque son fuente de nitrógeno para las células. Están presentes tanto en los v_egetales ' . . _ _ _ ,..... - - - - - - - ~·~~~-·· > ··--··- -~~-·- , , _ como los animales. Las carnes rojas, como la de cerdo y la de vaca, y las· ¿~~n~s 1 blancas, como la de pollo o el pescado, los lácteos y los huevos, son fuente de proteínas. Las proteínas de origen animal, más complejas que las de origen vegetal, aportan mayor cantidad y diversidad de aminoácidos (moléculas que constituyen a las proteínas). Estas proteínas son de alto valor biológico y contienen, aproximadamente, un 40% de aminoácidos esenciales, llamados así porque no pueden ser sintetizados por nuestras células y solo pueden obtenerse con la dieta. Vitaminas. Constituyen un grupo de sustancias muy variado que no podemos sintetizar y la única forma de que ingresen a nuestras células es por medio de los alimentos que ingerimos (ellas o sus precursores como el caso de la vitamina O). Muchas de ellas actúan como reguladores de los procesos metabólicos. Algunas, como la B, C y H, son hidrosolubles, se disuelven en agua y su exceso se elimina a través de la orina. Otras (A, D, E y K) son liposolubles, es decir, se solubilizan en lípidos, por lo que se almacenan en el tejido Carboh1dratos Lip1dos Proteínas Vítammas Minerales adiposo. Minerales. Son especies químicas, como el calcio y el hierro, que cumplen una amplia variedad de funciones '\~·-· --~ ' ··-- Jgrfnan - - ·~· • ' .~ estructu-~al;s -y~metabÓli~as~-Poraje~p-lo, - - -- - ' ·-- -·· --, - - · ~......... ' ";r Q_arte de_ Jos_ tejidos y de los_huesos. Son fundamentales en proce- sos fisiológicos como la contracción muscular, el impulso nervioso y el ritmo cardíaco. Agua. Es el componente principal en todos los seres vivos y desempeña una función fundamental. En ella se encuentran disueltas numerosas sustancias y es necesaria para que ocurran todas las reacciones químicas en las células. Cantidad de nutrientes Según la cantidad que requiere nuestro organismo, los nutrientes pueden agruparse en macronutrientes y micronutrientes. Los macronutrientes son los componentes mayoritarios de los alimentos y El magnesio es un mineral que forma parte de la clorofila, por este motivo, los vegetales son fuente de este micronutriente. los que, a· 1a vez, se necesitan en cantidad. Están representados por los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y el agua. Los primeros aportan la energía necesaria para el funcionamiento de nuestro organismo, como así también la materia prima para la construcción de nuevos tejidos y el crecimiento. Como ya leíste, el agua es el medio donde se llevan a cabo numerosas' reacciones químicas en las células. Por otro lado, las vitaminas y los minerales pertenecen al grupo de los micro- nutrientes, que si bien se necesitan en menor cantidad, no por eso son menos importantes, ya que son indispensables para un buen funcionamiento celular. El magnesio, por ejemplo, cumple un papel fundamental en la contracción y relajación de los músculos, y el potasio es importante para el funcionamiento adecuado del corazón, los riñones, los músculos, los nervios y el sistema digestivo. El calcio, por su parte, es el mineral que se encuentra en mayor proporción en nuestro organismo; el 99% está distribuido entre los huesos y los dientes, lo cual les otorga resistencia. El resto se encuentra en la sangre, los músculos y en el líquido intercelular. El calcio, entre otras funciones, interviene en la contracción El potasio, presente en la banana y en cítricos como la naranja, es importante para el funcionamiento del corazón, riñones, músculos, nervios y el sistema digestivo. de los músculos. ,Recordá \ Respondé las siguientes preguntas. \-:::- a) ¿Qué son las fibras alimentarias? b} ¿A qué grupo de compuestos pertenecen? ,. e) ¿Cuál es su función? ! a} l 3,, Rel,acioná Releé atentamente sobre los alimentos y su composi;· _.,,/ 0 ción, y respondé las consignas. .'4./ b) e) ¿Qué tipo de nutrientes se encuentra en gran cantidad en la manteca? ¿Cuál_es el nu_triente r:nás_abundante presente en 10!~)~9_1J\l~~-p~stas? ¿Qué nutrientes suministran aminoácidos que intervienen en la formación de células y tejidcis? ¿Dónde se encuentran? Nutrición en cada etapa de la vida La adecuada ingesta de alimentos es importante en todas las etapas de la vida. Independientemente de la edad, tener una alimentación equilibrada, que otorgue los macronutrientes y micronutrientes necesarios, es de fundamental importancia para mantenernos salµdables. Ahora bien, es evidente que la demanda energética del organismo no sera igual en un adolescente deportista que en un anciano, por lo que los requerimientos nutricionales varían con la edad.Y la actividad física. Veamos qué nutrientes se deben ingerir en las diferentes franjas . . etarias. -""~~-- •\Enl!~tanci?JJ~E~~J~.~-c_ión. Mundial de la Salud (OMS) recom.ienda__ que los prirrierps seitrneses del bebé sean de lactancia exclusiva. Luego se irán ·---·L··· • incorporando otros alimentos, pero la idea es que la leche materna se mante~g~- co-~o alimento al menos hasta· el año de edad)ourante este perÍ~·ao:er érec-imiento es muy rápido, el desarrollo del sístemanervioso es notable y día a díi"l~bebés avanzañ-~n~u madura"Cfóñ "motrizym-enta1:15;;;: e~~·m~ti~o. no --\ hay nada mejor que los nutrientes que brinda la leche rTíirterna, ya que es el ~ < La leche materna brinda al bebé ácidos grasos esenciales (componentes de los triglicéridos) que no pueden ser sintetizados por él, que intervienen en la ~·<.><··-- "'~~·~.....-----..... maduración del sistema nervioso. único alimento que cub~~:.Wtj92:,l-%~efl~,e~~r:nJrS~~s nutricionales en esa etap_a. Posee, aproximadamenfo,*·un 38% -de- lípidos, un 50% ge carbohidratos y un - ·----'-""" -·- =·----- -- _-,.-,.=,.,._ ~- -----~ B~ de P.Wteínas. Los bebés, además, requieren micronutrientes que se absor·- -· . . ..• ben en mayor porcentaje y con mayor facilidad cuando provienen de la leche materna que de la leche de vaca. Por ejemplo, la absorción de hierro y calcio presente en la leche materna es del 70%, mientras que en la leche cfé váca-es del 30%. la nifiez\Esta etapa comienza al año de vida. y culmina aproximadamente a los Eñ .!_~.S!.ñQ§. c_ El desayuno es una de las comidas más importantes del día; debería incluir frutas y cereales. rante ~I preescolar. (1 a 3 añ~s).,~J_rit~o-ac~·lerad_~ ~~!@~~'::'~ . que se te 1a durante el primer año de vida decrece, se produce una ganan~ia_~_e peso, se completa la dentición, comienza la escolarización; además,· se ·crean los hábitos. alimentari()]l'~e~i9_a_~;s_:_n_~~~~~~s ~~~~J.:lifi_Q~~élJl de.manera tal ~(:) R((:)venir la desnutrición. Lo ideal es conseguir UJ:l gquilibrio de ........ • • ''' ~,0o"•-;....h-"•'''''~""' -=-~·F.,O~;,_,,"• ~- •-' ,-,,~...--·--- ··--. _,,.~--~- ~ntes, proporcionar la energí~- adecuada~~~--~~-~-~-! el ?lac!iJ Según la OM~ e~!a,.~~~E~ ~~ _c~r~()b!dra!o~ b~in9an entre el 45% y el 60%. de Ja ·demanda energética que requieren los niños, por lo gue se recomienda la ingesta de aITmentoúié~~ en carbohidratos, co~~ l~~;~l~obvia~~~te-Ía i-~g;st~ de lípidos, proteínas y micronutrientes es sumamente importante y los hábitos alimentarios inculcados por la familia son fundamentales durante esta etapa. <---------~ ~ ~--~--- _ ., • En la adolescencia. n esta instancia se produce una aceleración del creciL:- ~ ---........~~-"-"-''"''~-~,-. . ~------:"""~--. . ---"-- ,,, .: ,,.·~--- . - - , . miento¡ por lo tanto a ganancia de_.,masa osea durante este penado es fonda=., "~ .~ '~··~·-.,,.,,, .. ............~-- .fRe_nfalr ya qw;.u~L!ll.c,o_.c;!~_m.ªxima densidad minerarósea__se alcanza al.final ~-,.,.........._, -.;<'"'-....-·'""' ·~, ·--:....--.--·-~~-.-··"'-~.,,,...,~-~. ' -de la adolescencia¡ por lo quefse necesita una mayor fuente de alimentos con fu~~ió~--e,n~·r:~i~yplástic~kil-urique, éomo veras en '1a página sigÜierite, la - mayoría de los ad~les¿entes no toma conciencia de ello y no se alimenta de forma adecu¡:¡da .. •L~~ 1.a ~<fu_l!:'z~ j(~.J~~P~F~P.~~ -~-~-ul!as_D,9 ..S.~ ~-b~e~~~-u_n incremento en el .GUl.~i­ miento,ty\los requ.erimientos nutricionales son aquellos que permiten mantener ~I pe~o~~c~p~ral '(;'impiden la pérdida d~ nutrientes{ éi:imo el calé¡o;{por ejemplo, 1'=~' que ocasiona la osteoporosis. ' ". ~.f •-.,En la ancianidadJEn personas mayores de 65 años el metabolismo disminuye, ~.a~~~L qu~ ~a actividad f~~pOIToqffé · 1~~mie~t<?_~~~-~~~é~ , ~~no_~31Aparecen casos ·de hipertensión, diabetes, etc., que- reque~irá una dieta e_specífica para tales dolencias,/ ·' · • ~ - ·-· ·-~·- fo ..-.~--} - -~ \;; ·_:.,.1\_1.__:,,,) ,! \¡, Alimentación en la adolescencia Aunque no lo creas, las frutas y las verduras deben ocupar un lugar privilegiado n nuestra alimentación porque son fuente de las vitaminas y minerales que recibe uestro organismo. Es tan importante su consumo que la OMS ha realizado campa-as para que la población en general, y sobre todo la adolescente, tome conciencia e la importancia de incluir estos alimentos en su dieta. De acuerdo con los datos ecolectados por este organismo, la ingesta insuficiente de frutas y verduras es no de los primeros diez factores de riesgo asociados a la mortalidad en el mundo. a falta de su ingesta, junto con un consumo excesivo de sal de mesa, provoca un ¡,¡mento considerable de enfermedades cardíacas, accidentes cardiovasculares y El consumo equilibrado de nutrientes favorece un estado saludable. 'ncer de .colon. Ahora bien, ¿cuántas frutas y verduras ingieren en general los adolescentes? parecer, muy poca; .a pesar de que en las diferentes estaciones del· año pomos obtener una gran variedad de estos alimentos, los adolescentes paren desconocer su existencia. Por el contrario, la comida de los jóvenes es rica carbohidratos simples de rápida asimilación, como la sacarosa o azúcar de ña, que consumida en exceso es trasformada en lípidos por el organismo, y tos últimos se acumulan en el tejidoadiposo. Su consumo también ocasiona a rápida elevación del nivel de glucosa en la sangre; la fuente de este tipo de mpuestos químicos son los chocolates, los postres, etc. Además, junto con el ento del consumo de grasas, son responsables del sobrepeso, la obesidad y Los cereales integrales, al igual que las legumbres, son fuente de carbohidratos de digestión lenta con alto valor nutritivo. problemas cardiovasculares. La fuente natural de carbohidratos simples $Oíl ... frutas, los lácteos y sus derivados, que contienen pequeñas cantidades de tas sustancias. En cambio, los carbohidratos complejos, como el almidón, son de. asimilación ta y están presentes en los cereales integrales y las legumbres. Además, escarbohidratos que ingerimos cuando comemos arroz integral, avena y panes egrales brindan sensación de saciedad. Lamentablemente, en la población adocente, las comidas rápidas, los alimentos dulces, las bebidas gaseosas y las rnes rojas han sustituido a las frutas, verduras, así como el pescado y los frutos os. La vida moderna trajo nuevos hábitos alimenticios, aunque poco saludas, Entonces, de acuerdo a lo que leíste, vos ¿de qué lado estás? ~~~D~--------~ La dieta del estudiante Hay muy pocos estudios que hayan evaluado el efecto de diferentes . i patrones dietéticos sobre el rendimiento académico. Una pequeña in~ vestigación. observó que consumir una comida eqUilibrada se relaci~ na con cambios positivos en la atención e incluso con la motivacióry. Al parecer, además, saltearse comidas ejercería efectos negativos ! sobre la concentración o las capacidades mentales, aunque faltan • 1 investigaciones que lo confirmen. [ ... ] Esta cuestión nos lleva al papel del desayÚno. La mayor parte de estudios que han evaluado el . efecto del desayuno en el rendimiento escolar son "observacionales". Así, dichas investigaciones suelen mostrar que quien desayuna saca mejores notas, pero se obvia algo importante: quien desayuna de forma regular suele ser alguien más metódico o con otras características que lo diferencian de quien no desayuna. Fuente: Julio Basulto. En: http://www.consumer.es/web/es/alimentacion/ aprender_a_comer_bien/infancia_y_adolescencia/2013/ 06/20/217038.php ~ ¿Qué relación encontrás entre el título y el tema tratado en el texto? • ¿Qué supuestos efectos traería para el rendimiento escolar "saltarse comidas"? o ¿Se puede afirmar a partir de la investigación que to~as las per~ sanas que desayunan sacarán buenas notas y las que no lo hacen no? ¿Por qué? AUme ación saludable cuando escuchamos la palabra dieta, inevitablemente asociamos este concepto con "cerrar la boca y no comer"; pero, en realidad, no hay nada más alejado de la verdad. Médicamente este término se refiere al plan alimentario que han adoptado las personas ya sea porque quieren adquirir hábitos saludables o porque están enfermas y no pueden comer determinados alimentos Independientemente de cuál sea el caso, siempre es recomendable que la dieta sea confeccionada por un experto en el tema como son los nutricionistas. Por otra parte, también se utiliza este término cuando un determinado individuo recibe dinero como pago de una actividad labor.al que realiza fuera del lugar de su residencia habitual, como lo hacen los diputados o los senadores. ' Ei 11 de agosto, día del nacimiento del doctor Pedro Escudero (1887-1963), se celebra el Día del Nutricisonista. Por todo lo que leíste hasta ahora, seguramente habrás llegado a la conclusión de que tenemos que ser muy cuidadosos a la hora de elegir los alimentos que vamos a ingerir. Una dieta equilibrada resulta indispensable para mantener nuestro estado de salud. ¿Y qué es la salud? Este concepto es muy amplio; según la OMS, salud es "el estado de completo bienestar físico, mental y social, y no solo la ausencia de afecciones o enfermedad". Entonces, alimentarnos adecuadamente para estar saludables es algo muy importante, ¿no te parece? Una buena alimentación consiste en combinar una variedad y una cantidad adecuada de alimentos, de manera tal que debe planificarse en función de la edad y el grado de actividad física de cada persona. Desde la Antigüedad, se sabe que la alimentación está íntimamente ligada a la salud y varios son los ejemplos que dan cuenta de ello. Por ejemplo, en el siglo 111 a. C., Hipócrates, médico de la antigua Grecia, en su libro La dieta saludable, hace hincapié en la importancia que tiene llevar a cabo un régimen personalizado en fUnción de la "edad, sexo, complexión, momento del día, estación del año, ocupación laboral y lugar de residencia". Por otra parte, en su obra Aforismos dice "que la alimentación sea tu mejor medicina". Pero ¿qué es exactamente una dieta o plan alimentario equilibrado? Veamos. El término dieta proviene del griego y significa "pauta de vida"; si nos atenemos a su significado, una dieta es algo mucho más profundo que suprimir la ingesta de una serie de alimentos. Se trata de apostar a una forma de vida saludable, que deberíamos adoptar para siempre. Prácticamente ya no cabe ninguna duda de que si equilibramos los alimentos de manera adecuada, de forma tal que además de cumplir con los fines nutricionales comer sea algo placentero, la manera en que nos alimentemos y hagamos cierta actividad física condicionará nuestra manera de envejecer. En nuestro país, el doctor Pedro Escudero marcó una profunda huella en el mundo de la nutrición, ya que es considerado el primer médico nutricionista de la Argentina. En 1933 fundó el Instituto Nacional de Nutrición y la Escuela Argentina de Dietistas; posteriormente, en 1985 y luego de varias gestiones gubernamentales, se constituyó la Licenciatura en Nutrición como carrera universitaria. Una de las frases que inmortalizó al doctor Escudero es la siguiente: "Nutrición es el resultado de un conjunto de funciones armónicas y solidarias entre sí que tienen como finalidad mantener la integridad de la materia y preservar la vida". Este pensc¡miento refleja que la nutrición es el resultado del equilibrio adecuado entre la alimentación, el metabolismo y la excreción. Cuando el doctor Escudero se refiere a la alimentación, no solo hace mención a la calidad y a la cantidad de alimentos que ingieren las personas sanas cuando hacen su lista para hacer las compras, sino también a los planes alimentarios que prescriben los nutricionistas para las personas enfermas que padecen diversas enfermedades, como .la hipertensión y la diabetes. Este concepto tan rolístico de la nutrición quedó plasmado en lo que se conocen como leyes de la alimentación de Pedro Escudero, que son las siguientes: • Ley de la cantidad. La cantidad .de alimentos ingerida debe ser la adecuada, de manera tal que sh cubran las necesidades energéticas de la persona. Deben mantenerse en e~uilibrio la entrada y la salida de energía. Ley de la calidad. Los alimentos deben proveer todos los nutrientes que el organismo necesita: agua, minerales, vitaminas, carbohidratos, lípidos y proteínas. • Ley de la armonía. La cantidad de los alimentos debe estar equilibrada proporcionalmente. • Ley de la adecuaCión. El plan alimentario debe adecuarse a cada individuo, es decir que varía, según su edad, el sexo, trabajo, actividad física, estado de salud, etcétera. Guías alimentarias para ta población argentina En el año 2000, la Asociación Argentina de Dietistas y Nutricionistas Dietistas (AADYND) elaboró las guías alimentarias, un instrumento para educar a la población. En ellas se encuentran plasmados los conocimientos científicos sobre los nutrientes que poseen los alimentos y ia cantidad que se necesita de ellos. Además, esos conocimientos están informados de manera tal que sean accesibles a todo tipo de público, para que todos podamos saber cuáles son los alimentos saludables y cómo debemos incorporarlos a la dieta. El objetivo principal de la redacción de estas guías es que su lectura promueva la salud de la población y se reduzcan las enfermedades vinculadas con una mala nutrición. En estas guías se incluyen algunas recomendaciones importantes y un gráfico llamado óvalo nutricional, en el cual los alimentos se encuentran agrupados según los nutrientes que aportan. La perspectiva de este óvalo permite que algunos alimentos se vean de mayor tamaño que otros. Esto indica qué alimentos deben consumirse en mayor proporción que otros. La actividad física es un hábito saludable que complementa los planes alimentarios adecuados para cada individuo. Grupo\/: grasas y aceites (i) Comer con moderación e incluir alimentos Grupo 111: lácteos Grupo IV: carnes y huevos variados en cada comida. (?) Consumir todüs los días leche, yogures o quesos en todas las edades. Grupo VI: @ Comer frutas y verduras de todo tipo y color. @) Comer una amplia variedad de carnes rojas y blancas, y retirar la grasa visible. @ Preparar las comidas con aceite crudo y evitar la grasa para cocinar. ® Disminuir el consumo de sal y de azúcar. (J) Consumir variedad de panes, cereales, pastas, harinas, féculas y legumbres. ® Agua Disminuir el consumo de bebidas alcohólicas y evitarlo en niños, adolescentes, embarazadas y madres lactantes. ® Tomar gran cantidad de agua potable a lo largo del día. Grupo 11: verduras y frutas frescas @ Aprovechar el momento de las comidas para el encuentro y el diálogo con otros. Grupo 1: cereales y legumbres En el óvalo nutricional están representados los alimentos que debemos ingerir para tener una alimentación saludable. Es importante recalcar que el agua es un nutriente muy importante para nuestro organismo. 5. Te proponemos que analices los alimentos que consumís b) proporción. los nutrientes necesarios para tener una vida saluda.ble. 1 a) Armá una ficha con los días de la semana y com- Anotá los alimentos que consumís a lo largo de cada día y qué nutrientes contienen en mayor durante una semana y determines si incorporás todos e) Según lo que estudiaste hasta ahora, ¿tu dieta es equilibrada en nutrientes? Comparala con la de tu pletá tu propio horario de hábitos alimentarios 1· compañero de banco. d) Si la respuesta del punto e) es negativa, ¿qué cambios deberías realizar? e) ¿Por qué es importante realizar alguna actividad física junto con una dieta equilibrada? Justificá. Hábitos alimentarios y calidad de vida Como viste en la página 72, la geografía y la cultura en la cual están inmersas las personas determinan los hábitos alimentarios, y si estos hábitos no son los adecuados, tarde o temprano se modifica la calidad de vida de estas personas. ¿Qué significa esto? Que los alimentos que ingerimos y el modo en que lo hacemos (qué comemos y cómo) influyen en nuestro bienestar general (físico, psicológico y social). Este bienestar, a su vez, no solo afecta a cada uno de nosotros en forma individual sino también a la sociedad de la que formamos parte. Por Las hamburguesas y las papas fritas son ejemplos de fast food. ejemplo, es sabido que aquellas sociedades que consumen comidas con alto tenor graso tienen mayor probabilidad de padecer infartos y problemas cerebrovasculares. La comida denominada fast toad, característica de ciertas ciudades cosmopolitas como Nueva York, Londres o Buenos Aires, donde la mayoría de la gente siempre está apurada y no tiene tiempo de sentarse a la mesa para comer de forma tranquila y relajada, ha causado furor en los últimos años. Sumado a eso, su bajo costo, la rapidez del servicio, la gran cantidad de locales y su disponibilidad horaria son algunas de las razones por las que ha tenido tanto éxito este tipo de comidas. Pero si bien todas son "aparentes ventajas", ninguna de ellas es comparable con los serios problemas de la salud que trae ingerirlas con frecuencia. Adquirir malos hábitos alimentarios altera nuestra calidad de vida y, en muchos casos, ocasiona problemas de salud, como sobrepeso, obesidad y enfermedades cardiovasculares. Se ha estudiado que solo con ingerir una porción de este tipo de comidas "rápidas", entre las que podemos mencionar las papas Diversos estudios sobre las poblaciones de la isla de Creta en Grecia (foto) constataron que la esperanza de vida supera la de muchos otros lugares del mundo. fritas, las hamburguesas y las salchichas, se incorpora más de la mitad de energía diaria necesaria. Por otro lado, la ingesta en exceso de las grasas saturadas que contienen, favorece el aumento de los niveles de colesterol o colesterolemia, es decir, se alteran los valores de concentración aceptada como normal. Cuando una cantidad excesiva de colesterol se encuentra en sangre, se va depositando poco a poco en las arterias impidiendo la normal circulación de la sangre y puede provocar problemas cardiovasculares. Además, estos productos suelen tener mayor cantidad de sal, ya que el cloruro de sodio se utiliza como conservante. Como si esto fuera poco, para conseguir .el color, el olor, el sabor y la textura deseados se añaden aditivos químicos que potencian todas estas características. Además del colesterol, la ingesta excesiva de grasas puede generar esteatosis o hígado graso, que es la acumulación de lípidos en los hepatocitos (células que constituyen al hígado), lo que impide el buen funcionamiento hepático. Como contrapartida a la dieta de la fast food, pueden implementarse otros hábitos. La s/ow toad.o comida lenta es un movimiento que surgió hace más de veinte años y que promueve la realización de comidas lentas y tranquilas de modo que resulten más placenteras y saludables. También, y en oposición a la alimentación rica en lípidos, existe una dieta muy saludable llamada dieta mediterrá; La dieta mediterránea consiste en la ingesta de productos frescos y naturales, gran variedad de frutas, verduras y pescado, aderezados con aceite de oliva. nea, donde el aceit<p de oliva, el pescado, los cereales, las frutas y las verduras sori los component~s principales. Se trata de alimentos ricos en vitaminas, agua, minerales y fibra, todos nutrientes que influyen de forma beneficiosa en el estado de la salud. Cabe destacar que varias investigaciones científicas han comprobado que la dieta mediterránea ayuda a reducir en un 30% la incidencia de complicaciones cardiovasculares en personas con riesgo de padecer afecciones cardíacas. La cultura alimentaria también tiene su historia El término antropología, que proviene del grie- Si nos remontamos varios de miles de millones go anthropos ("hombre") y togas ("estudio"), se de años, cuando el Horno sapiens ni existía, y co- utiliza para designar a la ciencia cuyo objetivo es menzaban a· surgir luego de un largo camino de estudiar al ser humano desde una perspectiva bio- evolución biológica los primeros ejemplares del gé- lógica, como podría ser su evolución, y también nero Hamo, la obtención del alimento era su labor desde una perspectiva social, ya que estudia al fundamental, les llevaba casi todo el día, y esta hombre como un individuo que forma parte de una tarea ocupaba la mayor parte de sus vidas. De sociedad. Una de las ramas de la antropología, la antro- acuerdo con la forma en que obtenían el alimento, pología alimentaria, investiga cómo fue variando grupos: cazadores y recolectores. los antropólogos los clasificaron en dos grandes la alimentación del ser humano a lo largo de su Las sociedades cazadoras eran activas y vivían historia, pero esto lo hace no solo desde un punto en permanente riesgo por el peligro que implica- de vista nutricional sino también desde un aspecto ba conseguir su alimento. Las recolectoras, por el cultural y social. Los antropólogos, estudiando la alimentación contrario, eran sociedades sedentarias que tenían como comportamiento social, pueden conocer, por mismo sitio. la seguridad de conseguir alimento siempre en el ejemplo, el nivel sociocultural al que pertenecía un Según algunos antropólogos, la historia de la determinado individuo, la forma en la que se so- alimentación de los homínidos prehistóricos cam- . cializaba y, en algunos casos, hasta cómo podría bió definitivamente cuando lograron generar fuego haber sido su modo de pensar. De esta manera, la y aprendieron a utilizarlo. A partir de ese momento, alimentación pasa a ocupar un lugar mucho más pudieron transformar los alimentos en comida, he- complejo que el de solo ingerir alimentos, ya que cho que se cree que ocurrió hace unos 400.000 se la estudia como un fenómeno social, cultural, años. A partir de entonces se inició una vida verda- ecológico, económico, político y hasta religioso. deramente humana: se reunían en pequeños grupos frente al fuego para compartir la comida. Si fueras un especialista en antropología alimentaria, ¿qué recursos utilizaría para estudiar cómo influye la cultura en la alimentación de /os seres humanos? Escribí por lo menas tres argumentos que expliquen por qué el estudio de los hábitos alimentarios puede dar cuenta de la forma de pensar de un ser humano o grupo social. Posteriormente, empezaron a cultivar y a domesticar animales. El hecho de tener cerca la fuente de alimento fomentó el sedentarismo, lo que tuvo como consecuencia un menor gasto energético y la aparición de la obesidad. Podemos concluir, entonces, que estudiando la )listoria de la alimentación es posible conocer, en 'parte, la historia de la humanidad, ya que la inges'ta de alimentos fue, es y será siempre una de las Por todo lo anteriormente expuesto, podemos 1 . necesidades ! principales del ser humano. deducir que el ser humano fue variando el tipo de alimentación a lo largo de la historia, y que sin lugar a dudas el entorno influía en la obtención y en el consumo de alimentos. ¿Cómo sucedió esto? Veamos. ¿Cómo imaginás que habría sido tu dieta si hubieras pertenecido al grupo de los primeros homínidos? ¿Te incluirías en una sociedad cazadora o recolectora? Justificá tu respuesta. Enfermedades nutricionales Ya sabemos que una alimentación correcta favorece nuestra calidad de vida y propicia una buena salud. Pero ¿qué sucede cuando por diversas causas una persona no se alimenta adecuadamente? Esto puede desencadenar un estado de malnutrición, es decir, un desequilibrio en la ingesta de nutrientes que altera el funcionamiento del organismo. Entre las posibilidades de malnutrición podemos mencionar la desnutrición, la obesidad y las enfermedades producidas por déficit o exceso de un nutriente en particular. Para evaluar estos estados, los nutricionistas investigan cómo son los hábitos alimentarios de la persona que hace la consulta, cuál es su actividad diaria, si practica deportes o lleva una vida sedentaria, si realiza las cuatro comidas, si bebe bebidas colas, alcohol o agua, etc. Además, registran una serie de mediciones, como su peso y su altura, lo que les permite calcular el índice de masa corporal (ICM, por sus siglas en inglés), que se calcula dividiendo el peso de un determinado individuo por el cuadrado de su altura. La cifra que se obtiene como producto de ese cálculo, En muchos casos, uno de los índices de una nutrición deficiente es la anemia (menor cantidad de glóbulos rojos en la sangre). Una de las causas de esta enfermedad es la falta de micronutrientes, específicamente el hierro, aunque esto no puede ser detectado por los índices antropométricos. se coteja con valores estándar que ya están tabulados por los nutricionistas. Estos valores son indicios que orientan al nutricionista sobre cuál es el estado nutricional de un individuo. Cabe aclarar que estos valores no discriminan entre masa adiposa y masa muscular, y que este valor varía entre varones y mujeres. Desnutrición Una de las posibilidades de malnutrición es la desnutrición, un trastornó provocado por la ingesta deficitaria de alimentos. Puede ocurrir porque los alimentos. ingeridos son insuficientes y aportan bajo contenido energético (es decir, que proporcionan pocas calorías) o porque, aun siendo suficientes en calorías, los alimentos tienen un bajo contenido proteico. Si bien la desnutrición puede afectar a cualquier individuo, las poblaciones más vulnerables y afectadas suelen ser los bebés y los niños. La desnutrición durante los primeros meses de vida, cuando la velocidad de crecimiento es muy alta, genera daños irreversibles. Estos daños incluyen no solo un retardo en el crecimiento físico sino también un retraso neurológico. Uno de los recursos que utilizan los médicos para evaluar a lactantes y niños son las técnicas antropométricas, que permiten medir, por ejemplo, el peso y la altura. Debido a la utilización de estas técnicas, se sabe que un niño en condiciones normales de salud y nutrición crece aproximadamente desde el nacimiento hasta los dos años unos 37 cm, velocidad de crecimiento que no se alcanzará en ninguna otra etapa de la vida. Por este motivo, es de suma importancia controlar los parámetros de crecimiento en los niños ya que indican cuál es su estado de salud y el tipo de nutrición que reciben. Si en un niño disminuye la tasa de crecimiento, es posible que se encuentre desnutrido. En muchos casos, como veremos en las páginas siguientes, este problema se asocia a factores socioeconómicos. Obesidad ¡ La hipernutrición; u obesidad puede considerarse un caso de malnutrición opuesto a la desnutnición. Consiste en un aumento de la masa corporal producida por acumulación de grasas en distintas zonas del cuerpo. Esta patología, causada por múltiples factores (como el consumo exagerado de alimentos, sobre todo de los no saludables, como la comida rápida, y el Uno de los signos de la desnutrición son el menor peso y estatura que un niño debería tener para su edad. En análisis de laboratorio se detecta anemia y un bajo contenido de proteínas. sedentarismo), suele ser crónica y progresiva; trae aparejadas enfermedades respiratorias, cardiovasculares, diabetes y disfunciones renales. Existen diferentes niveles de obesidad que pueden determinarse mediante el índice de masa corporal. Cuando el índice resulta mayor a 20 y menor a 25, la a se ubica dentro de ros parámetros normales; si es mayor a 25, existe eso, y si es mayor a 30, se considera que la persona es obesa. · esidad se encuentra en constante crecimiento en la población mundial y es rada, según algunos expertos, como la epidemia de este siglo. 0 exceso de un nutriente 'ás de los casos de obesidad y desnutrición, existe otra posibilidad de malque se relaciona específicamente con la ingesta deficitaria o excesiva de nutriente, en particular, una vitamina o un mineral. Por ejemplo, el déficit en la dieta produce una enfermedad llamada bocio endémico que afecta Clasificación del estado nutricional por índice de masa corporal. la tiroides. to a las vitaminas, las enfermedades debidas a la falta de estos nutrienominan avitaminosis y las que se deben a su exceso, hipervitaniinosis. a estudiaste, la única forma de incorporar vitaminas (o sus precursores) organismo es mediante la dieta, ya que nuestras células no pueden sin. La carencia de alguna vitamina en nuestra alimentación se traduce en ermedad que se conocen genéricamente con el nombre de avitaminosis. to es un ejemplo. lado, aunque nos parezca extraño, ·e1 exceso de vitaminas liposolubles, '.vitamina A, puede causar serias enfermedades denominadas hipervitar este motivo, no es conveniente que compremos los complejos vitamíparecen en el mercado, sino que siempre es necesario que estos sean or un médico, que es quien sabe administrar las dosis adecuadas. uiente cuadro figuran algunas de las vitaminas que necesitamos, su gué alimentos se encuentran y qué enfermedades provoca su carenci.a. cioná Resolvé Escribí tres argumentos que expliquen cada afirmacibn. a) La desnutrición durante los primeros meses de vida, cuando la velocidad de crecimiento es muy alta, genera daños irreversibles. La obesidad se encuentra en constante crecimiento en la población mundial. 7. Los tomates contienen vitamina C. Una mujer de 55 años llegá a una consulta médica 9on los siguientes síntomas: pérdida de 3 cm de estatura y fracturas frecuentes. El médico le indica que se haga una densitometría (estudio que indica cuál es la densidad mineral ósea). El resultado reveló que los valores de la densidad ósea están por debajo. de lo normal. ¿Cuál habrá sido el diagnóstico del médico? Trastornos de la alimentación A pesar de toda la información que existe en los medios de comunicación sobre la importancia de mantener una dieta equilibrada y de algunos programas de televisión que tienen por objetivo que la población aprenda a comer en forma saludable, algunas publicidades generan el efecto contrario. Según los expertos en el tema, un gran condicionamiento de la cultura alimentaria, sobre todo en los adolescentes, está marcado por las publicidades que sostiene_n "cómo mantenerse en forma y estar cada vez más delgados". Por lo general, estas haEl control periódico del peso suele ser una conducta reiterada en los personas con trastornos de la alimentación. cen hincapié en un aspecto estético que, muchas veces, poco tiene que ver con la salud, y proporcionan dietas "mágicas" que prometen una figura perfecta en pocos días. Si nos tomáramos el trabajo de· observar el número de publicidades que aparecen en los medios de comunicación con estos fines, nos llevaríamos una sorpresa. La, mayoría de ellas dan consejos sobre las diferentes pautas alimentarias que debemos seguir, pero no con un criterio saludable, sino con un fin puramente estético. Estas "modas alimenticias", que muchas veces incentivan el ayuno, la falta de ingesta proteica y comer raciones alimentarias sumamente pequeñas que no alcanzan a cubrir los fines nutricionales que demanda el organismo, provocan serios problemas de salud. Es indudable que todos debemos tomar conciencia, y sobre todo la población adolescente, de que no existen recetas mágica para bajar de peso y que ser flaco no es sinónimo ni de felicidad, ni de salud, ni de estar en armonía con uno mismo. Es esencial seguir un plan alimentario adecuado, en el que se incluyan por lo menos cuatro comidas al día, y que las raciones sean adecuadas para el peso, la altura, la edad, la actividad física de cada individuo. Para ello, nada más adecuado que consultar a un nutricionista, que ha estudiado y se ha preparado para tal fin. Anorexia y bulimia Muchas personas se obsesionan con la idea de "estar en forma" y viven lo que se denomina obsesión por el cuerpo, que puede generar severos trastornos de la alimentación, entre otros problemas. Este tipo de trastornos, como la anorexia y la bulimia, se puede presentar en todas las edades y en ambos sexos, pero se registran con mayor frecuencia en mujeres jóvenes, como veremos a continuación. Ambas enfermedades tienen importantes componentes emocionales que, en un buen número de los casos, están vinculados con relaciones familiares conflictivas y las presiones sociales. La anorexia nerviosa es una patología que se caracteriza por una grave distorsión de los hábitos alimentarios, lo que ocasiona, además de una importante pérdida de peso, serio~ problemas de salud. Por lo general este ."desarreglo alimentario" se da en la població~ adolescente de ambos sexos y sucede porque tienen una percepción distorsio~ada y negativa de su imagen corporal: son delgados pero se ven obesos. La causa de la anorexia todavía no se conoce con exactitud, pero hay 1 una serie de factorep determinantes como algunos aspectos psicológicos (debido a la influencia de familiares, amigos, o conflictos psíquicos) y sociales (influencia de los pares, "cumplir con los modelos estéticos de la época" y sentir que es el Ninguna dieta es mágica. Siempre hay que consultar a un especialista en el tema, como el nutricionista, que diseñará una dieta adecuada para cada individuo. socialmente aceptable). Una de las características de la anorexia nerviosa es que el individuo rechaza el peso normal que le corresponde de acuerdo con su contextura física y quiere mantenerlo muy por debajo de ese valor por temor a engordar. fn 1os inicios de la anorexia, las personas no toman conciencia de que están termas y no se dan cuenta de que viven pendientes de sí han ganado o no unos ós, de cómo ppco a poco están más flacas, y de que su índice de masa corporal tá muy por debajo de lo normal. Además de bajar notoriamente de peso porque Cluyen de su dieta los aiimentós que contienen nutrientes energéticos, restringen to los alimentos consumidos que alcanzan un estado de desnutrición grave, que chas veces es irreversible. . demás de la poca ingesta de alimentos, refuerzan esta conducta con el uso de ntes, vómitos provocados y una excesiva actividad física. Obviamente, además la desnutrición, estas conductas traen aparejados serios problemas de salud, 0 baja presión arterial, arritmias {trastorno en ritmo cardíaco), sequedad en iel, caída del cabello, amenorrea y fragilidad ósea. La amenorrea {falta de la struación) se debe a la ausencia de colesterol en el organismo. El colesterol es ípido, del grupo de los esteroides, que se necesita como ªmateria prima" para ntesis de estrógenos. Los estrógenos son las hormonas sexuales femeninas egulan el ciclo menstrual; entonces, si no hay colesterol, se frena la síntesis strógenos, lo que conlleva a la amenorrea. emás de estas alteraciones biológicas, también se observan alteraciones psiicas, como tristeza, ansiedad, depresión, irritabilidad, aislamiento social, etc. as de las pautas qüe debemos tener en cuenta para detectar de forma tem.. la anorexia son: obsesión por el peso, percepción distorsionada de la imagen ral, amenorreas, ingesta de raciones muy pequeñas, uso de ropa holgada que ule la delgadez extrema. · común que muchas personas anoréxicas hayan sufrido de bulimia, es decir .enían el hábito de comer en exceso sin ningún tipo de control. Luego, ante la ción de culpa, la persona utiliza diversos métodos, como vomitar o consumir tes en exceso, para evitar el aumento de peso. as alteraciones en los hábitos alimentarios son la ortorexia nerviosa y la lexía. La ortorexia nerviosa es una alteración que lleva a la persona a obserse con la ingesta de alimentos naturales y realizar ejercicio físico en exceso, rtiéndose estas conductas en peligrosas para el organismo. La ortorexia se ncia de la anorexia y la bulimia en que el-problema gira en torno de la calidad comida y no a la cantidad. su parte, la alcoholexia consiste en un desequilibrio en el cual se consume 1en reemplazo de todo alimento. El sujeto ingiere alcohol con el.fin de saltear as y evitar así el aumento de peso, lo que no es cierto, ya que el alcohol es de muchas calorías. ien el tratamiento de estas enfermedades es complejo, la mayoría de los tiene solución. Se necesita un enfoque multidisciplinario en el que intervíeédícos, nutricionístas, psicólogos, grupos de apoyo, etc. El objetivo del trato es revertir los malos hábitos alimentarios y ªapuntálar" psicológicamente iente y a su familia. l. Resolvé 1 8. Mirá un programa de televisión. en un horario de la tarde y otro de horario central (21 horas). Prestá atención a las publicidades y anotá cuántas de ellas están relacionadas con mantener la figura en un determinado peso. · Hacé lo mismo con revistas de actualidad que estén dirigidas al público femenino y al adolescente. ¿Cuántas encontraste? ¿Qué opinás al respecto? Afiche de una campaña sueca para concienciar sobre los problemas relacionados con los desórdenes alimentarios. Suponé que tenés un amigo o una amiga que comienza a tener problemas con ios hábitos alimentarios. a) ¿Qué harías al respecto? b) ¿Te parece que la información que adquiriste luego de leer este capítulo te sería útil para tomar una decisión? ¿Se lo comunicarías a su familia? íJ El hambre, un problema mundial Hemos hablado de la necesidad de llevar una alimentación adecuada. Y también sabemos que muchas personas no acceden a ella. Según estimaciones de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, La epidemiología es una rama de la medicina que estudia la distribución, las causas y la frecuencia en las que se producen las enfermedades en la población con el objetivo de controlarlas o prevenirlas. Es frecuente que los datos de distribución obtenidos de los estudios epidemiológicos sean visualizados a través de mapas, señalando así las áreas afectadas. Si bien este recurso es más usado en las ciencias sociales, suele utilizarse también en ciencias naturales. Por ejemplo, con el fin de reflejar el hambre a escala mundial. Hay mapas políticos, geológicos, geomorfológicos, de población, etc. Cada uno tiene su importancia para un.estudio que se esté haciendo o solo por conocer. de los más de 7.100 millones de personas que habitamos este planeta, cerca de 840 millones sufren de hambre crónica o subnutrición. Otra manera de plantearlo: una de cada ocho personas no incorpora los nutrientes requeridos para llevar adelante una vida sana y activa. Las causas del hambre son varias: desastres naturales, conflictos bélicos, problemas ambientales como sequías prolongadas o inundaciones. Sin embargo, el mayor problema sigue siendo la distribución inequitativa de los alimentos. Es decir, a P.esar de. que con las nuevas tecnologías se ha incrementado de manera notoria la producción de alimentos, estos no llegan por igual a to.dos. Hoy día, la posibilidad de las personas de acceder a los alimentos para satisfaceLlas necesidades alimenticias. se engloba bajo el concepto de seguridad alimentaria y depende esencialmente de dos factores: la disponibilidad .de alimentos, que está ·determinada en gran medida por la economía de cada país, su capacidad de producción y de importación, así como de la ayuda que puedan recibir de otros países; el acceso a los alimentos que tiene la población; relacionado, entre otros factores, con los niveles de pobreza y con el poder adquisitivo de las personas. La ONU alertó que el problema del hambre, si bien es acuciante en palsés de África y Asia, también es grave en- América Latina y en el Caribe. En 2009, fallecieron en Guatemala 240 personas por desnutrición debido a la escasez de alimento, producto de una grave sequía y una aguda crisis económica. Países como Haití con serios problemas. alimentarios, después del terremoto de 2010, requirió la ayuda de otros países, ya que con la catástro,fe su situación de inseguridad alimentaria recrudeció. En cuanto a nuestro país, a pesar de haber mejorado los índices de nutrición, quedan todavía grupos aislados con pobreza y desnutrición crónica en el noroeste argentino. Datos mundiales señalan que mientras en algunos países la desnutrición disminuyó, en otros aumentó. Por lo tanto, a escala global, el hambre y la desnutrición siguen siendo el principal riesgo para la salud. Escala gráft<a ~Okm 1Umrteoierk-d!c¡.~k> 1Umfu!extenordt!Rlodel~Plata ~~!ateralmarrtit.rtoMgentmo-uruguay.ll' Pobreza Y como vimos, el acceso a la cantidad y la calidad de alimentos determina la seguridad alimentaria de una población, y se relaciona directamente con el nivel económico que posea dicho grupo. Aqueilos grupos con menor acceso a una alimentación adecuada son aquellos que poseen menores o muy bajos recursos económicos. En consecuencia, esws individuos son más susceptibles de contraer determinadas enfermedades. Analicemos algunas de ellas. Trastornos de crecimiento. Cuando los niños no reciben la alimentación necesaria, no crecen al mismo ritmo que aquellos que se alimentan saludablemente. Esta situación es particularmente importante en ios más pequeños, ya que este período es crucial para el desarrollo físico y neurológico. Según cifras de Unicef, la desnutrición crónica afecta al 10,5% de los niños y niñas menores de 5 años, y está directamente relacionada con la pobreza. Obesidad derivada del consumo de grasas, azúcares y harinas. Aunque no lo parezca, la obesidad también puede ser consecuencia de la pobreza. Varios estudios epidemiológicos realizados al respecto demuestran que en los niveles socioeconómicos más bajos es frecuente encontrar personas obesas. Esto tendría una explicación netamente económica. Las familias de bajos recursos consumen básicamente alimentos de menor costo, que contienen elevadas cantidades de grasas y también de azúcares y harinas refinados, todos de alto contenido energético pero deficientes en otros nutrientes esenciales como proteínas, vitaminas y minerales. El poder de saciedad de estos alimentos de bajo valor nutricional, su sabor agradable y su bajo costo los hacen socialmente acep- La cantidad y la calidad de alimentos que acceden los diferentes individuos están relacionadas con el nivel económico que poseen. tables, y su ingesta forma así parte de los hábitos alimentarios de este sector de la población. La falta de variedad y el consumo excesivo de este tipo de alimento provocan el exceso de peso. En el caso de los niños, la obesidad también es un problema. Si un niño tiene hambre, el hábito de consumir frutas será más saludable que el de consumir un bollo de pan. Retraso mental por un déficit proteico. Ahora bien, cuando los niños no se nutren de manera adecuada por falta de recursos económicos de su familia, la situación es grave. En situaciones de malnutrición -como se mencionó previamente- no solo se produce un retardo en el crecimiento físico sino que también se observa un retraso neurológico, el cual se manifiesta por ejemplo al presentar problemas de aprendizaje. Durante el primer año de vida, el cerebro de una persona crece la mitad del tamaño que alcanzará en el resto de su existencia. Durante los primeros seis meses de vida, lapso denominado período crítico, se produce un aumento de las conexiones que se establecen entre las neuronas del tejido nervioso cerebral. Cuando hay desnutrición, este proceso no se da en forma satisfactoria. Por lo tanto, una buena nutrición es determinante en el desarrollo del cerebro. La ingesta de proteínas en esta etapa es crucial. En el caso de que la desnutrición sea severa, el desarrollo físico y mental se verá seriamente afectado y, en la mayoría de los casos, el daño se torna irreversible. Esto significa que aunque se recupere el estado nutricioí)al, el daño al cerebro ya no se puede reparar. Relacioná 10. ¿Qué relación encontrás entre una malnutrición y el desarrol!o cerebral? ¿Y entre una malnutrición y el nivel socioeconómico de las personas? 11. ¿Se puede evaluar el estado de salud de una persona a partir de su imagen corporal? ¿Una persona obesa es una persona saludable? ;La dieta de los algunos especialistas en nutrición nemos que alimentarnos. Pero no y carne. Los molares humanos se parecen a los premolares y molares todo lo que comemos nutre de la de las especies omnívoras, y como vegetarianas carecen de hierro, de Todos lo sabemos: para vivir te- dicen que las dietas exclusivamente misma manera, ni contiene la mis- ellas, somos capaces de mantener- vitamina 812 y de suficiente canti- ma cantidad o calidad de nutrientes. nos con dietas exclusivas de carne sola o de vegetales solos. Por lo menos durante un tiempo. No existe ninguna base anatómica ni fisiológica para suponer que los humanos solo debemos llevar una dieta dad de calcio. El consumo de frutas y verduras Debemos entonces prestar atención al tipo de alimentos que ingerimos para mantener una vida saludable. Se ha discutido. mucho .sobre si el ser humano es herbívoro -es decir, que necesita solo vegetales para comer- o si es omnívoro -que necesita tanto de animales como de plantas-, Analicemos a nuestro "parientes" más cercanos y veamos qué come cada uno de ellos. El orangután y el vegetariana. Los argumentos a favor de una dieta exenta de carne se limitan a cuestiones filosóficas o éticas. De ahí que considerar al ser humano como una especie omnívora no responde a caprichos banales sino aporta las vitaminas solubles en agua o hidrosolubles, pero no provee las liposolubles, que como su nombre· lo índica están presentes en las grasas o lípidos. Entre estas figuran las vitaminas A, D, E y K, que son necesarias para el buen funcionamiento de órganos y sistemas. La carencia de vitamina 812, a necesidades biológicas y fisiológi- que está presente principalmente en las carnes, afecta el desarrollo gorila son típicamente vegetarianos, mientras que nuestro Mverdadero pa- cas. Eso nos brinda el beneficio de de los lactantes humanos. Para poder consumir una amplia variedad los que solo consumen vegetales, riente más cercano", el chimpancé, no de productos, y por lo tanto, no esta- pueden surgir problemas cuando lo es. Este último, similar a nosotros desde el punto de vista anatómico y mos obligados a consumir siempre proteínas animales. Podemos elegir. para mantener el equilibrio del pro- genético, se alimenta de vegetales En la actualidad, el punto que pio organismo adulto, sino también pero también de mamíferos, incluso crea más debate es si con una ali- para alimentar al bebé mediante la lactancia. de otros primates. mentación estrictamente vegetaria- Los humanos tenemos dientes y un sistema digestivo apto para co- na podríamos sobrevivir. mer una dieta variada de vegetales Frente a esta posibilidad analizada en detalle en la página siguiente, se precisa del nutriente, no solo Otro caso particular lo constituyen las proteínas. Las encontramos tanto en los alimentos animales como vegetales, pero los productos animales tienen una mayor calidad proteica que la obtenida combinando distintos tipos de vegetales. En resumen, todo lo dicho demuestra que el ser humano no tiene una dieta omnívora por puro capricho sino por necesidad fisiológica. Se puede entender, evolutivamente, como una ventaja adaptativa a los distintos medios en los que el ser humano puede vivir. Pero la otra cara del debate, como veremos a continuación, es que la alimentación estrictamente vegetariana pero equilibrada en nutrientes está avalada también por asociaciones profesionales de nutricionistas. La dieta de los Algunos especialistas en nutrición sostienen que una dieta vegetariana es más sana para las personas que una dieta omnívora, ya qúe un organismo que consume solo vegetales no tiene que "depurar" una considerable cantidad de residuos procedentes de la carne. Pero la carne también nos provee de hierro. ¿De dónde lo obtienen los vegetarianos? Algunos vegetales contienen hierro, como las espinacas, o algunas legumbres, como las lentejas. Sí bien esta afirmación es verdadera, también lo es el hecho de que la forma en que se encuentra el hierro 'en los vegetales no es tan aprovechable como lo es el hierro que se encuentra en la carne. Entre los vegetarianos más estrictos se destacan los veganos, que a.demás de seguir una dieta determinada, practican un estilo de vida que consiste erí abstenerse del consumo de productos de origen anirrial. Es una forma de vida que excluye la explotación y la crueldad en animales. No comen carne ni usan ropa ni productos derivados o testeados en animales. Más allá de los aspectos filosóficos, que no discutiremos aquí, la pregunta es: ¿qué piensan los nutricionistas sobre esta práctica tan estricta? No parece existir una postura única. Algunos de los profesionales recomiendan esta dieta y otros, no. En general, los especialistas en alimentación consideran viable al veganismo, siempre y cuando quien siga esa dieta sea estricto con controles físicos periódicos para que no se produzcan carencias nutricionales. Es que convertirse en vegano implica una responsabilidad adicional: se deben conocer bien los nutrientes de los alimentos para incorporar el correcto balance de las vitaminas, las proteínas, los minerales y los carbohidratos necesarios para mantener la salud. Una vez por año deben realizarse análisis de sangre detallados para controlar especialmente las carencias que podrían llegar a tener de hierro, calcio y vitamina 812. A favor de las dietas veganas se puede decir qué estimulan la eliminación vía intestinal y promueven una flora más saludable, lo que a su vez aumenta las defensas del organismo. Además, los veganos corren menos riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares, hipertensión y obesidad. Los veganos sustituyen la carne por legumbres u hortalizas, tofu, hamburguesas vegetales o salchichas de soja; la leche de vaca la reemplázan fácilmente con leches vegetales de soja, de arroz o avena, y los huevos por aceite, plátano o harina mezclada con agua. 1oMto i. Fl'V- Más allá del debate sobre si es mejor una dieta exclusivamente vegetariana u omnívora, lo importante es que ·nos alimentemos bien, con una dieta balanceada que contenga cereales, verduras, frutas, alimentos con proteínas y productos lácteos. La única forma de recibir todos los nutrientes que necesitamos es a· través del consumo de una gran variedad de alimentos. Recordá que una alimentación variada y equilibrada, acompañada de un estilo de vida saludable, sin tabaco y con ejercicio físico regular, puede ayudarte a prevenir muchas enfermedades. Fuentes: www.msal.gov.ar/entjindex. php/informacion-para-ciudadanos/ alimentacion-saludable/; www,ivu.org/ spanish/trans/vrg-omnl.html. í1 li1' 1\ ;\ 'i\ V~®v%1iQ AW~!Jlf<1\<%~¡(\ !>'! J\ {i!lií!fá\@W\ \ l\ \ '16\ 1i /dif\ ¡\hSil\ @\lí$, 1 a) ; .... Debatí a faV¡or y en contra de llevar una dieta exclusivamente vegetariana;. Argumentá tu postura. b) La falta de hierro en el organismo provoca anemia. Para recuperarlo rápido, ¿creés que es mejor comer un churrasco o unos vegetales salteados al vapor? Justificá tu respuesta. ¿Por qué te parece importante consultar a un nutricionista si quisieras comenzar o seguir una dieta vegetariana? Recordá 12. Determiná si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F) y justificá cada una de ellas. a) Una actividad física intensa requiere una dieta rica en carbohidratos. b) Solo durante la niñez es conveniente ingerir una dieta rica en calcio. e) Las fibras aportan proteínas al organismo. d) La carne es fuente de carbohidratos. e) Todas las vitaminas cumplen la misma función. 16. Redactá en la carpeta las definiciones para el siguiente acróstico. ¿Con cuál de los temas que viste en el capítulo está relacionada la palabra central? o o o o o 13. Escribí en la carpeta las diferencias entre los siguientes pares de términos. a) Anorexia y ortorexia. b) Desnutrición y malnutricicón. e} Slow food y fast food. e) Resolvé 17. El siguiente gráfico corresponde a la cantidad y tipo de nutrientes presentes en una costilla de cerdo. Observalo detenidamente y luego representá la misma información pero utilizando un gráfico de barras. Teniendo en cuenta tu tarea, ¿qué nutrientes aporta este alimento? Relacioná 14. Teniendo en cuenta lo que aprendiste sobre los conceptos de comida, alimento y nutriente, completá el siguiente cuadro. Luego comparalo con el de tu compañero o compañera de banco. ¿En qué se parecen y en qué se diferencian? ¿Cuál de los dos tiene la dieta más saludable? D Proteínas Lípidos 11 Minerales llAgua 18. Copiá el cuadro en la carpeta y completalo con los requerimientos nutricionales para cada franja etaria. f lnvestigá ; 19. Frecuentemente, cuando leemos la etiqueta de al15. ¿Qué comida podrías preparar con los siguientes alimentos? ¿A qué tipo de dieta mencionada en este capítulo podría corresponder? Justificá tu respuesta. gunos alimentos, encontramos la leyenda "libre de gluten, apto para celíacos". Averiguá en qué consiste la enfermedad celíaca y cómo se diagnostica en la actualidad. 4 hojas de lechuga, 1 tomate, medio pepino, ................ .. 1 pimiento pequeño, zanahoria, unas aceitunas, Realizá la · aceite de oliva, un poco de sal y limón. , ..................................... , .................. .. . de la página 233. Punto de partida A Martín le gusta practicar atletismo y es buen deportista. Este fin de semana tiene la oportunidad para demostrarlo. El domingo por la mañana va a participar de una carrera de 10 km, y es la primera vez que corre una distancia tan grande. Deberá imprimir a sus músculos mucha fuerza para correr rápido, pero también resistencia para llegar a la meta. Se entrenó muy fuerte y se siente bien preparado. Martín le pidió a su mamá que el sábado a la noche le prepare para'. cenar fideos con una salsa liviana, fáciles de digerir. Piensa ir a acostarse temprano. Sabe que no puede salir el sábado si compite el domingo, ya que debe ahorrar energía y descansar bien para hacer un buen papel en la carrera. 1 a) ¿Por qué Martín cree que debe ahorrar energía? b) ¿Qué significa eso? ¿La energía se ahorra como monedas en una alcancía?.... e) ¿Qué ocurrirá en las células musculares durante la carrera? ¿Habrá reacciones químicas involucradas? d) Teniendo en cuenta la respuesta anterior, ¿en qué contribuye tener una alimentación adecuada y realizar un buen descanso antes de la carrera? e) Martín le sugiere a su mamá una cena fácil de digerir. ¿Recordás el nombre de las principales sustancias que intervienen en la digestión? Este grupo de sustancias ¿estará presente en todas las células? Mitocondria Retículo endoplasmático Célula animal Retículo endo'plásmatico Célula vegetal Cloroplasto Tanto las células animales como las vegetales son sistemas altamente organizados que presentan numerosos orgánulos. El funcionamiento celular depende del intercambio de la célula con el entorno. la célula como sistema abierto Todos nosotros, en la vida cotidiana y dentro nuestro entorno, tenemos o utilizamos algunos sistemas. La computadora, por ejemplo, es un sistema que consiste en un conjunto de elementos que funcionan interactuando unos con otros. Si algún componente del sistema falla, los otros se ven afectados y el funcionamiento global de todo el sistema se deteriora. Como ya viste en el capítulo 1, a los seres vivos también se los puede considerar sistemas, formados por distintos componentes, cada uno de los cuales cumple un rol determinado pero que en conjunto funcionan en forma coordinada. ¿Y qué hay de su organización interna? Veamos ... Como ya sabés, todos los seres vivos estamos constituidos básicamente por células, que vistas en detalle también se organizan como sistemas. En primer lugar, las células son unidades complejas, formadas por múltiples estructuras que denominamos orgánulos celulares y que vos ya estudiaste en años anteriores: el núcleo celular, la membrana plasmática, el retículo endoplasmático liso y el rugoso, las mitocondrias, etc. Cada una de estas estructuras cumple una tarea o función específica. Por ejemplo, las mitocondrias se encargan de la producción de energía para abastecer a toda la célula, mientras que en el retículo endoplasmático rugoso se fabrican las proteínas, que cumplen infinidad de funciones en múltiples sitios celulares; Gracias a la función específica que cumple cada orgánulo, la célula crece, puede cambiar de tamaño-como sucede en las fibras musculares durante la contracción-, puede secretar distintas sustancias -como hacen las células endocrinas~ o puede sufrir el proceso de reproducción para dar lugar a células hijas. Podemos entonces comprender que una célula cumple con las características de un sistema, ya que posee numerosos componentes, cada uno de los cuales tiene una tarea específica. Además, si alguno de ellos no cumple apropiadamente con su rol, todo el sistema se ve afectado, porque lo que sostiene al conjunto es la interacción que las partes establecen entre sí. Ahora bien, la célula puede realizar todas sus funciones porque es un sistema abierto, es decir, establece con el medio que la rodea un continuo intercambio de materia y energía, incorporando nutrientes y eliminando desechos. Sin este intercambio, la célula no podría llevar a cabo las funciones vitales y moriría. Pero ¿qué sucede dentro de la célula? En este capítulo te proponemos estudiar qué tipo de fenómenos suceden en su interior, y de qué manera la materia y la energía que ingresan en ella son transformadas para así cumplir con las funciones celulares, es decir, qué tipo de cambios físicos y químicos (reacciones químicas) tienen lugar. Reacciones químicas y energía Tanto la energía como la materia que obtenemos a través de la nutrición pasan por varias transformaciones para ser aprovechadas. Para entenderlas es necesario tener claros algunos cpnceptos. En principio, recordemos que todas las formas en que está organizada l:a materia, sean o no vivas, están compuestas por átomos de elementos químicos que se encuentran en la naturaleza. A la vez, átomos de un mismo o de diferentes elementos pueden asociarse y formar moléculas. Ahora bien, para que los átomos que componen las moléculas permanezcan unidos, 1 existen fuerzas de unión que los cohesionan: son los enlaces o uniones químicas. Existen distintos tipos de enlaces químicos. Si los átomos que forman una molécula se mantienen unidos debido á que comparten electrones, los enlaces químicos que la forman se denominan enlaces covalentes y son los más importantes desde el punto de vista celular. Cuantos más electrones compartan los átomos de una molécula, más fuerte será la unión entre átomos. ¿Por qué resultan importantes las uniones químicas? Cuando algunas sustancias se ponen en contacto bajo determinadas condiciones, interactúan dando lugar a otras nuevas. Este cambio se denomina reacción química, y cuando se produce, se rompen enlaces existentes entre los átomos de las moléculas y se forman uniones nuevas que dan origen a otras moléculas. Podemos decir así que las reacciones químicas son la base de la transformación de la materia y son cruciales en todos los procesos de cambio que sufre la materia viva. Para referirnos a una reacción química, debemos representarla de alguna manera. Por ejemplo, si queremos indicar la unión de dos moléculas de hidrógeno a una molécula de oxígeno para formar agua, escribimos: Las moléculas al comienzo de la reacción, el hidrógeno y el oxígeno, son los reactivos, y la molécula resultante del proceso de transformación es el producto de la reacción, en este caso, el agua. En la representación, la flecha indica el sentido en el cual sucede la reacción. Es importante destacar que en una reacción química, el número de átomos presentes es el mismo antes y después de la reacción, es decir, hay conservación de la materia. Sin embargo, como los átomos se reordenan, las propiedades químicas de los reactivos son diferentes de las del producto. Otra característica de las reacciones químicas es que van acompañadas de un cambio de energía. Y esto es así debido a que en todas las formas de la materia hay almacenada energía. La energía química es la energía potencial que está almacenada en las uniones de los átomos de las moléculas. Cuando una reacción química sucede, también ocurre una transferencia de la energía química entre las moléculas que participan de la reacción. Por ejemplo, cuando el carbón se quema por acción del oxígeno del aire en la combustión, los átomos de carbono (C) se combinan con los de oxígeno (0 2 ), de manera que ambas sustancias se transforman en dióxido de carbono (C0 2 ), que es una nueva sustancia con composición y propiedades químicas diferentes de los reactivos. Pero además, en este caso, durante la transformación química se libera gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Este tipo de reacciones se llaman exergónicas. También puede ocurrir la situación inversa, que al producirse una reacción química se absorba más energía que la que se libera; y en este caso se denominan reacciones endergónicas. Como veremos, a nivel celular ocurren ambos tipos de reacciones. Voluntad: sinónimo de trabajo y energía Muchas veces se utiliza el término energía como sinónimo de fuerza o poder. "¡Puso toda su energía para lograrlo!". En este caso, la frase refleja que luego de mucho esfuerzo y trabajo alguien logró cumplir con un objetivo, que le costó mucho alcanzar. Por otra parte, si leemos "¡Qué energía tiene Pedro! No se cansa nunca. Trabaja, estudia y, además, es un excelente deportista", el término energía hace referencia a tener fuerza de voluntad y al entusiasmo que pone alguien en desarrollar múltiples actividades. En el mundo de la ciencia, más precisamente en la rama de la Física, es difícil definir energía. Lo que sí es seguro es que todas las actividades que involucran algún tipo de trabajo necesitan de ella para llevarse a cabo. + 2 H20 Reactivos Productos En una reacción química hay un cambio en la forma en la que se combinan los átomos de las 1 moléculas de los reactivos para formar los productos. Recordá 1. Justificá la siguiente frase: Las reacciones químicas implican la transferencia de la energía entre las moléculas participantes. 2. Diferenciá los siguientes pares de conceptos: a) Átomo - molécula. b) Reacción exergónica - reacción endergónica. e) Reactivos - productos. - Monómeros de glucosa El metabolismo celular La vida transcurre sobre la Tierra mediante la transformación de la materia en incontables reacciones químicas. Tanto la formación de las estructuras que componen a todos los organismos vivos como todas y cada una de las funciones que realizan, ocurren mediante reacciones químicas. Del mismo modo que cuando consideramos a un organismo vivo observamos cómo la función de nutrición suministra los nutrientes necesarios para cumplir con todas las funciones vitales, también podemos pensar en el rol que tiene la nutrición al ubicarnos en el nivel más inferior con propiedades vitales, es decir, a nivel celular. En el hígado, muchas moléculas de glucosa se unen mediante una reacción anabólica o de síntesis para formar el glucógeno, una sustancia de reserva energética formada por monómeros de glucosa. Ya mencionamos que, para cumplir con sus funciones vitales, la célula depende del ingreso de materia y de energía, que serán transformadas a través de las reacciones químicas que en ella suceden. En todos los organismos vivos, las reacciones exergónicas y endergónicas se encuentran acopladas. Esto quiere decir que la energía que se libera durante una reacción exergónica es utilizada para llevar a cabo una reacción endergónica. Por eso los seres humanos necesitamos alimentarnos: cuando sucede la degradación de los nutrientes que contiene el alimento que ingerimos, la materia se transforma mediante reacciones químicas de tipo exergónicas. Parte de la energía liberada se utiliza en las reacciones endergónicas que permiten la formación de la estructura de nuestro cuerpo, organizada en órganos y sistemas, y en las funciones que todo el organismo realiza. Al caminar, por ejemplo, sucede la contracción muscular que ejerce tracción sobre los huesos y se produce el movimiento de los miembros. inferiores. La contracción consume la energía que se obtuvo de los alimentos. Al éonjunto de todas las reacciones químicas que se producen dentro de una célula se lo denomina metabolismo celular. Existen a la vez, dos procesos metabólicos: el anabolismo y el catabolismo. En la célula suceden reacciones químicas en las que moléculas simples, que pueden ser inorgánicas u orgánicas, se combinan para formar moléculas más complejas. Se denominan reacciones de síntesis o anabólicas, y pueden representarse de la siguiente manera: Molécula A + Molécula B - - - ;.... Molécula AB En general, las reacciones de síntesis suelen ser endergónicas, pues requieren absorber más energía que la que producen y así se construyen nuevos enlaces. Al conjunto de todas las reacciones de síntesis que suceden dentro de la célula se lo llama anabolismo. Además de las reacciones de síntesis, en la célula suceden reacciones químicas en las que moléculas orgánicas grandes se dividen en moléculas más pequeñas. A estas se las denomipa reacciones de degradación o catabólicas, y en conjunto constituyen el catabollsmo. Pueden representarse de manera simplificada: Molécula AB ---;-.... Molécula A + Molécula B Las moléculas que se degradan pueden provenir del medio extracelular, o bien 1 ' estar almacenadas en depósitos intracelulares hasta que llegue el momento de ser utilizadas. Las reacciones de degradación suelen ser exergónicas, es decir que en la ruptura que implican se libera energía química. Esta energía será utilizada por la célula para sus actividades vitales (síntesis de nuevas moléculas, transporte de sustancias, etcétera). - Para resumir, podemos decir que las reacciones anabólicas requieren el aporte de energía (endergónicas) para que se produzcan, mientras que las reacciones catabólicas, al producirse, liberan energía (exergónicas). Debido a que las reacciones químicas en los organismos vivos se encuentran acopladas, podemos pensar al metabolismo celular como el acoplamiento de todas las reacciones anabólicas y catabólicas que suceden en la célula, o también como todas las transformaciones de la materia durante la realización de las funciones vitales dentro de una célula. Muchas de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la célula son acopladas en sí mismas. Es decir que en la misma reacción química ocurren tanto reacciones de síntesis como de degradación. Son las llamadas reacciones de in- tercambio y se pueden representar de la siguiente manera: Molécula AB + Molécula CD _ ____..._ Molécula AD + Molécula BC En esta reacción química, los enlaces químicos entre los átomos de A y de B, así La tasa metabólica está estrechamente relacionada con el tamaño del organismo. Los animales más grandes tienen un metabolismo más lento, por lo que viven más tiempo. Así, mientras una mosca vive 20 días, la tortuga Galápagos llega a los 150 años. como los enlaces entre C y D, se rompieron, es decir que sucedió degradación de las moléculas AB y CD, mientras que se formaron enlaces químicos nuevos entre A y D y entre B y C para obtener las moléculas AD y BC. También en las células ocurren reacciones químicas reversibles. En este tipo de reacciones, el producto obtenido puede volver a formar los reactivos originales. Se representan utilizando dos flechas que indican sentidos opuestos, indicando la reversibilidad de la reacción. Molécula AB - - - Molécula A + Molécula B La velocidad con que la materia y la energía se transforman en las reacciones químicas propias del metabolismo celular se denomina tasa metabólica. Dicho de otro modo, es la velocidad en la que un organismo utiliza la materia y la energía disponible, e indica cuál es el requerimiento diario. ¿Cómo se mide en los seres humanos? La medición de la tasa metabólica en un individuo que se encuentra en reposo y en ayunas -es decir, sin realizar ninguna actividad física- se llama índice metabólico basal (IMB) y se mide en kilocalorías por día (kcaljd). En un individuo adulto, el índice metabólico basal es de 1.200 a 1.800 kcaljd, y se necesitan aproximadamente 500 kcal más para realizar las tareas diarias. Esta cifra se eleva mucho si la persona practica algún deporte exigente, pudiendo necesitar hasta 3.000 kcaljd adicionales para sostener ese requerimiento energético. Recordá Resolvé 3. 4. Completá las siguientes frases: a) Se denomina al conjunto de Analizá la siguiente reacción y respondé. ; todas las reacciones de síntesis que se producen Ácidos grasos + Glicerol ---1~0.- Lípidos en una célula. b) Las reacciones de síntesis son endergónicas porque producen. e) i 1 Al conjunto de todas las reacciones de - - - - - - q u e tienen lugar en una célula se las denomina catabolismo. ¿Qué tipo de reacción está representando? ¿Cómo lo determinaste? lb) ¿Cómo se clasifica esta reacción con respecto al e) Si la flecha tuviera otro sentido, además del que En el metabolismo celular, las reacciones anabólicas y catabólicas se encuentran - - - - - - d) a) más energía que la qÜe intercambio energético? Justificá tu respuesta. tiene, ¿qué tipo de reacción sería? El ATP, la "moneda" de la energía Hemos dicho que el metabolismo celular implica el acoplamiento de las reacciones anabólicas y catabólicas. Además, mencionamos que las reacciones. ana- CH2 Fosfatos ~HRibosa t bólicas son endergónicas, es decir que requieren de energía, mientras que las catabólicas son exergónicas, o sea, que la liberan. OHOH A Adenosina J Adenosín monofosfato AMP las una molécula encargada de almacenar la energía que producen las reacciones catabólicas y de disponerla para ser utilizada en las reacciones de síntesis. Esta Adenosín difosfalo ADP Adenosín trifosfato ATP) Para facilitar el acoplamiento de las reacciones metabólicas existe en las célu- A molécula es el ATP, o adenosín trifosfato, que es la "moneda" de intercambio de la energía dentro de la célula. El ATP se produce -como veremos más adelante- i Estructura química de la molécula de ATP. durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido en numerosos procesos químicos. Su energía se encuentra en las uniones de los fosfatos. ¿Cómo es esto? Veamos ... El ATP es un nucleótido compuesto por una base nitrogenada, la adenina; una azúcar pentosa, la ribosa; y tres grupos fosfato. Los dos últimos grupos fosfato están unidos al resto de la molécula por enlaces covalentes de alta energía. Estos enlaces son llamados así porque la energía contenida en cada uno de ellos es muchas veces mayor que la que posee un enlace químico cualquiera. Además, los enlaces de alta energía son muy lábiles, es decir que cuando se requiere energía, se rompen muy fácil y rápidamente, liberando energía química que es utilizada en reacciones anabólicas. Esta transferencia de energía usualmente implica al último de los grupos fosfato del ATP y es una reacción exergónica que se representa de la siguiente manera: ATP 11> ADP + Pi + Energía libre en donde ADP es el compuesto adenosín difosfato y el Pi es el fosfato inorgánico. Para volver a obtener ATP, debe suceder la reacción inversa: El ATP participa de un ciclo energético dentro de la célula. A. Se ensamblan ADP y P en ATP con la energía proveniente de la ruptura de moléculas como la glucosa. B. El ATP resultante queda disponible para nuevas reacciones celulares. ADP + Pi + Energía libre _ ____,.,.,.. ATP Esta reacción es endergónica, es decir, que para que suceda debe incorporarse energía, la cual proviene de las reacciones catabólicas de la célula. Por lo tanto, el ATP es una moneda energética en la célula que se puede gastar y volver a obtener en un ciclo continuo. La energía del enlace del grupo fosfato del ATP puede utilizarse en distintas funciones celulares. Por ejemplo, participa en las diferentes reacciones químicas del anabolismo, como la síntesis de todos los compuestos que constituyen las estructuras de la célula. En algunas células, el 75% de todo el ATP que se produce se utiliza para sintetizar nuevos compuestos, en especial para fabricar proteínas, que son imprescindibles para el crecimiento y el mantenimiento de la célula. Una proteína está compuksta por entre cientos y miles de aminoácidos unidos uno a otro por un enlace químico que se llama enlace peptídico. La formación de cada uno de los enlaces peptídicos de una proteína requiere de la ruptura de cuatro enlaces de alta energía del ATP. Otra importante fÜnción celular que requiere energía es el transporte de sustancias a través de la membrana, del cual hablaremos en detalle en el capítulo 6. Vale aclarar que en algunas células, como las del sistema renal, esta función es tan importante que se consume en ella el 80% de todo el ATP que se produce. En otras células, el principal uso del ATP es para el movimiento. Las fibras musculares requieren el consumo de cantidades enormes de ATP para la contracción. Otras células, en cambio, lo utilizan para el movimiento de cilios. ·i Energía de activación en las . , . reacciones qu1m1cas i ~reacción Es importante tener en cuenta que todas las reacciones químicas, independientemente de que sean endergónicas o exergónicas, necesitan un aporte de energía al inicio para que se desencadenen. ¿Por qué? Vamos a analizarlo ... Ya vimos que en una transformación química están implicados cambios en los enlaces que unen a los átomos que conforman las moléculas. Pero ¿cómo se pro'ducen estos cambios? Para comprenderlo, debemos considerar que las partículas c¡ue forman la materia poseen movimiento y chocan entre sí en forma continua. Si una colisión entre átomos es suficientemente fuerte, puede alterar el movimiento .de sus electrones ocasionando la ruptura del enlace químico que forman. La fuerza que deben tener las colisiones entre las partículas que componen .¡ 0 s reactivos para romper los enlaces químicos, y que la reacción química pueda comenzar, se llama energía de activación de la reacción. Es decir que, para que una reacción comience, los reactivos deben absorber suficiente energía como para que se desestabilicen sus enlaces químicos y sus electrones estén en condiciones .de formar nuevas combinaci9nes. Luego, cuando se forman los nuevos enlaces, se libera energía al medio, Esta secuencia de eventos se muestra en el gráfico de esta página. En él, los rectángulos verdes y amarillos representan la energía que poseen fós reactivos y eljlos productos, respectivamente. Esta reacción es exergónica porue la energía liberada al formar los productos es mayor que la energía necesaria para dar comienzo a la reacción. En las células, son varios los factores que pueden afectar la fuerza con que colisionan las partículas y, por lo tanto, la factibilidad de que una reacción se produzca. Uno de ellos es la concentración en que se encuentran los reactivos. Cuanto más grande sea la cantidad de partículas que se encuentren en un determinado es.pacio, más posibilidades habrá de que choquen entre sí. También puede ocurrir porque se eleve la presión en ese espacio, lo que acerca a las partículas entre sí y hace que la frecuencia de las colisiones sea mayor. Por otra parte, si la temperatura se eleva, aumenta el movimiento de las partículas, de modo que las partículas chocan con más fuerza. Es decir que otro factor que puede aumentar las posibilidades de que una reacción química se produzca Recordá 5. Detectá los errores que contiene este párrafo y reescribilo para que exprese correctamente un concepto. ¿Cuál es el concepto al que hace referencia? , Es más frecuente que las reacciones químicas tengan lugar cuando las concentraciones de las moléculas que participan en ella son bajas y la temperatura es elevada. Estos factores posibilitan que los átomos de las moléculas choquen entre sí de modo más frecuente, con lo que aumenta la posibilidad de que los enlaces químicos que forman, se rompan y se vuelvan a formar. Para que una reacción comience, los reactivos deben liberar suficiente energía como para que se desestabilicen sus enlaces químicos y sus átomos estén en condiciones de formar nuevas combinaciones. Energía para comenzar la 6. Energía libe. rada durante la reacción i l Avance de la reacción Representación gráfica de la energía de activación necesaria para que se produzca una reacción química. lndicá si las siguientes sentencias son verdaderas (V) o falsas (F). a) Para producir ATP se requiere energía. b) La célula realiza reacciones anabólicas utilizando energía guardada en forma de ATP. e) Si una reacción química requiere ATP para producirse, es una reacción exergónica. d) El metabolismo celular requiere que el ATP se forme y se degrade en forma continua. Relacioná 7. ¿Qué sucedería si en una célula no hubiera más que anabolismo? _______________________Á ______________ _ 1 Energía de activación sin la enzima '~ E!1 QJ e w ! -- ------------------- ---------------- .1 ~ ---- --;--+- -- -----------;;¡.. En-e-rgía-íí6erada Energ1a de activación con la . enzima Reactivos l' durante. _ la reacc1on Productos Metabolismo y enzimas Como hemos estudiado en las páginas anteriores, las reacciones químicas se producen por ruptura y formación de enlaces químicos, resultantes de los choques que sufren las moléculas, condicionados por la concentración de las moléculas y la temperatura. Sin embargo, en la mayor parte de las células de un organismo, la temperatura y la concentración de las sustancias son demasiado bajas como para que las reacciones metabólicas se produzcan a una velocidad suficiente que permi- Avance de la reacción ta su funcionamiento vital. Es decir que, para que se produzcan las reacciones quí- Representación gráfica de la energía de activación en una reacción catalizada con enzima (curva azul) y en ausencia micas a velocidades apropiadas, habría que aumentar tanto las concentraciones de moléculas y la temperatura del cuerpo que las células se dañarían. de enzima (curva roja). cia de compuestos químicos que. actúan acelerando las reacciones químicas por Este inconveniente se subsana en el metabolismo celular gracias a la presenun mecanismo diferente: disminuyen la energía de activación necesaria para que comiencen las reacciones, sin modificar la energía de los reactivos y del o de los productos. A estos compuestos se los denomina catalizadores. En las células, los catalizadores más importantes son las enzimas. Estructura de las enzimas Para comprender el rol de las enzimas como catalizadores, es necesario hablar de su estructura. Recordemos ante todo que las enzimas son proteínas, polímeros constituidos por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. La secuencia de aminoácidos que forman una proteína se denomina estructura primaria. pe_bido a que los aminoácidos interactúan entre ellos, las proteínas se pliegan sobre sí mismas formando una estructura secundaria que puede tener la forma de una hélice (a-hélice) o de lámina (~-plegada). En muchos casos (por ejemplo, en todas las enzimas), estas estructuras de lámina o hélice se repliegan tomando una forma tridimensional que se denomina estructura terciaria. También hay proteínas formadas por más de una cadena de aminoácidos, denominadas subunidades. Al combinarse varias cadenas de estructura terciaria, forman un complejo proteico con estructura cuaternaria. Ahora bien, la función de una proteína está definida por la forma en que se dispone en el espacio, que a su vez depende de la secuencia de aminoácidos que la componen. Por lo tanto, en las enzimas, la conformación tridimensional es clave para su función catalítica. ¿En qué consiste? Se basa en facilitar la reacción química, permitiendo que las colisiones entre los reactivos ocurran en lugares específicos de las moléculas, y disminuyendo los choques al azar. El catalizador interactúa con las moléculas que participan de la reacción, ayudando a orientarlas adecuadament~ para que la colisión resulte eficiente y para que la reacción se produzca a una menor energía de activación. Como el catalizador solamente colabora con la reacción sin participar en ella, al finalizar el proceso permanece sin cambios y queda libre para participar de otras reacciones. -.; V\ Estructura primaria Estructura secLndaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria Las proteínas presentan varias estructuras posibles que pueden compararse con el enrollamiento del cable de teléfono. "e: "' í1 Características de las reacciones enzimáticas La principal característica de las enzimas como catalizadores biológicos es su especificidad. Cada una puede participar únicamente en un tipo de reacción ,, química. Una razón para ello es que, por su configuración tridimensional, las enzi- '1: mas solamente pueden unirse a determinados reactivos, a los cuales se denomina En las ciencias se suelen utilizar modelos, que son representaciones abstractas de fenómenos o procesos que nos permiten comprenderlos y analizarlos. Se utilizan como una manera de recrear una realidad difícil de entender para luego simplificarla y así estudiarla mejor. Los modelos cambian con el avance del conocimiento científico. Si para un determinado fenómeno un modelo que se ha propuesto resulta incorrecto, se lo descarta y se crea uno nuevo. sustratos. Se han propuestos dos modelos distintos para explicar la especificidad entre enzimas y sustratos. Uno de ellos es el modelo llave-cerradura (Fischer, 1894). el cual postula que una región de la enzima encaja perfectamente en el sustrato como si fuera el ajuste exacto que hace una llave sobre una cerradura. A esta región de la enzima que reconoce específicamente el sustrato se la denomina sitio activo. El otro modelo, denominado de encaje inducido (Koshland, 1958), es una modificación del de llave-cerradura y es el más aceptado en la actualidad. Propone que las enzimas son moléculas flexibles y que el sitio activo puede cambiar su conformación cuándo interactúa con el sustrato. Por esta modificación, la enzima se adapta o moldea al sustrato para cumplir con su función catalítica. En ambos modelos, al inicio de la reacción, la enzima se une al sustrato (S) o a los sustratos formando el complejo enzima sustrato (E-S). Luego de la transformación química, E-S se fragmenta y da lugar al producto (P) y a la enzima (E), la A cual queda disponible para intervenir en nuevas reacciones. La siguiente ecuación Sitio activo representa el mecanismo. E+ S ....ioti----11> E-S ---1111>- E+ P l Además de reconocer a su sustrato en forma específica, cada enzima catali- ! za una reacción química específica. Es decir, si un sustrato puede participar de ,: reacciones químicas diferentes, una enzima cataliza una sola de esas reacciones posibles y hay tantas enzimas como reacciones químicas diferentes en las que participa el sustrato. B Otra característica de las enzimas es su eficiencia. En condiciones apropiadas, las Complejo E-S enzimas pueden aumentar la velocidad de una reacción química unos 10.000 millones i de veces. ¡Sí, leíste bien! Es decir, una enzima transforma en muy poco tiempo mu- i chas moléculas de sustrato en producto. Además, son muy precisas. Hay enzimas que poseen sistemas de comprobación y corrección de errores, como las que participan en la replicación del ADN. La enzima ADN polimerasa, por ejemplo, luego de catalizar la reacción de incorporación de un nuevo nucleótido a una cadena de ADN, comprueba si Enzima del sitio activo esto sucedió en forma correcta. Por este mecanismo, la tasa de error en la actividad de este tipo de enzimas es muy baja, de aproximadamente uno cada 100 millones de reacciones. La función de las enzimas está muy controlada en las células. La producción de una enzima, su concentración y su actividad en el metabolismo celular pueden sufrir muchas modificaciones por acción de otras sustancias. · 1 Muchas veces, las enzimas se encuentran inactivas en las. células y por alguna modificación, su función se activa, de modo de poder participar en la reacción que catalizan. En las células vivas existe un número muy importante de enzimas diferentes. Las células del hígado, por ejemplo, poseen unas mil enzimas diferentes, la mayoría de ellas en concentraciones muy bajas. Sin embargo, esta cantidad es suficiente para que se produzca la reacción que catalizan. Para la mayoría de las reacciones que suceden en las células la cantidad de sustrato no es mucho mayor que la cantidad de enzima disponible, por lo cual la reacción nunca se queda sin catalizador para ser llevada a cabo. En general, la molécula de enzima es mucho mayor que la del sustrato, por lo que solo una pequeña parte de ella, denominada sitio activo, interviene en la formación del complejo E-S. Hay dos modelos propuestos para €Xplicar la unión del sustrato a la enzima: A. Modelo de llave cerradura y B. Modelo de encaje inducido. Regulación de la actividad enzimática Como hemos comentado en la página anterior, se sabe que en las células la actividad de las enzimas se encuentra muy controlada y regulada. Esta modulación de la actividad de ciertas enzimas puede suceder por mecanismos diferentes. • En las enzimas alostéricas, la actividad se encuentra modulada por la unión no covalente de alguna sustancia a un sitio de la enzima que no es su sitio activo, al que se denomina sitio regulador. Usualmente las enzimas alostéricas son muy grandes y están constituidas por varias subunidades. La presencia de enzimas alostéricas suele estar asociada a reacciones en serie, en las que la transformación de un sustrato en un producto final útil para el meRepresentación esquemática de una enzima alostérica, la cual además del sitio activo presenta un sitio regulador. tabolismo celular, sucede tras una serie de pasos enzimáticos que ocurren uno detrás del otro. Esto se puede esquematizar de la siguiente manera: S ____.,._A--+ B ____.,._ C ____.,._ P siendo A, B y C los productos intermedios de la serie de reacciones. En este tipo de reacciones en cadena suele suceder que el producto final es un modulador de la enzima alostérica que cataliza el primero de los eslabones de la cadena, es decir, la transformación de S en A; a esta se la denomina reacción determinante. Estos mecanismos regulatorios son "estrategias celulares". que permiten el control de las reacciones metabólicas, ya que si hay suficiente cantidad de pr()ducto P, toda la serie de reacciones se inhibe, ahorrando energía y evitando que se acumulen productos intermedios que no son útiles a las células. • Las enzimas interconvertibles se presentan en dos formas, una activa y otra menos activa o inactiva. Ambas son reguladas por la actividad de otra enzima que interconvierte una forma en otra. Por ejemplo, algunas enzimas se activan cuando se unen en forma reversible a un grupo químico como el fosfato. • Existen algunas formas de regulación de la actividad enzimática en las que una enzima se produce en forma de un precursor inactivo, denominado proenzima o zimógeno, y recién mediante la acción de otro catalizador es transformada en la enzima activa por escisión de uno o varios enlaces peptídicos, es decir, perdiendo algunos aminoácidos de su estructura. Usualmente, el zimógeno es producido en una célula y secretado al espacio extracelular, donde se activa para ejercer su acción catalítica. Esta forma de regulación es sumamente útil para el metabolismo de la célula cuando la enzima activa ejerce alguna acción que en el interior de la célula puede llegar a ser nociva. Las enzimas digestivas que degradan proteínas se sintetizan como zimógenos en el estómago y en el páncreas. Por ejemplo, la alfa-quimotripsina pancreática se sintetiza como forma inactiva denominada quimotripsinógeno. La coagulación sang~ínea también está mediada por una serie de enzimas que permanecen inactivas, las cuales recién se activan en el momento que se produce una lesión.: • Otro tipo de regul.~ción del metabolismo celular tiene lugar cuando existen formas 'múltiples de una :enzima en una célula. Estas formas variadas, que se denominan 1 isozimas, son levemente .diferentes en su composición pero catalizan la misma reacción química. Así, las variantes coexistentes pueden tener actividad distinta ante determinada condición fisiológica de la célula o del organismo, de modo que si suceden cambios en el metabolismo, la disponibilidad de una u otra de las isozimas permite cumplir en cualquier condición con la catálisis de la reacción. F0:::tores que afectan la actividad enzimática Como sucede en cualquier reacción química, la temperatura puede alterar la actividad catalítica de una enzima. La velocidad de una reacción enzimática se duplica por cada 10 ºC que aumenta la temperatura, dentro del rango en el que la enzima es estable en su conformación tridimensional y está funcionalmente activa. ¿Qué implica esto? Si la temperatura alcanza el punto en el que la enzima, que es una proteína, comienza a perder su forma en el espacio, esta se desnaturaliza e inactiva. Así, las enzimas poseen una temperatura óptima en la cual su actividad A es máxima. En los mamíferos, este valor es cercano a los 37 ºC. Otro factor que puede modificar la actividad enzimática es la acidez del medio en el que se produce la reacción. Por ejemplo, las enzimas estomacales que degradan las proteínas del alimento actúan en forma óptima en el ambiente ácido que genera la secreción del jugo gástrico. Existen también moléculas o inhibidores que pueden frenar la actividad enzimática, según distintos mecanismos de acción. Los inhibidores son sustancias que B disminuyen la actividad de una enzima o bien impiden completamente su actuación. Pueden ser perjudiciales o beneficiosos como, por ejemplo, la penicilina, que es un inhibidor de las enzimas que regulan la síntesis de la pared bacteriana, por lnhibidor no competitivo lo que es útil contra las infecciones bacterianas. Hay distintos tipos de inhibición, según el modo de unión del inhibidor con la lnhibidor acompetitivo enzima. En la inhibición competitiva, el inhibidor puede combinarse con la enzima de tal modo de obstaculizar la unión de esta con su sustrato, como si se estableciera una competencia entre este y el inhibidor por la enzima. Para que suceda este tipo de inhibición, el inhibidor debe ser estructuralmente similar al sustrato con el que compite, al menos en la porción que interactúa con la enzima. En la inhibición no competitiva, el inhibidor puede combinarse con la enzima o con el complejo enzima-sustrato, interfiriendo con la reacción. Se une a la enzima en algún sitio de la molécula que no es el sitio activo, produciendo usualmente la deformación de la estructura tridimensional de la enzima, de modo que la participación de la enzima en la reacción se ve alterada. La acción enzimática puede verse modificada por: A. Inhibición competitiva, B. Inhibición no competitiva y C. Inhibición acompetitiva. En la inhibición acompetitiva, el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato impidiendo su transformación posterior en producto. Existe además un tipo de inhibición que se denomina irreversible, ya que la enzima interactúa con el inhibidor estableciendo un enlace covalente que la modifica en forma permanente, inactivándola. "'~,.. ,.. ,_ " ..J '~Q. o u B B " ".E¿:"' " El alcohol y la conquista de América ~ ...: e vi "' ~;: ~ g Existe amplia literatura sobre la manera en que fueron derrotados lo~ pueblos originarios de América. La conocida frase "Por el Remington y el alcohol" quizá tenga mucho de razón. Las poblaciones americanas podrían haber carecido de la enzima acetaldehído deshidrogenasa (ALDH), indispensable en el metabolismo del etanol presente en las bebidas alcohólicas. Esta enzima se encarga de la eliminación del acetaldehído, un producto de la degradación de etanol, convirtiéndolo primero en vinagre y luego en agua y gas carbónico. La carencia de ALDH hace que el acetaldehído aumente a niveles tóxicos y patológicos. Quizá las poblaciones americanas podrían haber sufrido el descalabro de adicción, locura y muerte que provocó el aguardiente que les proporcionaron los conquistadores, como consecuencia de la ausencia de la ALDH o de algún cofactor necesario para su actividad . Fuente: Facundo di Genova, El barman científico, Siglo xx1 Editores, 2011. • ¿Con qué sentido está utiiizado en el texto el término metabolismo? • ¿Cómo podrías probar si esta teoría es o no acertada? ü Nomenclatura de las enzimas y medida de la actividad enzimática El punto de partida de una investigación es la observación directa o indirecta, a la cual le sigue la formulación de un problema. Generalmente, el problema se expresa en forma de pregunta o exposición de un tema, que tiene que ser clara y precisa. Un problema planteado de modo correcto debe generar una o varias hipótesis, y estas deben poder ser verificadas de manera empírica. Todo tiene su nombre, y las enzimas no son una excepción. En general, el nombre que reciben está relacionado con la reacción que catalizan, al cual se le incorpora el sufijo -asa. Por ejemplo, las deshidrogenasas son enzimas que catalizan reacciones en las que se eliminan iones hidrógeno. Las ATPasas, en cambio, participan en la reacción que cataliza la transformación de ATP en ADP y fosfato. A veces, las enzimas se designan añadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato: la ureasa cataliza la degradación de la urea, las proteasas se encargan del metabolismo de las proteínas y las lipasas participan del catabolismo de los compuestos lipídicos. En ocasiones, las enzimas han recibido nombres que son poco informativos respecto de su función o del sustrato sobre el que actúan, como por ejemplo la pepsina, la tripsina o la quimiotripsina, todas vinculadas con la degradación de proteínas en el proceso digestivo. Para medir la actividad de una enzima existen convenciones, establecidas con la finalidad de que se puedan comparar los ensayos y experimentos que los investigadores realizan. La unidad de actividad enzimática que es usualmente utilizada se define como la cantidad de enzima que transforma una cantidad determinada de sustrato (1 µmol) por minuto a 25 ºC. Un dato de interés es conocer a qué velocidad una enzima hace su trabajo, es decir, saber la cinética de la reacción. En este caso, la característica principal de la cinética es la saturación de la enzima con el sustrato. En una reacción en la cual la .concentración de enzima es constante, al incrementarse la concentración de sustrato aumenta la velocidad de la reacción. Este incremento en la velocidad se debe a que aumentan las probabilidades de encuentro entre las moléculas de sustrato y las de la enzima. Si sigue aumentando la concentración del sustrato, llega un momento en que la velocidad de la reacción deja de crecer, y esto se debe a que la enzima se satura. No puede catalizar a una velocidad mayor, ya que está trabajando al máximo de su capacidad. Es decir, todas las moléculas de enzima tienen sus sitios activos ocupados por sustrato. Por lo tanto, aunque aumente la concentración de este último, la velocidad de la reacción se vuelve constante, denominándose velocidad máxima de reacción o Vmax . Todas las enzimas se saturan, pero difieren con respecto a la concentración de sustrato a la cual lo hacen. Por lo tanto, para comparar la actividad de distintas enzimas, se utiliza la constante KM, que se define como la concentración de sustrato a la cual la enzima alcanza la mitad de la velocidad máxima. La KM se basa en el modelo enzimático propuesto por los científicos Leonor Michaelis y Maud Menten. ~·,--,,.,,../ "O Variación de la "O velocidad de reacción según la concentración de sustrato. Una de las características de las enzimas es que se saturan de sustrato. ro 'i.l o ~ Concentración de sustrato [S] Cofactores y coenzimas Holoenzima Como hemos visto, la acción de las enzimas depende esencialmente de que conserven su estructura terciaria. Sin embargo, en algunos casos, la actividad enzimática depende de la presencia de uno o más componentes adicionales, denominados cotactores. El complejo enzima-cofactor, que es catalíticamente activo, recibe el nombre de holoenzima, mientras que la enzima sin el cofactor, que es inactiva, se denomina apoenzima. Apoenzima Holoenzima = Apoenzima + Cofactor Representación esquemática.de una holoenzima con el sustrato. En ocasiones, el cofactor es un ion metálico, como el hierro (Fe 2+) el cobre (Cu 2+), el magnesio (Mg 2+), el calcio (Ca 2+) o el zinc (Zn 2+), y por eso las enzimas que utilizan este tipo de cofactores se denominan metaloenzimas. A veces, el cofactor es una pequeña molécula orgánica no proteica, que no forma parte de la enzima en forma permanente y recibe el nombre de coenzima. En algunas reacciones se riecesitan ambos. A diferencia de las enzimas, una misma coenzima puede colaborar en la acción de muchas enzimas diferentes. Dado que la concentración de las coenzimas debe mantenerse a determinado nivel dentro de la célula, se producen constantemente mediante ciclos continuos de regeneración. Algunas coenzimas actuán como transportadores intermediarios de átomos o electrones. Por ejemplo, el NAD (nicotín adenín dinucleótido) y el FAD (flavín adenín dinucleótido). Por otra parte, muchas de las coenzimas son vitaminas o poseen alguna vitamina formando parte de su estructura. Estas son sustancias que se requieren en cantidades mínimas y son indispensables para la vida de las células. Si no se producen en el organismo, deben ser incorporadas con la dieta. Veamos algunos ejemplos. El ácido fólico es una vitamina que funciona como coenzima de las enzimas que permiten la síntesis de las bases nitrogenadas que forman los ácidos nucleicos (ADN, ARN). La vitamina 812 funciona como coenzima que facilita la actividad de las enzimas que participan en la síntesis de algunos aminoácidos. Es crucial para la fabricación normal de los glóbulos rojos, por lo que su déficit ocasiona una forma de anemia. Como no se fabrica en nuestro cuerpo, debe ser incorporada a través de la dieta. Ahora bien, cuando la coenzima se encuentra unida en forma permanente y muy estrecha a la enzima, recibe el nombre de grupo prostético. Es el caso de la biotina, y también del grupo hemo que contiene hierro, y forma parte de la peroxidasa y de 1.a catalasa, ambas enzimas (hemoenzimas) presentes en todas las células animales y vegetales. Recordá ¡ 8. lndicá cuál es la continuación correcta de las siguier;ites frases. 1 a) La actividad de las metaloenzimas depende de ... U. la presencia de un cofactor que es un ion metálico. fil. la presencia de una molécula no proteica. b) Un grupo prostético es ... l. un cofactor inorgánico. H. una vitamina. m. una coenzima que se une a la enzima en forma permanente. -- _________ _ Relacioná 9. Justificá la siguiente afirmación: Muchas vitaminas intervienen en la actividad enzimática. Enzimas y enfermedades metabólicas ¿Qué nos puede provocar que un tipo de enzima sea defectuoso? ¿O que directamente el organismo no lo "sintetice? Depende de su función. Si es importante en el metabolismo, puede complicarnos. Las enfermedades metabólicas ocurren debido a que una enzima está ausente o es defectuosa, de modo que la reacción química que cataliza no se produce o lo hace en forma deficiente. Hay muchas y t.. En la imagen se observa una pareja de tigres albinos. En el albinismo, el pigmento melanina no se fOíma por la carencia de la enzima tirosinasa. muy diferentes, algunas leves y otras que resultan muy graves para el organismo. Si una enzima no funciona, puede suceder que el producto de la reacción que cataliza esté ausente y eso es lo que ocasiona la enfermedad, o bien que el sustrato que no se metaboliza apropiadamente se acumule, y sea esa acumulación lo que enferme. Veamos algunos ejemplos ... • La presencia de color en nuestro organismo se debe a que nuestras células sintetizan un pigmento, la melanina. Pero existen algunos individuos con un defecto en la producción de este pigmento, lo que ocasiona una ausencia total de color en la piel, el cabello y los ojos. Son los albinos, cuyo nombre proviene del vocablo latino a/bus, que significa "blanco". La formación de la melanina requiere una serie de reacciones químicas, que se inician con la tirosina, y de las cuales, una está catalizada por la enzima tirosinasa. En los individuos albinos esta enzima está defectuosa, por lo cual carece de actividad y la tirosina no sufre su transformación en melanina. La porfiria es una enfermedad caracterizada por una inadecuada formación del grupo hemo, un compuesto que forma parte de la molécula de la hemoglobina, que transporta el oxígeno en nuestra sangre. Como está alterada una enzima que produce hemo a partir de porfirinas, estas se acumulan, especialmente en la piel, donde captan la luz solar, produciendo erupciones y ampollas. Además, el enfermo puede padecer anemia. Se cree que esta enfermedad dio origen a la leyenda de los vampiros, ya que las personas que la padecen deben permanecer alejadas de la luz y para su tratamiento requieren transfusiones de sangre. • La fenilcetonuria es una enfermedad metabólica caracterizada por la carencia de la enzima fenilalanina hidroxilasa, que se encarga de metabolizar el aminoácido fenilalanína en el hígado. Esta carencia produce la acumulación de la fenilalanina, tóxica para el sistema nervioso central, por lo cual si la deficiencia no es detectada y tratada a tiempo, ocasiona retraso mental. El tratamiento consiste en un cambio en la dieta evitando el consumo de los alimentos que contengan fenilalanina para disminuir su acumulación en el sistema nervioso central, especialmente durante las etapas cruciales para el desarrollo de este sistema. Con la detección temprana y solo una dieta, entonces, se evita el cuadro de retraso mental. OH Fehilalanina hldroxilasa CH 2 1 ~º 1 °"OH H2N-C-C H Fenila,lanina CH 2 1 ~º H N-C-C 1 2 1 H Tirosina °"oH ,; Representación química de la conversión de fenilalanina en tirosina, metabolizada por la enzima hepática fenilalanina hidroxilasa. El descubrimiento de las enzimas ••••••••o•••U•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••ou••••••••••••••••••••••••••••••••••• .. ••••••••••••••••••••••••••••••••n••••••••••••••••••••u•••••••••••••••••••••••••••••••••OoO•o•••••••o••••••••••oooouoo••••••• Según cuenta un grabado hallado en el Irán actual y que data de 4000 años a. C., en cierta ocasión, la molienda de unos granos de cereal se humedeció y se transformó en un jarabe que cambiaba el humor ¿Qué diferencias habrá tenido la forma de trabajo de Pasteur respecto de la de Buchner? ¿Y la de ·Pasteur y Buchner respecto de la de Berzelius? de la gente. Todos se ponían alegres. Es bastante probable que así haya nacido la cerveza. Se dice también que, allá por el año 3000 a. C., Sin embargo, hasta entonces, los intentos de aislar e identificar la naturaleza química de las en- en Egipto, un aprendiz de panadero olvidó una zimas habían fracasado. Recién en 1926 el bioquí- masa sobre la mesa de trabajo que, al permanecer mico estadounidense James B. Sumner consiguió más tiempo que el acostumbrado expuesta al aire, aislar la ureasa y demostró que estaba constituida se hinchó y aumentó su volumen, lográndose obte- por proteínas. Sus puntos de vista no fueron acep- ner de este modo un pan muy esponjoso. tados inmediatamente, y solo fueron reconocidos No menos interesante es la leyenda sobre un en 1936, cuando su colega John Howard Northtrop pastor árabe que guardaba leche de sus ovejas en pudo aislar otras enzimas como la pepsina, trip- una tripa de ternero, y en cierta ocasión se sor- sina y quimiotripsina, confirmando su naturaleza prendió al querer beberla después de un largo día proteica. de trabajo: no pudo hacerlo, ya que se había coagulado convirtiéndose en un cuajo semisólido. ¿Qué tienen en común una bebida con nuevos atributos, un pan diferente o una leche transfor- ¿Por qué la ciencia habrá necesitado de los trabajos de Northrop para dar crédito a /os de Sumner? mada en yogur? Recién muchos años después, la ciencia pudo dar algunas respuestas a la com- Actualmente se conoce que las enzimas partici- prensión de los procesos que dieron lugar a es- pan en todas las funciones clave para el desarro- tas novedades alimenticias. Antes del siglo xrx, se llo y el mantenimiento de la vida. La ribonucleasa, pensaba que estos fenómenos eran reacciones una enzima descubierta por René J. Dubos y ais- espontáneas. Sin embargo, a partir del avance de lada en 1946 por Moses Kunitz, fue luego sinte- la ciencia durante ese siglo se comenzó a dilucidar tizada en el laboratorio en 1969, lo que permitió que estaban mediados por enzimas. identificar los sitios activos responsables de sus Los primeros escritos respecto de la catálisis funciones químicas. Esta tecnología de laboratorio química corresponden a J6ns Berzelius en 1835 y hizo posible crear enzimas sintéticas, capaces de fueron de índole teórica. Más adelante, en 1857, el icatalizar reacciones que no pueden las enzimas químico francés Louis Pasteur postuló que en la fer- ¡ naturales. mentación intervenían catalizadores presentes en . industria alimenticia, en la textil, en la fabricación células vivas como las levaduras. Recién en 1877, del papel, etc. En medicina, las enzimas se utilizan Sus aplicaciones son múltiples: en la Wilhelm Kühne comenzó a emplear 'el nombre de , en análisis clínicos y en la producción éle fármacos. enzima, que significa "en levadura" en griego. , Hoy, hasta los detergentes se adicionan con enzi- . En 1879, el químico alemán Eduard Buchner mar- mas para facilitar la limpieza de vajilla o de ropa. có un hito importante en el conocimiento sobre las enzimas cuando descubrió que un extracto de levadura, libre de células, puede producir fermentación alcohólica, con lo cual no solamente demostró la existencia de las enzimas sino que verificó que actuaban en forma independiente de las células vivas. ¿Considerás una contribución al avance de la · ciencia que el nuevo conocimiento se aplique a la industria? Justificá tu respuesta utilizando ejemplos. enenos que Las enzimas son fundamentales ponzoñosas, 75 especies de es- de los efectos tóxicos y letales. Por para que ocurran las reacciones corpiones y más de 200 de arañas, catabólicas y anabólicas de nues- todas con venenos muy potentes. medio de su veneno, las serpientes logran inmovilizar a la presa y favo- tro organismo. Son los catalizado- Pero no te asustes. recer la digestión de esta. Las enzi- res biológicos, es decir, sustancias Por suerte, nuestro cuerpo nos mas que "desmayan" a la presa lo que aceleran una reacción química protege. Tenemos la piel, que es una hacen interfiriendo el sistema car- específica de manera instantánea o coraza de queratina, y si ella falla, está el hígado, que convierte a los venenos en desechos solubles que bajando su presión arterial. casi instantánea. Sin ellas todos los procesos que hacen posible la vida serían demasiado lentos o, simplemente, no ocurrirían. Sin embargo, las enzimas no solo hacen posible la vída, sino que algunas provocan la muerte. Las enzimas están dentro de nuestras células o en el torrente luego son eliminados por nuestros riñones. Solo cuando la dosis de veneno que entra en nuestro cuerpo es muy alta corrernos peligro de muerte. Pero ¿cómo funciona un veneno? sanguíneo, pero también penetran Las sustancias venenosas actúan inhibiendo la acción de enzimas que en nuestro organismo a través de son necesarias para la vida. Algu- díaco de la víctima, principalmente En apariencia, todos son efectos negativos si recibimos un ataque tóxico. Pero. como veremos luego, los venenos también pueden ser de suma utilidad para el desarrollo de nuevos medicamentos. Entre los animales más peligrosos del planeta figura la araña viuda negra, cuyos colmillos atraviesan la los dientes y aguijones de serpien- nas de estas proteínas tienen efec- piel humana y cuyo veneno es tan tes, arañas y escorpiones. En las ciudades modernas, el tos particulares sobre las diversas potente como el de quince serpien- funciones biológicas, tales como in- tes de cascabel. Otra araña, la del principal peligro potencial lo encon- fluir sobre la coagulación sanguínea banano, tiene el veneno más poten- tramos con el tránsito al cruzar una o inhibir la transmisión del impulso nervioso o muscular. En el caso par- te entre todas las arañas conocidas, calle. Pero en la naturaleza las cosas son un poco más complejas: existen 700 especies de peces venenosos, ticular de los venenos de las serpientes, además, tienen enzimas y otras seres humanos porque sus colmillos rara vez atraviesan la piel. unas 400 especies de serpientes protefnas que son las responsables pero no es muy peligrosa para los Entre las serpientes terrestres, la serpiente taipán es el animal más peligroso. Habita el centro-oeste de Australia y una gota de su letal veneno puede matar a varias personas. En el ser humano provoca dolores de cabeza, náuseas, vómito y dolores estomacales, y además su veneno posee una sustancia anticoagulante para que no pare el sangrado de su víctima. No solo en tierra hay animales venenosos. La serpiente marina tiene un ven~no letal y figura entre las más venenosa del mundo. Por todo lo visto hasta ahora, lo ideal sería entonces eliminar a todos estos bichos peligrosos. Pero cuidado, que a veces las cosas no son lo que parecen. En la próxima página destacaremos el valor curativo de estos venenos y entonces el eje de la discusión cambia de una manera que ni te imaginás. Venenos que medicamento contra la hipertensión naturales de los animales venenosos nar todos los autos porque algunos proviene del veneno obtenido de están disminuyendo rápidamente por .provocan accidentes, tampoco es ló- la yarará brasileña. Cuando los la destrucción de los lugares donde gico eliminar los animales venenosos trabajadores de las plantaciones de viven. Desaparecen tan rápido que tle la faz de la Tierra. Los seres hu- plátanos eran mordidos por estas incluso nos arriesgamos a no llegar manos no somos alimento de arañas serpientes, se desmayaban y les a tiempo para poder identificar los y serpientes, solo somos víctimas bajaba la presión arterial. Entonces componentes útiles de estas toxinas Así como no se nos ocurre elimi- accidentales. Además, los venenos los investigadores extrajeron del antes de su extinción. Y ese riesgo tienen un efecto paradoja!: mucho ve- veneno el componente que bajaba es mayor que el peligro de que nos neno mata, pero un poco puede cu- la presión. A partir de eso, en el pique una araña o nos muerda una rar. Ya lo decía Paracelso, un médico laboratorio se elaboró una versión serpiente. el slglo xv1: todas las sustancias son sintetizada que dio origen al capto- enenos, es la dosis lo que diferen- prll, el primer fármaco oral para la la a un veneno de un medicamento. hipertensión humana. Las propiedades que hacen mor- El potencial medicinal de los vene- al al veneno son también las mis- nos es extraordinario, aunque corre- as que lo hacen tan valíoso para la mos el riesgo de perder esas fuentes dencia basadas en sus componen- de medicamentos. Las poblaciones Fuentes; http://lístas.20minutos.es/ llsta/los-10-animales-cuyo-venenosirve-para-curar-díversas-enformedades351541/; http://www.planetacurloso. com/2006/10/04/las-10-especles-masvenenosas-del-planeta/ tes activos, es decir, sus proteínas y péptidos, que actúan como toxinas .Yenzimas. Así, los colmillos huecos de la mamba verde del Congo, una serpiente, conducen toxinas que pueden . provocar una parálisis respiratoria y la muerte de una persona en unas cuantas horas, pero también contiene un componente con un enorme potencia! para ser un nuevo y potente analgésico. Muchas medicinas actuales para tratar cardiopatías y diabetes se desarrollaron a partir de venenos. La ciencia de transformar el veneno en cura empezó en los años 60 del siglo xx cuando un médico clínico inglés, Hugh Alistair Reid, sugirió que el veneno de la especie moca- ¡ a) sín de Malasia podría utilizarse contra la trombosis venosa profunda. : b) Llegó a esta conclusión al descubrir que una toxina de esta serpiente impedía la coagulación. En 1968 se desarrolló un anticoagulante derivado del veneno de esta serpiente. El ejemplo más conocido relacionado con el desarrollo de un e) De acuerdo con los datos suministrados en los "Puntos de vista", ¿los animales· venenosos son los "malos de la película" o los "futuros superhéroes médicos"? Justificá tu respuesta usando ejemplos. La toxina del:veneno del caracol cónico es la base de un nuevo medicamentó contra el dolor. ¿Qué ventajas presentá este fármaco? ¿Cómo relacionarías su obtención con la importancia de mantener la biodiversidad? lnvestigá cómo participan los animales venenosos en el control de plagas de insectos y roedores. Sobre esta base, argumentá a favor o en contra de la eliminación de estos animales de la faz de la Tierra. Recordá 10. Formulá una pregunta para cada uno de los siguientes enunciados como respuesta. a) Es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen dentro de la célula. b) A la región de la enzima que reconoce específicamente a su sustrato. e) Son enlaces que contienen una cantidad de energía muchas veces mayor que cualquier otro enlace químico. d) A la fuerza que deben tener las colisiones entre las partículas para que una reacción química comience. e) Es la cantidad de enzima que transforma un µmol de sustrato/min a 25 ºC. 11. Diferenciá los siguientes pares de conceptos: a) Anabolismo - catabolismo. b) Apoenzima - holoenzima. e) Cofactor - coenzima. 12. ldentificá en el texto uno o más enzimas, sustratos y Productos. Las amílasas y las proteasas son capaces de degradar moléculas grandes, como almidón o proteínas, en otras más pequeñas, de forma que puedan ser absorbidas en el intestino. Las moléculas de almidón, por ejemplo, son degradadas por diversas enzimas a moléculas más pequeñas como la maltosa Yfinalmente la glucosa, la cual sí puede ser absorbida a través de las células del Intestino. Relacioná 13. Justificá fa siguiente frase: Sí una proteína que cumple funciones enzimáticas pierde su estructura terciaría, pierde su actividad catalítica. 14. Los inhibidores competitivos, a diferencia de los no competitivos, tienen la capacidad de unirse al sitio activo de las enzimas. ¿Podrá utilizarse un mismo inhibidor con enzimas diferentes? 15. Un científico ha dedicado años al estudio de una proteína con función catalítica. Hoy recibe en su lugar de trabajo a un nuevo ayudante, un biólogo recién recibido que ha conseguido una beca para trabajar con él. Luego de saludarse y hacer las presentaciones de rigor, el científico le muestra a su becario un tubo de ensayo donde tiene una preparación de la proteína objeto de su estudio. Lo primero que le dice a su becario es que nunca debe exponer esa preparación a temperaturas mayores de 60 ºC y que ni se le ocurra utilizar en la limpieza del laboratorio un determinado desinfectante. ¿A qué se deberán estas recomendaciones? Resolvé 16. El gráfico muestra cómo varía la actividad de la enzima (expresada en porcentajes) a medida que aumenta la temperatura. Observá el gráfico y respondé las preguntas. a) ¿Cuál es la temperatura óptima para esta enzima? b) ¿A qué temperatura presenta la mitad de la actividad máxima? ¿Para qué sirve conocer este dato? e) ¿Podría ser esta enzima una de las tantas que existen en una célula humana? ¿Por qué? lnvestigá 17. Leé el siguiente texto y buscá información sobre los ítems que te proponemos. La vitamina e o ácido ascórbico es una vitamina que el ser humano no puede sintetizar, de modo que debe ser incorporada con la dieta. Es importante conocer que el calor destruye el ácido ascórbico. Su déficit ocasiona el escorbuto, enfermedad muy característica en los marineros de tiempos remotos, que pasaban muchos días en alta mar consumiendo una dieta adaptada a las condiciones del viaje y la época. a) ¿Por qué la vitamina C debe ser incorporada con la dieta y en qué alimentos se encuentra? b) ¿Por qué débemos saber que el calor destruye esta vitamina? e) ¿De qué manera la vitamina C modifica el metabolismo? ' , ' •••••• ' ' '. : Realizá la ' ' > • • ' , ' • ' ' • ' ' • • • •••• '. ~ ••••• ' ' ' ' ' •• ' •••• ' ' •• ' ' de la página 234. : Punto de partida hay que darle de comer, mantener una temperaComo costumbre familiar, en la casa de Manuela todos los sábados se cena pizza. La mamá prepa- . tura óptima y esperar que la masa aumente su volumen o leve. Después la amasaremos". ra la masa casera y sirve las humeantes porciones con diferentes salsas y agregados. Manuela quiere aprender la receta. Así que hoy se puso a ayudar a) ¿La mamá de Manuela tiene razón? ¿Sabés qué es la levadura? con la preparación. Su mamá une Jos ingredientes en un recipiente: pone levadura, harina, agua ; b) ¿Para qué servirá el azúcar? tibia, sal y azúcar. Cubre la mezcla con un re- .· e) ¿Qué sucederá si el agua de la preparación está muy caliente? ¿Por qué? pasador limpio y la deja cerca de la homalla de d) ¿Cómo se vinculan los términos "levadura" la cocina, donde calienta el agua para amenizar la y "levar"? espera con unos mates. Manuela se asombra por ' el agregado de azúcar y el abrigo para el bollo. Su e) ¿Qué relación tiene el comentario de la mamá mamá se ríe y con naturalidad le contesta: "La lede Manuela con el aprovechamiento de los nutrientes en las células? vadura está viva. Para que crezca y se reproduzca, Fotosíntesis: un ejemplo de anabolismo Si mirás a tu alrededor, te darás cuenta de que la mayoría de las plantas posee hojas de color verde. Esto se debe a que contienen clorofila, un pigmento que Elpoderdelaluz absorbe la luz violeta, azul y roja del espectro de la luz visible, y refleja la luz verde. En células de las algas y de las plantas, la clorofila se encuentra almacenada en El prefijo foto-, que significa "luz", proviene del vocablo griego phos y lo los cloroplastos, que son los orgánulos donde ocurre la fotosíntesis. En cambio, conocemos porque forma parte de pa- las bacterias fotosintéticas carecen de cloroplastos y sus pigmentos están en la labras muy conocidas como fotografía, membrana celular o en membranas internas. fotocopia y otras de uso cotidiano. La fotosíntesis es un proceso esencial para la supervivencia de los organismos Pero también es aplicado a palabras autótrofos y, en consecuencia, del resto de los seres vivos que habitamos este pla- o conceptos científicos debido a neta. Utilizando la energía de la luz solar, y a partir del agua y el dióxido de carbono que la energía lumínica participa en del ambiente; las plantas son capaces de fabricar su propio alimento y de eliminar diversos procesos naturales, además de la fotosíntesis. Asf, fotógeno es oxígeno al ambiente. La presencia del oxígeno libre hace posible la existencia en el órgano que produce luz, fototaxia es el movimiento de los seres vivos la Tierra de las formas de vida que lo utilizan como nutriente, es decir, la mayoría de los seres vivos. hacia la luz y la fotosensibilidad es la propiedad que presentan los organis- Químicamente, la fotosíntesis es una reacción anabólica. Se inicia con la conversión de la energía lumínica en energía química. Las primeras moléculas en las que mos que reaccionan ante la luz. queda atrapada la energía lumínica es el el NADH (nicotinamida adenina dinucleótido) y el ATP (que estudiaste en el capítulo anterior). Luego, la energía contenida en estas moléculas se utiliza para sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica. Se puede hablar así de dos etapas de la fotosíntesis, una fotoquímica o fase lumínica, que requiere la presencia de luz, y otra biosintética o fase oscum; que se produce en ausencia o en presencia de luz. Ambas quedan expresadas en la ecuación general de la fotosíntesis. Luz ii Oxígeno Agua • Carbono Dióxido de carbono / 6 co2 + 6 H20 -~-C6H1p6 + 6 02 9 Hidrógeno Dióxido de carbono Carbohidrato Oxígeno Agua Glucosa Hay que tener en cuenta que la ecuación de la fotosíntesis es una simplificación Transformaciones moleculares durante la fotosíntesis. Las esferas de distintos del proceso, puesto que cada paso implica una compleja serie de sucesos que colores representan átomos de los veremos a continuación. elementos químicos que participan en la reacción. : Estructuras implicadas en la fotosíntesis de las plantas ¡. ¡ r==== Las hojas son el principal órgano de las plantas donde se realiza la fotosíntesis. Corte transversal del tejido de una hoja donde se localizan los cloroplastos y los estomas. El tallo contiene los conductos sales minerales) del suelo. Representación de la molécula de clorofila Célula Los cloroplastos contienen la clorofila y otros pigmentos, en membranas· llamadas tilacoides, en el interior de un espacio denominado estroma .. Los estomas están formados por dos células denominadas oclusivas que dejan un espacio llamado ostiolo a través del cual salen y entran gases: vapor de agua, oxígeno y dióxido de carbono. La fase lumínica o fotoquímica: obtención de energía Durante la fase lumínica, la energía del Sol provoca dos efectos importantes: la excitación de las moléculas de clorofila; la ruptura de la molécula de agua, proceso conocido como fotólisis. En ambos casos se liberan electrones, que pasan a través de una cadena de proteínas llamadas transportadoras de electrones. Mediante este proceso se ob. ¡ene la energía necesaria para producir ATP a partir de ADP. Además, al recibir un FASE LUMÍNICA 1ectrón y un protón (H+), la molécula receptora de electrones NADP se transforma n NADPH, que almacena energía, al igual que el ATP. El protón capturado por el ADP+ se obtiene de la fotólisis, liberándose además oxígeno (0 2 ) a la atmósfera. Tilacoide sto quiere decir que el oxígeno liberado por las plantas proviene de la molécula de gua y no de la de dióxido de carbono. FASE OSCURA Las reacciones químicas que se dan en la fase lumínica se llevan a cabo en los lacoides del cloroplasto; necesitan luz, clorofila y agua, y dan como productos xígeno, NADPH y ATP. Estos últimos compuestos son de alta energía química serán empleados ·para fijar C02 y producir glucosa en la siguiente etapa, la fase oscura o biosintética: síntesis de materia orgánica Las reacciones que se producen durante la fase oscura son independientes de presencia de luz y pueden realizarse tanto de día como de noche. Estas reacones se llevan a cabo dentro del estroma y se las conoce como ciclo de Calvin. Fases de la fotosíntesis. La fase lumínica y la fase oscura permiten la transformación de energía lumínica en nutri_entes. En esta fase se utilizan el ATP y el NADPH {formados en la fase lumínica) para ar el C0 2 , y se produce un tipo particular de carbohidrato, la glucosa, la cual posriormente será almacenada como almidón. La fase oscura se divide en dos etapas: la fijación de carbono se inicia cuando el C0 2 es capturado por un carbohidrato de cinco carbonos y forma un compuesto de seis carbonos que espontáneamente se fragmenta en dos moléculas de tres carbonos, el ácido fosfoglicérico (PGA). la síntesis de glucosa se da cuando el PGA, usando la energía de la fase lumínica (ATP y NADPH), se convierte en fosfogliceraldehído (PGAL), molécula de tres carbonos que al unirse con otro PGAL forma una molécula de seis carbonos: la glucosa. De esta manera, los productos de la fotosíntesis son el oxígeno, generado en fase lumínica, y la glucosa, producida en la fase oscura. La glucosa es utilizada mediatamente en procesos de respiración, como energía de los procesos vitales. demás de la síntesis de glucosa, el PGAL es utilizado en otras vías anabólicas: articipa en la síntesis de aminoácidos, ácidos grasos, celulosa, moléculas de serva como el almidon, etc. En cuanto al oxígeno, parte es empleado por el propio ganismo en la respiración celular, pero la mayoría es liberado al ambiente. m. ... permite sintetizar moléculas de cinco Recordá 1. Elegí las frases que permiten completar correctamen~e las siguientes afirmaciones. a} Las reacciones de la fase lurriínica de la fotosíntesis ... 1 l. ... ocurren en el estroma del cloroplasto. 11. . .. producen energía en forma de ATP. m. ,.. requieren de oxígeno. b) La fase oscura de la fotosíntesis ... l. ... se produce en ausencia de luz. 11. .. .requiere del ATP formado en la fase lumínica. O O O o o carbonos. o Relacioná 2. Justificá las siguientes afirmaciones. a) Tanto las reacciones de la fase lumínica como las de la fase oscura de la fotosíntesis forman parte del anabolismo. b) Los organismos heterótrofos se ven beneficiados por la fotosíntesis que realizan los autótrofos. Factores que aF an la fotosíntesis La fotosíntesis es un proceso que se ve influenciado tanto por factores internos del organismo como por factores ambientales. Dentro de los principales factores internos podemos mencionar la edad de la planta, la forma y estructura de la hoja, el contenido de clorofila y la actividad de las enzimas que participan del proceso. Los factores externos son la calidad y cantidad de luz que reciben las hojas, la temperatura ambiente, la concentración de C0 2 y 0 2 , el agua y el contenido de nutrientes. Veamos cómo afectan algunos de ellos. Calidad y cantidad de horas de luz. Aquellas plantas que son iluminadas con luz ázul muestran una mayor tasa fotosintética que las que son iluminadas con luz verde; esto se debe a que la luz azul posee más energía que la luz roja, y esta última, más que la verde. También se ha observado que las plantas que reciben mayor cantidad de horas de luz aumentan su fotosíntesis; por esta razón se realiza más fotosíntesis en verano que en invierno. Además, no todas las hojas de una planta reciben la misma cantidad de luz. Las hojas de 1a periferia En la mayoría de las plantas, la clorofila enmascara al resto de los pigmentos, y estos solo se hacen visibles cuando los niveles de clorofila y la fotosíntesis decaen. reciben más que las que se encuentran en el interior de la copa. La poda es un método para modificar la forma de la planta para que todas las hojas reciban la mayor incidencia de la luz posible. Temperatura. El efecto de la temperatura sobre la fotosíntesis depende de la especie y de las condiciones ambientales en las que las plantas crecen. Aunque existen plantas tanto en regiones muy frías como en zonas tropicales, la fotosíntesis en general es más eficiente a temperaturas comprendidas entre los 10 a 30ºC. • Agua. La escasez de agua en el suelo y de vapor de agua en el aire disminuyen el rendimiento fotosintético. ¿Por qué? La planta reacciona ante la falta de agua cerrando sus estomas para reducir la transpiración de las hojas y no eliminar así agua a la atmósfera, lo que ocasiona un menor ingreso de C0 2 , necesario para que ocurra la reacción de la fotosíntesis. • Concentración de C02 y 0 2 • La concentración de C0 2 en la atmósfera es de aproximadamente 0,03%. Si esta concentración es elevada y constante, la fotosíntesis aumenta en relación directa, hasta llegar a un punto en el que se estabiliza. En algunas condiciones la concentración de C0 2 puede disminuir al punto de llegar a ser un limitante, como por ejemplo, en un invernadero que permanece mucho tiempo cerrado y sin ventilación. Cuando la concentración de 0 2 en el aire es máyor, el rendimiento que tiene la fotosíntesis es menor. En el invierno no hay suficiente luz o agua para realizar fa fotosíntesis. Muchas especies de árboles descansan y viven con el alimento que almacenaron durante el verano. La clorofila de las hojas desaparece y, poco a poco, a medida que su color verde se desvanece, empezamos a ver colores naranjas y amarillos. Estos colores ya existían durante el verano, pero no lo podíamos ver porque quedaban enmascarados poíel color verde.de la clorofila. En un invernadero, el dióxido de carbono puede ser un limitante para la fotosíntesis si no hay una adecuada ventilación. Quimiosíntesis: otra forma de anabolismo Al contrario de la fotosíntesis, que no puede darse sin energía lumínica, la quimiosíntesis puede efectuarse en completa oscuridad. Es un proceso anabólico realizado por ciertas bacterias que viven en total oscuridad, llamadas bacterias quimioautótrofas, y que pueden generar sus propios nutrientes. Los organismos quimioautótrofos utilizan el C0 2 como fuente principal de carbono para la síntesis de carbohidratos, en un proceso denominado fijación de carbono que se realiza mediante el ciclo de Calvin. Pero, a diferencia de los fotosintéticos, no utilizan la energía lumínica como fuente de energía sino que, a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas simples del medio, como el hidrógeno, el amoníaco, el hierro o el azufre, pueden forman ATP, el cual utilizan para elaborar carbohidratos. Si bien este tipo de bacterias no son demasiado numerosas, muchas de ellas están en la base de la alimentación de otros organismos. Bacterias del azufre. Las sulfobacterias del género Thiobacíl/us obtienen energía por oxidación de compuestos reducidos de azufre, como el ácido sulfhídrico del agua de los manantiales sulfurosos, y de azufre proveniente de materia orgánica descompuesta. Producen así ATP. Esta energía se utiliza para reducir el C0 2 a carbohidratos. La capacidad de algunas de estas bacterias es utilizada a veces en la agricultura para corregir la alcalinidad de los suelos: si cuando se prepara el terreno para la En los fondos marinos hay chimeneas termales que arrojan agua rica en azufre, de la cual se alimentan algunas bacterias quimiosintéticas. siembra se incorpora azufre en polvo, las sulfobacterias del terreno lo utilizan, por lo cual aumenta la acidez y la parcela resulta más adecuada para el cultivo. Bacterias del hierro. Viven en aguas ricas en compuestos ferrosos~ como por ejemplo en yacimientos de este mineral. Completan la oxidación de compuestos ferrosos parcialmente oxidados y utilizan la energía producida por esta oxidación para la síntesis de carbohidratos. Bacterias del nitrógeno. Utilizan compuestos nitrogenados presentes en el suelo. Por ejemplo, las del género Nitrosomonas usan el amoníaco que se encuentra en la materia orgánica en descomposición y lo transforman en nitritos, mientras que las del género Nitrobacter transforman los nitritos en nitratos. La mayor parte de las plantas obtienen el nitrógeno que emplean para formar sus componentes nitrogenados absorbiéndolo del suelo en forma de nitrato. Por lo tanto, ambos grupos de bacterias forman parte del ciclo del nitrógeno (que analizaremos en el capítulo 8), y son muy importantes, ya que con su acción aumentan la disponibilidad de este nutriente para el mundo vegetal. Como veremos más adelante, también existen bacterias que pueden utilizar corno fuente de energía el nitrógeno atmosférico. Algunos investigadores sostienen que los organismos quimiosintéticos representan un tipo filogenético muy antiguo y primitivo de la vida autótrofa en la Tierra. Relacioná 3. Detectá las oraciones falsas y reescribilas para que sulten verdaderas. a) Si la cantidad de agua es escasa, el proceso fotosintético disminuye, pues la planta cierra sus estomas para reducir la transpiración de las hojas, lo que ocasiona un menor ingreso de C0 2 • b) Algunos de los factores internos que pueden afectar la fotosíntesis son la forma y la estructura de las hojas. e) re- d) Los organismos quimiosintéticos catabolizan moléculas orgánicas en ausencia de luz. A medida que aumenta la concentración de oxígeno en el ambiente, aumenta el rendimiento de la fotosíntesis. lnvestigá 4. Averiguá en qué unidad se mide la intensidad de la luz y cuánta puede haber en el mediodía de un día de verano. ¿Cómo afectará el proceso de fotosíntesis? Respiración celular: un ejemplo íJ de catabolismo Cuando en la tarea diaria de los científicos se realizan experimentos, sus datos deben ser analizados e interpretados. Es necesario así organizarlos de un modo claro y sencillo que facilite su estudio. Si se trata de datos numéricos, suelen utilizarse tablas o gráficos. En algunos experimentos, lo que se desea analizar o mostrar es la interrelación entre diferentes componentes. Para este tipo de datos, los diagramas son de mucha utilidad. Por ejemplo, la glucólisis o el ciclo de Krebs serían muy difíciles de explicar sin un diagrama facilitador. Los seres vivos obtenemos la energía contenida en las moléculas orgánicas gracias a la respiración celular. En las células, esta energía es convertida en ATP, molécula que -como ya vimos- sirve de intermediaria energética en todas las actividades celulares. La transformación de la energía en ATP puede ocurrir en presencia de oxígeno (respiración aeróbica) o en ausencia de este (respiración anaeróbica). Respiración aeróbica Involucra un conjunto de reacciones metabólicas en el que participan prioritariamente la glucosa y el oxígeno. Este proceso tiene la finalidad de liberar la energía contenida en la glucosa y en otras sustancias orgánicas (ácidos grasos y aminoácidos) para producir ATP. La respiración aeróbica está conformada por una serie de pasos, pero puede ser resumida en la siguiente ecuación: C6H1206 + 6 02 + 38 ADP + Pi - - - 6 co2 + 6 H20 + 38 ATP Glucosa Oxígeno Dióxido de carbono Agua Las reacciones químicas de la respiración son activadas y controladas por enzimas que se encuentran tanto en el citoplasma como en las mitocondrias de todas las células eucariotas. Se trata de reacciones complejas y numerosas, pero. que pueden ser resumidas en tres etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones. La glucólisis se lleva a cabo en el citoplasma celular y no requiere la presencia de oxígeno. Está conformada por una secuencia d_e reacciones químicas catalizadas por enzimas libres en el citoplasma, en las cuales la glucosa se va degradando hasta llegar a formar un compuesto de tres carbonos: el ácido pirúvico. En este proceso, al romperse los enlaces de la glucosa se libera energía que se transfiere al ADP para dar ATP; así, por cada molécula de glucosa fragmentada se forman dos ATP. También se liberan protones (H+) y electrones que son recibidos por el NAD+ para dar lugar a dos NADH y dos W. El ácido pirúvico formado es la molécula base para la siguiente fase, el ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs se da en la matriz de la mitocondria, obteniéndose C0 2 como producto de una serie de reacciones que se explican a continuación. • El ácido pirúvico es transportado hacia el interior de la mitocondria. Allí, cada molécula de ácido pirúvico libera una molécula de C02, transformándose en una molécula de dos carbonos llamada acetil coenzima A. • Cada molécula de acetil coenzima A se degrada a C0 2 y átomos de hidrógeno. Glucólisis Glucosa Célula eucariota 2 NADH + 2 H+ Mitocondria. A. Vista con el microscopio electrónico de varias mitocondrias. B. Corte esquemático que muestra la organización interna. C. Ubicación en la célula. 2 ¿Cómo ocurre esta reacción? La acetil coenzima A se une a una molécula de oxalacetato, de cuatro carbonos, y se forma una molécula de seis carbonos. En los siguientes pasos del ciclo se liberan dos moléculas de co2 y finalmente Ciclo de Krebs se Ácido forma oxalacetato, el cual vuelve al ciclo para ser reutilizado. De esta forma, la molécula de glucosa se degrada totalmente a seis moléculas de 2 co2. Durante el ciclo de Krebs se liberan también ATP, Wy electrones, que son recibi- NAD\I dos por el NAO y el FAD, obteniéndose NADH y FADH 2 , respectivamente, los cuales son transportados a la membrana interna de la mitocondria, donde ocurre la Citoplasma NADH+H•-1. 2co, siguiente etapa: la cadena respiratoria. La cadena de transporte de electrones (o cadena respiratoria) ocurre en la membrana interna de la mitocondria, donde un conjunto de enzimas capta y transporta los electrones del hidrógeno a través de una cadena de reacciones, hasta Mitocondria que finalmente se unen al oxígeno formando agua, en un proceso denominado fosforilación oxidativa. La secuencia de reacciones de transferencia de electrones se inicia cuando las co, moléculas de NADH y FADH 2 producidas en el ciclo de Krebs interactúan con proteínas de las crestas mitocondriales. Cada NADH y FADH 2 es transformado por las enzimas de la cadena respiratoria produciendo cada hidrógeno un electrón (e-) y un protón (W) que se acumulan en el espacio intermembrana. Ese gradiente de concentración de W produce una diferencia eléctrica entre un lado y el otro de la membrana, el que es utilizado para producir ATP a partir de ADP, mientras que, junto con los electrones, co, el oxígeno se une a los protones para formar agua. En total, ingresan al sistema de transporte de electrones diez moléculas de NADH y dos moléculas de FADH 2 • Por cada NADH que ingresa se generan tres ATP y por cada FADH 2 se obtienen dos ATP. IATPI ~~~~~~~~ 1 ADP+ Pi 1 ~P+Pil '-..:1( IATPI Fosfo ri 1ación oxidativa IATPI _J IADP+ Pi 1 'i1oP+Pil IATPI '-.J( ~ O,+H,~ 2H 20 La fosforilación oxidativa produce ATP y agua. La importancia de la endosimbiosis Los organismos resultantes de esta fusión habrían evolucionado hacia formas de vida más complejas, incorporando la respiración del Un conjunto de observaciones sobre la historia de la vida en la Tie- ; rra ha llevado a los biólogos a enunciar una teoría: la endosimbiosis; . ' como estrategia que condujo al aumento de la complejidad de los 1 organismos. En efecto, se postula que los descendientes de las bac- oxígeno. Se considera que este evento simbiótico, en donde distin- terias que hace tres mil millones de años nadaban en las aguas primitivas respirando oxígeno se hallan actualmente presentes en nuestro cuerpo en forma de mitocondrias. En algún momento, las bacterias ancestrales debieron combinarse con otros microorganismos, instalándose en su interior y proporcionándoles un sistema de producción de energía procedente del oxígeno a cambio de alimento y cobijo. tos organismos se unen para formar otros nuevos, ha resultado una importante fuerza de cambio para la vida sobre la Tierra. Fuente: Lynn Margulis y Dorion Sagan. Microcosmos, Tusquets Editores, España, 2008. ¿Por qué se considera a la endosimbiosis como un mecanismo hacia la complejidad? ¿Qué otro ejemplo de endosimbiosis resultó trascendental para la vida sobre la Tierra? Respiración anaeróbica Las aguas estancadas generan el medio anaeróbico donde crecen bacterias productoras de gas met.ano, llamado el gas de los pantanos. Microfotografía de la bacteria C/ostridium botulinum, que produce la enfermedad de botulismo. Se desarrolla en anaerobiosis, contaminando alimentos en conservas. La mayoría de los organismos eucariotas obtiene energía y la acumula en forma de ATP a través de la respiración aeróbica, en la que el aceptor final de electrones es el oxígeno. Sin embargo, algunos unicelulares y, eventualmente, células de un organismo pluricelular pueden extraer la energía de la glucosa sin intervención del oxígeno. Es decir, el aceptor final de electrones es otra molécula distinta de este gas. Los procesos metabólicos que se llevan a cabo en ausencia de oxígeno se agrupan bajo la denominación de respiración anaeróbica. Los organismos que pueden vivir anaeróbicamente pueden clasificarse a su vez en anaerobios estrictos u obligados, que son aquellos que no pueden utilizar el oxígeno e incluso hasta les resulta tóxico, y los anaerobios facultativos, que pueden vivir tanto en ausencia como en presencia de este gas. Los anaerobios estrictos son microorganismos que viven en los fondos marinos, en los suelos fangosos y en los pantanos. Algunas bacterias, como las de los géneros Pseudomonas y Bacil/us, utilizan como aceptor final de electrones el ion nitrato en vez del oxígeno, dando por resultado nitritos, óxido nitroso u nitrógeno gaseoso. Otras, como Desu/fovibrio, utilizan sulfato en vez de oxígeno. Estos géneros de bacterias son muy importantes en ecología porque participan de los ciclos naturales del nitrógeno y del azufre, como veremos en el capítulo 8. Otros microorganismos respiran anaeróbicamente transformando carbonato en metano, que es el gas de los pantanos. También algunas bacterias anaeróbicas son patógenos humanos, como C/ostridium botulinum, que produce la toxina botulínica, sustancia que resulta mortal si se la ingiere, o Clostridium perfringens, que ocasiona gangrena en las heridas infectadas. El nutriente usualmente más. utilizado en la vía catalítica anaeróbica es la glucosa, aunque hay microorganismos que pueden obtener energía a partir de otros compuestos como ácidos grasos o aminoácidos. Fermentación El principal tipo de respiración anaeróbica es la fermentación. Este proceso es propio de algunos microorganismos como levaduras y bacterias que habitan ambientes pobres en oxígeno; bajo ciertas condiciones, también puede ocurrir en el tejido muscular de las células animales. De hecho, nuestras propias células pueden realizar, en ciertas condiciones, la fermentación. La fermentación ocurre en el citoplasma y consiste en la degradación incompleta de las moléculas de glucosa. Se inicia con la glucólisis, en la cual la molécula de glucosa se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico y los hidrógenos que se desprenden son recogidos por el NAD+ formando NADH pero, a diferencia de la respiración aeróbica, la degradación no continúa. El ácido pirúvico recibe electrones y W del NADH, y se transforma en ácido láctico, o en alcohol etílico y dióxido de carbono, dependiendo del tipo de organismo que lleve a cabo el proceso. Debido a que el ciclo de Krebs se realiza en forma parcial, la producción de ATP siempre es menor que en la respiración aeróbica. La energía liberada es escasa en comparación con la respiración aeróbica, y únicamente es capaz de formar dos ATP por cada glucosa. Un'a consecuencia de esto es que los organismos anaeróbicos crecen y se desarrollfln a un ritmo más lento que los aeróbicos. Existen entonces dos tipos principales de fermentación que difieren por el. producto final que se forma: una convierte el ácido pirúvico en ácido láctico, y la otra lo convierte en dióxido de carbono y etanol (un alcohol de dos carbonos). La fermentación láctica es producida por algunos microorganismos que degradan la lactosa de la leche, lo que le da sabor agrio y permite la coagulación de la proteína láctea, la caseína. Por eso se la utiliza para la producción de queso y yogur. Este tipo de fermentación también se realiza en los músculos de nuestro organismo cuando se hace ejercicio muy intenso. En esta circunstancia, las células musculares tienen menos oxígeno disponible y la respiración aeróbica cesa, y el ácido pirúvico formado en la glucólisis se transforma entonces en ácido láctico. Sin embargo, en concentraciones elevadas, el ácido láctico es tóxico, por lo cual causa malestar intenso y fatiga, y hace que el individuo disminuya el ritmo del ejercicio o se detenga, mientras descansa y respira rápidamente para aumentar el suministro de oxígeno. En presencia de suficiente oxígeno, el ácido láctico se vuelve a convertir en ácido pirúvico, lo que ocurre en el hígado. La fermentación alcohólica es realizada por muchos microorganismos como las levaduras del género Saccharomyces, y es utilizada por la industria en la fabricación de diferentes tipos de bebidas alcohólicas por la producción de etanol, y en la elaboración de pan, donde el alcohol se evapora y el C0 2 provoca que el pan esponje o leve. El vino se obtiene por la acción de levaduras que transforman los azúcares de la uva en alcohol etílico y dióxido de carbono mediante el proceso de fermentación. Hay microorganismos que realizan otros tipos de fermentación. La fermentación pútrida o putrefacción produce sustancias que por lo general son malolientes y a esto se debe el mal olor de los cadáveres de animales y plantas. Sin embargo, algunas putrefacciones dan productos agradables, como los que se emplean para producir los sabores típicos· de algunos quesos y vinos. Algunos microorganismos realizan una fermentación en la que se produce ácido acético; son las bacterias acetógenas, que son capaces de crecer en ambientes ricos en C0 2 y H2 • Los bacterias del género Propionibacterium realizan una fermentación particular que produce ácido propiónico. Mediante este proceso se produce el queso suizo, que se caracteriza por tener un sabor muy particular que le da el ácido y grandes huecos debido a la liberación de co2. Tipos de fermentación 2 ADP + 2 Pi i 2 ATP Fermentación láctica i 2 ~ Ácido láctico 2 Ácido pirúvico Glucosa NAD+ 2 NADH++ H+ Fermentación alcohólica e) Recordá 5. Marcá con una X la opción correcta. a) b) Los organismos anaerobios facultativos ... l. ... pueden vivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno. 11. ... pueden vivir en ausencia de oxígeno. m. ... pueden vivir en presencia de oxígeno. La fermentación se realiza ... l. ... en el citoplasma. H. . .. en la mitocondria. m. ... en el cloroplasto. + Etanol+ CO, La fermentación alcohólica convierte al ácido pirúvico ... l. . .. en etanol. 11. . .. en etanol y agua. m. ... en etanol ydióxido de carbono. O O O lnvestigá 6. D D D ¿Cuál es el significado del término fermentación en microbiología industrial? ¿A qué se denomina fermentador? Hacé una lista de productos alimenticios que son obtenidos por fermentación. Eficiencia energética de la respiración Comparaciones Si analizamos el término balance, encontraremos que tiene más de una acepción. Por ejemplo, se lo emplea para referirse al movimiento que hace un cuerpo al inclinarse hacia un lado y hacia otro. También es un término empleado por las empresas cuando confrontan su patrimonio y sus deudas para averiguar el estado de sus cuentas. Sin embargo, en ciencias naturales, su uso indica el estudio comparativo entre distintos procesos, y hablamos así, por ejemplo, de balance energético o balance de materia. Hasta el momento hemos descripto algunos procesos o rutas catabólicas en las que se obtiene energía. En las reacciones que forman estas rutas, ciertas moléculas orgánicas se transforman en otras más pequeñas, o bien en compuestos inorgánicos, liberando energía en forma de ATP. Hemos visto que la degradación de la glucosa puede seguir las rutas alternativas de la respiración aeróbica o anaeróbica, que en ambos casos conducen a la producción de ATP. Sin embargo, estos procesos se diferencian en su eficiencia energética. La degradación de una molécula de glucosa comienza por la glucólisis, que es la ruta común de la degradación a ácido pirúvico, con liberación de energía que se conserva en forma de dos moléculas de ATP y dos de NADH, y que sucede tanto en organismos aeróbicos como anaeróbicos. Esta ruptura de la molécula de glucosa es un proceso universal, es decir que sucede en los citoplasmas de todas las células -'procariotas, eucariotas, autótrofas y heterótrofas-, lo que hace suponer que es un mecanismo que apareció muy tempranamente en la evolución de la vida sobre la Tierra. La respiración áerobia es un proceso de obtención de energía de la glucosa en presencia de 0 2 , propio de los organismos aeróbicos, que continúa y completa la degradación de la glucosa con las siguientes dos etapas que hemos estudiado, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. El resultado energético total es la producción de 38 moléculas de ATP, con consumo de oxígeno y liberación de C0 2 y agua. En cambio, en la fermentación, la molécula de glucosa se degrada a dos moléculas de ácido láctico o etanol (y dióxido de carbono) como productos finales, de modo que el balance energético final de este tipo de catabolismo de la glucosa son únicamente dos moléculas de ATP y compuestos que aún conservan energía en sus enlaces químicos. A pesar de esta enorme diferencia en el balance energético de los dos tipos de catabolismo, esta ruta anaeróbica de los carbohidratos ha permitido que muchos organismos vivan y se desarrollen en ambientes en los que la concentración de oxígeno es escasa. Esta vía puede funcionar a gran velocidad en las células musculares, por ejemplo, como ruta de emergencia cuando se realiza un esfuerzo importante. ¿Cómo es el proceso? Ya vimos que cuando nuestros músculos son sometidos a un ejercicio moderado utilizan oxígeno para obtener energía de las moléculas de azúcar, pero cuando este ejercicio es intensivo, las células experimentan· una gran actividad y rápidamente consumen el oxígeno disponible. En este caso, recurren a la fermentación láctica; justamente, el ácido láctico generado es el que produce el dolor muscular. Los atletas que participan en las pruebas de velocidad -por ejemplo, una carrera de 100 metrosobtienen casi toda la energía que utilizan en la competencia de esta vía metabólica. Durante la carrera, los velocistas obtienen la energía de la respiración anaerobia, en la que se produce ácido láctico. La acumulación de este ácido produce dolor muscular. Fotosíntesis versus respiración Autótrofos Fotosíntesis Cloroplasto Basándonos en las páginas anteriores, se confirma que el proceso de la fotosíntesis es anabólico, mientras que la respiración celular es catabólica. Es decir, una produce materia orgánica en tanto que la otra la degrnda. Sin embargo, no debemos verios como reacciones reversibles. Cada proceso es independiente del otro, y no resultan inversos sino complementarios. La fotosíntesis que se produce en los cloroplastos de los organismos fotosintéticos puede considerarse un mecanismo de elaboración de alimento, mediante la transformación de la energía lumínica y moléculas inorgánicas del entorno en sustancias orgánicas. En cambio, la respiración es una forma de Energía oxidación, una combustión controlada de nutrientes, donde se produce un tipo Respiración Autótrofos y heterótrofos de energía que luego será utilizada en todas las funciones esenciales para la vida de la célula. Ya sean autótrofos o heterótrofos, todos los organismos aerobios realizan Distintas formas de nutrición respiración celular en las mitocondrias Antes de continuar, es necesario que repasemos cómo se clasifican los organismos según su tipo de nutrición (ver capítulo 1). En principio, podemos considerar que la fotosíntesis es la forma en que se procura sus nutrientes un grupo muy heterogéneo de organismos, los autótrofos, constituido por bacterias, algas y plantas. o en estructuras de la membrana celular, en el caso de procariontes como las bacterias. El oxígeno y el dióxido de carbono participan tanto en la respiración como en la fotosíntesis, ambos procesos independientes. En cambio, existen otros organismos, los heterótrofos, que no pueden sintetizar su propio alimento sino que deben incorporarlos del exterior mediante la ingesta o la absorción de materia orgánica proveniente de otros organismos. Este grupo de organismos, que comprende bacterias, hongos y animales, requiere que la materia (el alimento) que incorporan sea degradada en los nutrientes que serán aprovechados por las células como fuente de energía y materia prima para la síntesis de otras sustancias fundamentales en las diversas funciones vitales. Este proceso de transformación involucra etapas que ya estudiaste en páginas anteriores: la ingestión del alimento, su procesamiento inicial mediante la digestión, mecanismo por el cual se obtienen sustancias más sencillas por procesos químicos o mecánicos que los vuelven disponibles para su incorporación a todas las células del organismo, y dispositivos que permiten la eliminación de los restos de materia que no son aprovechados. En muchos animales, el sistema digestivo se ocupa de todos los pasos de este proceso. Los nutrientes absorbidos son transportados por el sistema circulatorio hacia las células. Con ellos también debe llegar el oxígeno, que se incorpora a través del sistema respiratorio. En la página siguiente veremos cómo sucede el ingreso de los nutrientes en las células. Más adelante describiremos el proceso de digestión intracelular, proceso por el cual ciertas células extraen nutrientes de moléculas grandes. d) Relacioná 7. lndicá si las siguientes afirmaciones son verdaderas ¡vi o falsas (F). Justificá tus respuestas. a) presencia de oxígeno en la atmósfera que la rodea. e) La respiración celular es una combustión biológica. Una planta bien iluminada puede prescindir de la La glucólisis es una etapa común a la respiración aeróbica y a la respiración anaeróbica. f) Solamente la molécula de clorofila se relaciona b) La respiración aeróbica tiene un rendimiento ener- e) Todos los organismos procariontes realizan respi- mamíferos en general, nunca realizan respiración ración anaeróbica. anaeróbica. gético mayor que la respiración anaeróbica. con la captación de luz. g) Las células del cuerpo humano, y de los Entrada y salida de materia en las células De todos los componentes de la organización celular, la membrana plasmática cumple un papel clave en el metabolismo, ya que los nutrientes deben atravesarla para hacer su ingreso en la célula, del mismo modo que los desechos deben hacerlo para abandonarla. Por eso será de utilidad repasar su estructura y su función, que están fuertemente relacionadas. La estructura de la membrana celular A diferencia del celofán, que funciona como una membrana permeable que deja pasar toda partícula de tamaño menor a sus poros, la membrana plasmática presenta una permeabilidad selectiva. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos en la que se encuentran incluidas proteínas. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, es decir que poseen una cabeza hidrofílica (que es afín por el agua) y dos colas hidrofóbicas (que repelen el agua). La propiedad de antipáticas que poseen las moléculas fosfolipídicas determina su orientación en el espacio y permite la formación de la estructura bicapa: las cabezas hidrofílicas quedan expuestas a las superficies interna y externa, mientras que las colas hidrofóbicas forman el núcleo central. La composición fosfolipídica no es homogénea. En la capa externa los principales fosfolípidos son la fosfatidilcolina y la esfingomielina, mientras que en la capa interna están presentes mayormente la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilserina y el fosfatidilinositol. Además de los fosfolípidos, en la membrana está presente otro lípido -del cual todos hemos oído hablar-, el colesterol, que puede representar hasta la mitad del total de los lípidos. Se lo encuentra en ambas caras y permite la estabilización de la membrana a la temperatura de nuestro cuerpb. En menor proporción, también componen la membrana celular los glicolípidos; que son fosfolípidos que poseen moléculas de carbohidratos unidas a las cabezas hidrofílicas. Además de los componentes lipídicos, la membrana está formada por las proteínas, que pueden constituir hasta el 50% de la membrana. Pueden estar integradas dentro de la bicapa, o unirse a la superficie interna o externa, y por esta diferente disposición se clasifican en integrales y periféricas. Las proteínas integrales están inmersas en la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas se asocian en forma más débil tanto a los fosfolípidos como a otras proteínas integrales. La estructura de la membrana se ajusta al modelo de mosaico fluido, propuesto por Seymour J. Singer y Garth L. Nicolson en 1972, quienes postularon que la membrana es flexible. Modelo de membrana plasmática conocido como "mosaico fluido". Es el que mejor representa en la actualidad el funcionamiento de la membrana. Proteínas periféricas Proteína integral .• Capa interna de proteico Reg1on Región hidrofílica hidrofóbica la membrana El transporte a través de la membrana La estructura de la membrana determina una de sus particularidades: la permeabilidad selectiva. En virtud de esta cualidad, algunas moléculas que se encuentran en el medio extracelular pueden atravesarla, mientras que otras no. Dado que la estructura central de la membrana es la bicapa lipídica, las moléculas que son pequeñas y solubles en lípidos (liposolubles o lipofílicas) pueden atravesarla sin dificultad, mientras que moléculas grandes y que no son liposolubles no pueden pasar por ella libremente. En función de los requerimientos energéticos que presentan, el transporte de sustancias a través de la membrana plasmática se presenta en dos modalidades: el transporte pasivo y el transporte activo. En el transporte pasivo, el pasaje de sustancias sucede a favor del gradiente de Las moléculas de agua (esferas azules) pueden difundir libremente a través de la membrana, a diferencia de sustancias de mayor tamaño molecular. concentración, es decir que la sustancia atraviesa la membrana desde el sitio donde se encuentra en mayor concentración hacia el lugar donde está menos concentrada. Por lo tanto, sucede en forma espontánea y sin que sea necesaria la utilización de energía. Sin embargo, la naturaleza química de la sustancia que atraviesa la membrana define que el proceso sea de difusión simple o difusión facilitada. En la difusión simple, la sustancia atraviesa libremente la bicapa lipídica. El agua, el etanol y los gases de importancia biológica como el 0 2 y el C0 2 atraviesan la membrana por este proceso, y en el caso del agua, se denomina ósmosis. La difusión facilitada requiere la participación de algunas proteínas de la membrana, denominadas transportadoras, carriers o permeasas específicas para las distintas sustancias. Los aminoácidos, monosacáridos o nucleótidos utilizan este tipo de transporte por difusión facilitada para ingresar o salir de la célula. En la membrana de una célula existen cientos de permeasas diferentes, cada una de ellas utilizada para el transporte específico de una sustancia. Además de los carriers, en las membranas hay otras proteínas transportadoras, denominadas proteínas canal porque atraviesan toda la membrana creando túneles por los que se desplazan las sustancias. Suelen ser utilizadas para el transporte específico de iones. Estos canales iónicos pueden abrirse o cerrarse en respuesta a diferentes factores que los afectan, de modo que el transporte iónico a través de ellos puede regularse muy eficientemente. Cuando el pasaje de una sustancia se realiza en contra del gradiente de concentración -es decir, desde el sitio donde se encuentra menos concentrado hacia donde hay mayor cantidad-, el proceso no se da espontáneamente sino que requiere de energía. Estos mecanismos se denominan de transporte activo y siempre utilizan proteínas transportadoras específicas que suelen denominarse bombas, ya que poseen la capacidad de degradar el ATP para utilizar su energía en el transporte. Relacioná 8. lndicá qué tipo de transporte empleará cada una de las siguientes sustancias para atravesar la membrana plasmática. a) Ion sodio (Na+) a favor del gradiente de Las membrana celular posee permeabilidad selectiva, y distintas sustancias utilizan diferentes mecanismos de transporte para atravesarla. concentración. Bicapa lipídica b) Monóxido de carbono. e} Glucosa a favor del gradiente de concentración. d) Glucosa en contra del gradiente de concentración. activo Transporte pasivo e) Hormona liposoluble. El transporte en masa ; Endocitosis · Medio extracelular ~--- Macromoláculas, virus o bacterials Formación de vesícula En la imagen se observa un paramecio fagocitado por una ameba. En ocasiones, las células incorporan nutrientes de gran tamaño, o eliminan desechos o productos de secreción que se elaboraron en el interior. Si el tamaño de las partículas es demasiado grande, no es posible que atraviesen la membrana para entrar o salir de la célula. Lo hacen mediante dos mecanismos llamados endocitosis y exocitosis. La endocitosis consiste en que en una región de la membrana ocurre una invaginación que permite englobar en su interior las partículas de gran tamaño que se encontraban en el exterior de la célula y de este modo incorporar el material. Existen dos tipos de endocitosis: uno de ellos es la pinocitosis, que es el mecanismo por el cual se incorporan sustancias en solución. A veces, proteínas de la superficie celular participan del proceso de pinocitosis fijando la molécula que debe incorporarse antes de que se forme la vesícula. El colesterol ingresa en la célula por este tipo de mecanismo de vesículas pinocíticas. El otro tipo de endocitosis es la fagocitosis, que se diferencia de la pinocitosis porque las grandes partículas a incorporar se encuentran en suspensión en el exterior celular. La vesícula formada se denomina fagosoma o vesícula endocítica. No todas las células tienen la capacidad de formar fagosomas. Algunos protozoos se alimentan mediante este mecanismo, y en el ser humano, los macrófagos del sistema inmunológico fagocitan a los agentes externos para eliminarlos. Las sustancias incorporadas por fagocitosis o pinocitosis a las células, en realidad, quedan én un compartimento aislado, el fagosoma. Para pasar al citoplasma y comenzar a participar de las reacciones químicas que conforman el metabolismo, deben digerirse. El proceso de la digestión celular se realiza cuando un lisosoma de la célula (llamado lisosoma primario) se aproxima a la vesícula endocítica y funde su membrana con esta, permitiendo que las enzimas hidrolíticas actúen sobre las sustancias endocitadas. Este complejo recibe el nombre de vesícula digestiva o lisosoma secundario. Luego de digeridas, las moléculas más pequeñas atraviesan la membrana de la vesícula digestiva hacia el citoplasma celular. La exocitosis (del griego exos = "fuera") es el proceso inverso a la endocitosis y por el cual una vesícula intracelular se aproxima a la membrana plasmática y se fusiona con ella, permitiendo que su contenido sea volcado al medio extracelular. La exocitosis es utilizada por la célula como un mecanismo para expulsar los restos de la digestión celular que no pueden ser reutilizados, así como los productos de secreción sintetizados en otros orgánulos celulares. Los procesos de endocitosis y exocitosis deben estar equilibrados para que no alteren ni la superficie ni el volumen de las células, ya que ambos implican ganancia o pérdida de la membrana plasmática por desprendimientos o fusiones. Medio externo Exocitosis de los desechos -----~ Partícula de alimento Fago soma Lisosoma secundario - - - - - Lisosoma primario Medio interno Esquema de la digestión celular en la cual ocurren a la vez procesos de endocitosis y de exocitosis. Límite natural •••••••••uo•••••••••·••oou•o•••••••••••••••••••••••••--••••••••••••••••••••• .. •H•ouooooo••••••••O•••• .. ••••••••••ooouoooooo.0000000000000000000000000.'oo•••••••ooooouooo••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Cuando los científicos quieren saber cómo es La idea de .e?tos investigadores holandeses o cómo funciona una estructura, o.describir un fe- fue retomada y estudiada durante años por Hugh nómeno que no puede "verse", elaboran modelos Davson y James Danielli, quienes en 1935 postula- teóricos explicativos. Veamos de qué se trata. ron el modelo de la bicapa lipídica con argumentos La historia del conocimiento de la membrana tanto estructurales como funcionales tomando en celular es un buen ejemplo de cómo el trabajo de cuenta los datos de permeabilidad selectiva que la ciencia consiste en proponer modelos explicati- se tenían. Paralelamente, Ernst Ruska había desa- vos para los fenómenos de la naturaleza, observar rrollado el primer microscopio electrónico de transmisión entre 1931 y 1933. cómo se ajustan a la realidad, y si no lo hacen, hacer nuevas propuestas. Desde la década de 1890, a partir de las experiencias de Charles Ernest Over- ¿Con qué elementos te parece que podían contar Davson y Danielli ·para argumentar su modelo? ¿Qué diferencia podrían tener con /as herramientas con /as que disponían Gorter y Grendel? ton, ya se conocía que la membrana estaba compuesta por lípidos. Este científico sumergió pelos de raíces de plantas en cientos de soluciones que contenían una variedad de compuestos químicos de diferente solubilidad y detectó que las sustancias que se disolvían en lípidos podían ingresar en las células a mayor velocidad. Concluyó así que la Más tarde, en 1958, esta hipótesis fue modifi- membrana debía ser químicamente similar a estos. cada por James David Robertson, que postuló una Sin embargo, la primera propuesta de que la membrana unitaria, constituida por una bicapa de membrana podía estar compuesta por una bicapa lípidos, y que cada superficie estaba recubierta lipídica fue realizada por dos científicos holandeses por una capa de proteínas. Posteriormente, otros en 1925, Evert Gorter y Fran<;oise Grendel, quienes investigadores propusieron modelos globulares o determinaron la cantidad de lípidos por unidad de de subunidades de lipoproteínas que se repetían, superficie en los glóbulos rojos. El cálculo arrojó pero estos modelos no podían explicar algunas que para una determinada superficie del glóbulo . propiedades de la membrana. Además, hasta el debía haber dos "capas" de lípidos. Si bien esta momento todas las propuestas consideraban a la conclusión era correcta, estos científicos desliza- membrana como una estructura fija. ron en su trabajo algunos errores experimentales El modelo que hoy resulta más satisfactorio para que no pudieron defender en los círculos científi- comprender la estructura y la función de las mem- cos de la época. pranas es el de mosaico fluido, postulado en 1972 por Jonathan Singer y Garth Nicolson. De acuerdo ¿En qué se basa un científico para proponer una determinada explicación para un fenómeno? ¿Qué función pensás que tiene para el avance de Ja ciencia que los resultados los que arriban los investigadores deban ser publicados o presentados en congresos científicos? ¿Qué puede pasar si una hipótesis no es puesta a prueba mediante experimentos que permitan determinar sí debe ser aceptada o rechazada? a ·con este modelo de mosaico fluido, la membrana ; plasmática se parece a un mar de lípidos que está 1 • 1 en constante movimiento y contiene un mosaico ; de proteínas diferentes que flotan libremente como icebergs en el mar de lípidos, mientras que otras están fijas como si fueran barcos anclados. ¿Qué ventaja explicativa puede tener el modelo fluido respecto del rígido? ¿Qué implicancias tiene? ebi as En las células de nuestro cuer- tenían trabajos nocturnos. Ahora se Los médicos recomiendan no to- po ocurren reacciones anabólicas y agregaron a la lista deportistas ex- mar estas bebidas, pero en caso de catabólicas. Mediante esas reaccio- tremos y los jóvenes que bailan du- hacerlo, indican no beber más de una nes se obtiene y se consume ener- rante toda la noche en el boliche. lata por día, y nunca ingerirla junto gía, y también se degradan y sinteti- Pero ¿qué contienen estas bebidas con alcohol, ya que la combinación zan moléculas. supuestamente "mágicas"? de un estimulante con uno depresivo El combustible que necesitamos Los principales ingredientes son puede causar arritmia cardíaca. Tam- para obtener la energía que llega a agua, carbohidratos y cafeína. Tam- poco se las recomienda a personas las células lo obtenemos fundamen- bién contienen aminoácidos, proteí- que tienen trastornos de ansiedad, talmente de los alímentos sólidos nas, vitaminas, ginseng y guaraná. presión arterial alta o problemas car- y de las bebidas que consumimos La cafeína es el principal compo- todos los días. Cuanta más energía nente de estas bebidas. La alta do- díacos, renales y diabetes. Muchos deportistas piensan que sis de este ingrediente estimula las son una buena opción para utilizar actividades cognitivas y deportivas. durante el ejercicio, ya que contienen tación sana y balanceada, algunas Pero tiene una contra. Algunas mar- líquido y energía en la misma lata. personas se plantean usar bebidas cas tienen más cafeína que una taza Pero el objetivo de estas bebidas energizantes. Los que las consumen de 80 mi de café expreso, y estas energizantes es estimular, no hidra- piensan que estos "tragos energéti- dosis pueden producir dependencia. tar el cuerpo. El gas, el alto contenido cos" les proveerán la solución al Como sí esto no fuera suficiente, en carbohidratos y la alta concentra- gastamos, más necesitamos. No conformes con una alimen- problema de la fatiga y el agotamien- les agregan guaraná, que es una ción de cafeína son algunos de los to, que aumentarán su resistencia mora de color rojo que crece en el factores que pueden obstaculizar física, que lograrán un mayor nivel Amazonas y que contiene siete veces la hidratación cuando consumimos de concentración y que evitarán te- más cafeína que el grano de café. To- este tipo de bebidas. ner sueño. En parte es así, pero, dos estos estimulantes inhiben tem- Las bebidas energizantes no es- como veremos, no todo lo que relu- poralmente las sensaciones de fatiga tán recomendadas para menores de muscular y agotamiento, pero no los 15 años y no reemplazan una alimen- Estos productos fueron creados eliminan. Y cuando termina su efecto, tación balanceada ni un buen des- para conductores y empleados que viene una sensación de decaimiento. ce es oro. canso. Muchas veces desearíamos tener una cantidad extra de energía que nos ayude a enfrentar los rigores de cada día, que nos permita realizar esfuerzos físicos con más vitalidad, sin muestras de cansancio o poder bailar hasta que salga el soL En ese sentido, el concepto de una bebida energética es muy atractivo. Pero las verdaderas bebidas para los que practican deportes son las denominadas isotónicas, que devuelven las sales al cuerpo y lo hidratan. Así que a no confundir las bebidas · energéticas con las denominadas deportivas. En la página siguiente te presentamos a las bebidas deportivas, para que puedas diferenciar bien entre unas y otras, y así poder tomar mejores decisiones. • ebidas Como hemos visto, las bebidas energéticas y las bebidas isotónicas no son lo mismo. Las denominadas bebidas isotónicas, también conocidas como bebidas deportivas, son aquellas que están destinadas a proveer energía y reponer las pérdidas de agua y de sales minerales cuando reaízamos esfuerzos físicos de más de una hora de duración. Además, si se las toma antes y durante el ejercicio, pueden retrasar la fatiga y mejorar el endimiento. Reciben el nombre de isotónicas arque contienen una concentración .e azúcares y de sales minerales lmllar a la de la sangre. Esto favoece su rápida asimilación. Si tuviean una excesiva concentración de ingredientes, entorpecerían la abs.orción del agua. Para que esto no suceda, los carbohidratos no deben superar el 10% de la composición de la bebida. Dado que estas bebidas contienen en su composición agua, carbohidratos y sales minerales, ayudan a compensar las pérdidas de líquidos y minerales, y al mismo tiempo suministran un poco de energía adicional durante la actividad física. En especial, contribuyen a reponer el sodio y el potasio que perdemos con el sudor. Otros componentes que se les añaden, y que no están relacionados con la mejora en la absorción de agua, son magnesio, calcio y aminoácidos, íngredientes todos pensados para reponer los componentes que se han degradado. De hecho, el origen de las bebidas isotónicas fue evitar las muertes por deshidratación extrema que produc(an las diarreas por cólera. Una buena bebida deportiva no incluye ingredientes que son contrarios a su función principal: lograr una 1 hidratación rápida y completa. Por eso no contienen gas ni mucho menos cafeína, ya que este compuesto tiene efectos diuréticos que pueden aumentar la deshidratación. Existen distintas recetas de be~ bidas deportivas caseras fáciles de fabricar. La siguiente es una de ellas.· En un litro de agua potable colocá 500 mg de sal, 500 mg de bicarbonato de sodio, 3 cucharadas grandes de azúcar, el jugo de 2 limones o naranjas y miel para endulzar. Con esta sencilla composición podés elaborar tu propia bebida isotónica casera, que no es comparable a una bebida isotónica comercial pero sí te va a ayudar a reponer los distintos nutrientes que vayas perdiendo en una práctica física. Solo una alimentación sana, variada y equilibrada cubre las necesidades de energía, minerales y vitaminas, y no es necesario ningún agregado durante la práctica del ejer-. cicio. Únicamente frente a una situación de desgaste extraordinario nos a) beneficiaremos con el consumo de estas bebidas, que no son mágicas ni podrán sustituir nunca una buena y rica comida. Fuentes: http://www.bebidasisotonicas. net; http://www.alimentacion-sana. com.ar/Informaciones/novedades/ bebidas%20energeticas.htm Reaiizá un análisis comparativo sobre los dos tipos de bebidas descriptas en estas páginas. Considerá los componentes, los beneficios y los riesgos de su consumo. Luego, con tus compañeros y con el docente de Biología, discutan el análisis en clase. Si podés, consultá también a docentes de Educación física. b) Basándote en 1.o que leíste intentá explicar la siguiente afirmación: "No todas las ~ebidas energizantes son válidas para todas las personas ni p9ra todas las circunstancias. Por eso es tan importante conocer las clases de bebidas energéticas que hay y para qué\ actividades son convenientes". e) Debatí con tus compañeros sobre el consumo de bebidas energizantes mezcladas con alcohol. Luego, redactá tu argumentación al respecto. Recordá 9. Indica qué proceso metabólico se relaciona con las siguientes afirmaciones. a) A partir de agua y dióxido de carbono, y utilizando la luz, se producen carbohidratos y oxígeno. b) El catabolismo de la glucosa sucede en ausencia de oxígeno. e) El C0 2 es capturado por una molécula de cinco carbonos, formando un compuesto de seis carbonos que espontáneamente se fragmenta en dos moléculas de tres carbonos, el ácido fosfoglicérico (PGA). d) La molécula de glucosa se degrada totalmente a seis moléculas de C0 2 • e) Por cada molécula de glucosa se forman dos ATP. . f) Proceso que sucede en la membrana interna de la mitocondria, en donde un conjunto de enzimas captan y transportan los electrones del hidrógeno que finalmente se unen al oxígeno formando agua. g) Rinde 38 moléculas de ATP. 10. Completá el siguiente texto. La fotosíntesis puede defir:iirse como un proceso . ............ , .................... que se lleva a cabo en los ......................... de las plantas, durante el cual la .. . . .. .. .. .. .. .... .. se transforma en energía química, que se utiliza para la formación de ............................. . a partir de ............... y ............. que se incorporan del ambiente. 11. Completá el siguiente esquema y luego redactá un . párrafo para explicar las distintas secuencias mostradas. Glucosa Relacioná 12. Observá el siguiente gráfico e indicá cuál es el factor limitante de la fotosíntesis en la curva A (con intensidad lumínica baja) y en el la curva B (con intensidad lumínica alta). B Rendimiento fotosintético Concentración C0 2 Resolvé 13. Analizá y respondé la siguiente consigna, que tiene cinco alternativas (a, b, c, d y e) y solo una es válida. Luego redactá un párrafo que contenga toda la información planteada. Los procesos involucrados en la respiración celular (glucólisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria de transporte de electrones) ocurren en una secuencia ordenada de etapas. Este hecho puede explicarse porque ... l. ...es una manera de controlar la cantidad de energía liberada durante las reacciones catabólicas . H. ...de lo contrario se liberaría tanta energía que las células podrían resultar dañadas . m. ... así se dispone de puntos de control del metabolismo, según los requerimientos celulares. a) 1y 11 son correctas. b) 1y111 son correctas. e) 11 y 111 son correctas. d) 1, 11y111 son correctas. e) Ninguna de las anteriores. r 14. ¿Cuántas vueltas del ciclo de Krebs deben darse para que se degrade completamente una molécula de glucosa? 1 lnvestigá 15. Averiguá cómo es la fabricación artesanal o industrial de los quesos, y redacfü una nota de divulgación para la revista del colegio doride comentes con cuál o cuáles de los procesos metabólicos que estudiaste está relacionada. Fermentación láctica Etanol y C02 1 Realizá Ja de Ja página 235. Punto de partida Julián viaja con su familia a pasar unos días en el noroeste de nuestro país. Raúl, su papá, anuncia que han llegado a la provincia de Tucumán. En los campos linderos a la ruta se observan grandes extensiones de caña de azúcar, el cultivo preponderante en la zona. Julián bromea: "¡Me imagino miles de copos de azúcar!". Su papá acota: "O miles de barriles de alcohol. Fuera de broma, a partir de la caña de azúcartambién se produce alcohol, pero se usa para ;fabricar alconafta. Este biocombustible se utiliza sobre todo para hacer funcionar los motores de las maquinarias agrícolas. Proviene del procesamiento de los residuos de la caña, y que resulta una alternativa a los derivados del petróleo, como la nafta o el gasoil". La mamá agrega: "La alconafta es un gran · adelanto científico porque utiliza una fuente renovable para la producción de energía. En Brasil se utiliza mucho y en la Argentina hay un proyecto para promover su producción". ;a) ¿Te imaginás cómo se produce la alconafta? b} ¿Este biocombustible será más caro o más barato que los combustibles derivados del petróleo? 1 . e) ¿Sabés por qué la mamá de Julián dice que la alconafta es un adelanto científico? d) ¿Considerás que existe algún vínculo entre la ciencia y la industria? 1 Biotecnología Cada vez es más frecuente escuchar hablar de biotecnología. ¿Sabés de qué trata y cuál es su alcance? Como su nombre lo indica, tiene relación con la ciencia de la vida (bio-) y con la ingeniería o la técnica (tecnología). Podemos plantear que es una interfase entre la ciencia y la industria. En una definición muy general, la @otecnotogía ~onsiste en el uso de los sistemas biológic~ sus partes para pro:::c, ~ucir bienes o servicioijes decir, las distintas formas en que los seres vivos pueden. ser utilizadosJ2-ªaL~oducción ind.ustria~~'!d_,a. Por esta razón, sus bases científicas interesan a biólogos, químicos, médicos, ingenieros y otros hombres de ciencias, pero también, por su aplicación, es motivo de debate en los ámbitos del derecho, la filosofía y la ética. Pero no creamos que solo se habla de biotecnología en esferas muy alejadas a nuestra vida de todos los días. La biotecnología está muy presente en nuestra realidad cotidiana, mucho más de lo que creemos. Biotecnología tradicional Estatuilla egipcia antigua que representa la elaboración de cerveza, en la cual · ·intervienen microorganismos. En el pasado, la ·elaboración tuvo carácter religioso y era llevada a cabo por sacerdotisas. Desde Q~S~J.UtjfJ:lQ.~años~el§_~J n_u_~aQ~~llJ~-~E"~fiS 'liVO§..P?r!!-~\.l.Q.roV~­ cho .. Existen registros arqueológicos que indican que los egipcios fabricaban pan utilizando levaduras desde el año 2300 a. C. Antes ya habían descubierto la primera bebida fermentada, la cerveza. Mucho más tarde en la historia de la cultura y de la ciencia, en 1796, el médico inglés Edward Jenner descubrió que modificando el agente biológico que producía la viruela, podía impedir que la enfermedad se desarrollara, hallazgo que dio origen ala primera vacuna. Ya en el siglo x1x, el químico francés Louis Pasteur estudió la fermentación, y este conocimiento pudo ser aplicado en la_ producción de vinos y cervezas. =.-c"tf:1> ~s [email protected]!L~.€JS ~su~L.q_~,e-~~-?_<2.n_~-~.~3!1~9l€Jn.1íflc.Q....S?~dE?sarrolle cuando resulta útil para solucionar un problem9__ acuciantE? p9mJa sqc;iedaq. En primer lugar, masCfentrfiCós'enfo~an sus i~vestigaciones en la resolución de ese problemá, . y:a-demás;~ porque se-destiña~ más -f;ndo-;·para ~~~teár 'ías i~~estig~ciünéS'~ientífi­ porque cas. Veamos un ejemplo. Alexander Fleming, un bacteriólogo londinense, observó por casualidad que un hongo (Penicillium notatum) impedía el crecimiento de las bacterias. A partir de esta observación obtuvo el primer antibiótico de uso en humanos: la penicilina. Aunque publicó los resultados hallados en 1929, sus experiencias no despertaron mayor interés hasta que en 1938 los ingleses Howard Florey y Ernst Chain retomaron sus investigaciones. En 1941 se realizaron los ensayos clínicos y en 1943 se inició la producción comercial de los antibióticos en Estados Unidos. Corrían los tiempos de uno de los más terribles conflictos bélicos de nuestra historia, la Segunda Guerra Mundial. Se aplicó así el desarrollo científico a la producción en gr~mdes cantidades de antibióticos para ayudar a controlar los procesos infecciosos en las heridas de los soldados, lo que dio lugar al nacimiento de la industria farmac;.éut'ica. '' La aplicación biotecnológica de los estudios de Fleming en el hongo Penicillium notatum dio origen a la producción de los antibióticos. ecno!ogía moderna ln embargo, pese a lo antiguo de la biotecnología, la fase actual y moderna stas técnicas existe desde hace unos sesenta años, ya que sus bases se · tan en el nuevo conocimiento sobre la bioquímica del metabolismo de los ismos, y la estructura y función de los ácidos nucleicos. Sobre la segunitad del siglo xx las investigaciones en ciencias biológicas se hicieron muy sas. se avanzó muy rápido en el estudio de la estructura y función de muchas moléculas, en su síntesis y degradación a partir del conocimiento de las metabólicas que siguen la transformación de la materia y la energía en los os grupos de seres vivos. más, y como un hito fundamental, en 1953 los científicos estadounidenses watson y Francis Crick describieron la estructura del ácido desoxirribonuclei- DN, y comenzaron a especular acerca de cómo se podían sintetizar moléénticas para transmitir la información genética de las células progenitoras ijas. Un tiempo más tarde se pudo deducir el ~. _!:!n sisteíl!,a pión entre la información genética y las proteínas que es universal y campar todos los seres vivos. A través de estos conocimientos, se relacionó el lismo de las células con la información genéÜca. Sabiendo que el sistema En la imagen se observa a los científicos Watson y Crick analizando el modelo de la estructura del ADN que ellos propusieron y que finalmente fue aceptado. icación es común a t.odos los organismos, el paso siguiente fue comenzar ar si era posible transferir la información g~ · nos organismos a íí la ciencia dio sus primeros pasos hacia la\i!!geniería genétic , en donde n técnicas que permiten transferir información genética de una especie a - ~--- •·-·••~~-~----~---·M-~_;;;:.___ _~--_:__~-- esa manera reprogramar su metabolismo celular. Como veremos, esto se rincipalmente en bacterias, pero también en cé~~las animales y vegetales, quE? estos organismos genéticamen.te modificados puedan ser. utilizados !car nuevos productos o materiales en forma industrial. eta, el surgimiento -que podríamos considerar casi un estallido- de la logía moderna es produc~~.§.alro[lo,,2_¡entífico más reciente en 1a,s la biologfftm.oJ.ec_u[ac;;ñ_p¡3t!icular de la geiJtica'mo~lar. .-=~=" · nsidera que el nacimiento de la biotecnología actual se produjo con el de- te~ológico de la~ttmLbúr:i:íaí'.ía~,:oITTeñida por técnicas aerrrcrdifieaeión rial genético de una bacteria. La llamada ins'ulina recombinante humana En 2007, la Argentina se convirtió en el único país capaz de producir por medio de vacas transgénicas la insulina humana. a como fármaco para el tratamiento de la diabetes mellitus, ya que es una que cumple una función endocrina interviniendo en el metabolismo de a. Este fármaco se introdujo en el mercado en 1982, de modo que esta ogía moderna lleva un tiempo escaso de desarrollo, pero en el que sus .n sido inmensos. stro país, se ha patentado el proceso para obtener bovinos transgénicos uzcan proteínas humanas. Por ejemplo, hay vacas que llevan inserto el gen mona de crecimiento humana que se expresa solamente en la ubre de la la producción de leche. La idea es convertir a estos a~imales en verdadeas de moléculas, las cuales puedan extraerse y purifjcarse de la leche o ilizarse directamente como alimento enriquecido. ' Relacioná Justificá las siguientes afirmaciones, que son verdaderas. a) La biotecnología ha sido utilizada desde ~)_ siempre. La biotecnología moderna requiere de la ingeniería genética. 2. Realizá un esquema o diagrama en donde se muestren las relaciones que existen entre los siguientes conceptos: conocimiento de la bioquímica del metabolismo celular biología molecular - ingeniería genética - conocimiento de la estructura y función del ADN - industria - biotecnología moderna. Modificación genética de los organismos Ahora bien, veamos cómo la ingeniería genética se utiliza en la biotecnología. Para eso tenemos que revisar algunos conceptos de la bfnlogía de las macromoléculas. Fundamentalmente, cuál es la relación entre la información genética que Al otro lado está contenida en el núcleo celular y las proteínas que se fabrican en el citoplasma. Trans- es un prefijo que proviene del Ningún compuesto de los que fabrica una célula surge de la nada y repentinamente. latín y significa "al otro lado" o "a La célula sintetiza una determinada proteína a partir de información contenida en través de", como cuando lo usamos en el vocablo transatlántico o en la palabra transparente, respectivamente. También da idea de cambio -o mudanza cuando lo utilizamos el ADN presente en el núcleo. Entonces, cuando la ciencia estudia una ruta metabólica en un organismo y establece que una proteína o enzima está vinculada a la transformación de un sustrato en un producto que es de interés para la industria, también puede identificar el gen que la codifica de entre todos los que están pre- en transformar o en transportar. Y sentes en el material genético del organismo. aquí yace la cuestión con el término Pero la cuestión no queda ahí. Para la industria, por ejemplo, es importante que transgénico: se trata de un gen que . se transporta y, al hacerlo, transforma ·el material genético donde se aloja. la producción de la proteínc~ de interés se haga en grandes cantidades para abaratar el costo de producción. O sea, no es suficiente saber cuál es el gen que codifica para la síntesis de determinada proteína, sino que también es necesario introducir esa información en un organismo que pueda producirla a escala industrial. Aquí es donde interviene la ingeniería genética. El gen de interés es transferido a una bac- PAS01 Restricción ("recorte") teria u otro microorganismo que pueda ser cultivado en grandes contenedores, con un medio de cultivo nutritivo, que se denominan fermentadores, donde la proteína se produce en condiciones controladas, en mucha cantidad, como un producto de gran calidad y a un costo económicamente muy ventajoso. . + Edonucleasa ~ de restricción-~ ,_ Se logra así urGganismo genéticamente modificado (OGM) qu~~­ información genética las instrucciones ara elaborar una proteína extraña para é'il ~~5~~~1E!_e~~:fndüstrial; ~ganis~~~od~~~~~~~~~~suf!i~?.._l:lD_~!~~-~~rm_a,ciÓ~~ genética, de modo que es un organismo transgénico y el producto de la transfor-..___. __.....-_......,....._n<+--.-~'"· '"•~,__-,,_.~;,--. '-- • • ,i:naciün e$.,tma molécula recombínanté. ---------·-- De lo que acabamos de plantear surge que el paso clave es la manipulación de la información genética de los organismos involucrados: hay que "cortar" los genes de interés en un organismo, y "pegarlos'.' en el el. ADN del organismo que va a ser transformado (vector) y que producirá la pr9teína a ~scala industrial. Uno de los descubrimientos científicos más importantes que resultaron una herramienta clave PAS02 Ligación ("pegado") ADNde Interés obtenido por acción de una endonucleada de restricción Ligasa + para la ingeniería genética fue el hallazgo de las llamadas •tijera~ moleculares", o endonucleasas de restricción. Se trata de enzimas que tienen la función de cortar los ácidos nucleicos como el ADN en sitios específicos. El fragmento obtenido que tiene el gen de interés, al ser introducido en otra molécula de ADN que ha sido cortada con las mismas enzimas, podrá "pegarse" sin mayor inconveniente, ayudado + trJ ~ por una enzima que restablezca la unión, una ligasa. Ingeniería de vías me~abólicas bacterianas A partir del descubririiento de la estructura y función de macromoléculas como los .ácidos nucleicos y' las proteínas, se desarrollaron las técnicas de la biología molec_ular. Por otro ladó, también aumentó el conocimiento científico acerca del metabollsmo de las célul~s en general y de los microorganismos en particular. Se cono. 1 cen las vías de síntesis y degradación de las moléculas y cuáles son las principales 1 enzimas que intervienen catalizando las reacciones básicas del metabolismo c_~lular. Basándose en estos conocimientos, la ciencia y la tecnología se han planteado Vector transformado como objetivo la utilización de las células, en especial de las bacterias, como fábricas de moléculas que son de interés industrial. Es decir que los científicos pueden F'= '-~--"'· ·- insertar el gen de un organismo en el hoy íl'J.C3!1.ÍP!-![¡:¡r__ ;:¡_l~~.~~~gr@~~-~di~!1~~ para modificar su metabolismo con un sentido productivo. A esta rama de la biotec- genoma de otro. nología se la denomina ingeniería de las vías metabólicas bacterianas. Las enzimas de restricción permiten :---~~~~~~~-----~~~~-- ' ~~~~~ .. ~--- ----·----·~··-···--··· ~-"'·'''~~-:_,, ..-~~-~--~- Para lograr estos objetivos, es importante emplear microorganismos que están muy estudiados y de los cuales se conocen exhaustivamente las vías metabólicas que permiten su funcionamiento. Uno de ellos es Escherichia coli, que es la bacteria que ha sido y es utilizada como modelo en la ingeniería genética. Esto se debe a que transformar genéticamente esta bacteria es relativamente sencillo y a que se reproduce en el laboratorio muy rápido, se duplica en tan solo 20 minutos y en condiciones muy simples. Hoy día, Escherichia coli se usa para la fabricación de proteínas recombinantes de interés en salud humana, como la insulina humana a la que ya hemos hecho referencia. Básicamente, el trabajo en la ingeniería de las vías metabólicas bacterianas consta de cinco etapas. - 0, ,\:(.0) Ve~e una característica de .interés en un organism~ esté codificada en__ ,e 'C( el ADN, es decir, que hay un gen responsa1Jlede ella. ® ~icar , el gen y clonarlo. Esto · · . ~ignifica que se lo detecta, se lo aísla y se obtienen varias copias mediante técnicas de biología molecular. · Introducir el gen de .in_ter~5-.. 8.~~~~~c!~~ que es una molécula de ADN que puede ser utilizada tanto para su almacenamiento como para su "traslado" a otra especie. El gen ahora se denomina ins~rto, y el vector que lo contiene es ~un vector recombinante. · \JTransferir el vector a una bacteria y hacerla multipli~,@!Qrto, por Jo que también se multiplica el v~ctor. De este modo se obtienen millones de copias del gen de interés inserto en su vector. Estas bacterias modificadas ·.~ pu~den producir directamente la proteína buscada (por ejemplo, insulina). . 5. . ~osibilidad esaislarel~el gen de interé~JQ.92.n;iorado.a otras bacterias (o células en general) y generar otros organismos genéticamen- Hoy en día es posible insertar genes de animales en plantas. En la foto se muestra una planta transgénica de tabaco que posee el gen de la IUéiforl:iiíá de la luciérnaga. De este modo, las partes verdes se convierten en luminiscentes. te modifi.cactus (QGM) o transgénicos. En general, son las bacterias las que son transformadas con los genes de interés. Pero también pueden ser genéticamente modificados otros organismos, como hongos, plantas o animales. Si Jos organismos receptores son plantas, puede utilizarse un "bombardeo con micropartículas" para introducir el gen de interés en el ADN vegetal. En Jos mamíferos, el gen de interés se microinyecta eh-un-óvulo · fecundado para que se integre al ADN del cigoto, el cual se implanta en el útero de una hembra preparada para llevar adelante la gestación. Mediante estas técnicas se han obtenido en la Argentina -como ya se mencionó- vacas transgénicas que producen en su leche hormona de crecimiento humana. ~~~O~--------~ Plantas y peces diferentes La transgénesis encuentra aplicaciones en el campo de la floricul- , tura para Ja optimizac_ión de la duración de la vida de la flor una cortada o para inducir cambios en la coloración, y en agrosilvicultu¡ ra (integración de agricultura y silvicultura para aumentar la productividad o la sustentabilidad del sistema agrícola), ya que, por ejemplo, árboles como el álamo pueden ser modificados genéticamente para que contengan una proporción reducida de lignina [ ... ].En cuanto a la aplicación en animales, el desarrollo de la transgénesis factible en los vertebrados inferiores, en particular en ciertas e:spet;1t~s de peces, ya que se dispone de grandes cantidades de . ve? huevos y ef costo de crianza es bajo. Se han logrado salmones del Pacífico resistentes al frío y, consecuentemente, capaces de vivir y crecer únicamente en el océano, sin tener que emigrar anualmente hacia los cauces de los ríos, y truchas arco iris resistentes a enfermedades virales. Fuente: ¿Por qué los OGM?, ficha 1 de la Unesco. En: www.unesco.org/most/Dp1es.pdf • ¿Por qué es un objetivo biotecnológico reducir la cantidad de lignina en los álamos? • ¿Por qué te parece que es ventajoso, desde el punto de vista biotecnológico, que los peces desoven gran cantidad de huevos? Producción y usos de enzimas microbianas Como hemos visto, la biotecnología tradicional consiste en la utilización de sistemas vivos para la producción industrial o agropecuaria. Pero la biotecnología moderna va más allá, modificando los organismos para optimizar esa producción. Así, los procesos biotecnológicos tradicionales que dependían de la acción de los organismos en forma natural hoy son realizados mediante la utilización a escala industrial de las enzimas del metabolismo de los organismos, aun en ausencia de estos. Las enzimas -la mayoría, proveniente de hongos y bacterias- se utilizan muchísimo en la industria porque permiten tener un control muy estricto de la calidad de los productos obtenidos. Veamos algunos ejemplos. Telas, detergentes y papel Para utilizar industrialmente el algodón, se realiza una preparación previa del e~a~enzimfilicQ:)n el que se emplean enzima§_Q. ~ttE._rem~~­ ~~J.UPD~L~s, sin arrastrar otros que-no son necesarios para la fabricación del hilado que formará la tela. Además, acondicionar material, f'"'·"''»"'~'""',,=''" (~'"''""-'~'fr)(,,:<'W•;¡;¡w..:-dftl\l:Z·-''k-z;;A, • !~tf!b,~,Q~__,fllgod{>I).E~_féc!ill!'l~ la vuelve hidrófila, e.s d~cir, muy absorbente. Pé!r~L:tm.tqrniento de~La~da yde laJ,~H18.._~Jtsar.ilprote.asa$•0btenidas de bacilps .. Para el tratamiento del c~lor;·-hay un par de enzimas muy empleadas. ,_:;,;; :,a_.~ 5eS-utiliz~~!1~r el_~~~x.LGQ. ~<:l-~ge,~n el que se blanquea,n las telas antes de proceder arteñido con los colores definitivos. Ahora bien, luego ~ del proceso de coloreado, las tinturas excedentes que no tLQD.guedado _,{ij,¡3<;ias se. r~111.ue..llen..co11-pe[Oxidasas.. --·- -- - · · ~- -- - -- · ,..- .. - , - -- En la fabricación de la tela de jean se realiza un proceso denominado "lavado Las enzimas son ampliamente utilizadas en la industria textil por ejemplo, para dar el aspecto de gastado en la tela de jean, y en la fabricación de jabones para lavar la suciedad de la ropa. a la piedra" que le da al producto un aspecto gastado o envejecido. Tradicionalmente este paso en la producción se efectuaba mediante abrasión mecánica con piedra volcánica, utilizando lal,'.adoras gigantes, donde se introducían 100 kilogramos de tela y 100 kilogramos de piedra. Aunque el resultado era el deseado, producía un importante desgaste del tejido, el desecho de piedra triturada y la chatarra de las máquinas lavadoras destruidas por el tratamiento. Hoy en día la biotecnología s~e la piedra ~a-.e.n~. obtenida del hongo Trichoderma re!'!)sei, que logra el mismo resultado sin los efectos indeseados. Bastan 75 gramos del preparado enzimático por dar el acabado envejecido a 100 kilos de,Jela. También se fabrican detergentes con enzimas que facilitan la remoción de manchas. Por ejemplo, las proteasas de Bacil/us licheniformis y ~.e Aspergi/lus f/avus remueven las proteínas de los tejidos (manchas de s?ngre y huevo). ~­ sas de Bacil/us licheniformis q_yitan manchas de chocolate y de papa. Las lipasas .- ~ r.e-Q1~8._ll.gJ:fJ§g.§__'{_aceites: una ....._," "·-- "~ - ~ --...--~---"- -'-·---~--"-----=- de las más utilizadas es la lipasa que proviene-de ,. un gen del hongo del género Humicola, transferido a Aspergillus oryzae donde se produce en grandes cantidades. La cutinasa del hongo Fusarium, que degrada .áci, dos grnsos, es producida en cantidad en una levadura genéticamente modificada. Ahora pensemos en la industria de papel y su importancia en nuestra vida cotidiana. La obtención.1de la pasta de celulosa de la cual se obtiene el papel es un ' 1 . ._ proceso muy contarrjinante, fundamentalmente p~rque, para obtener la celulosa a partir de la madera, es necesario separarla de la lignina, el componente de la madera responsable de su rigidez y dureza. Este paso de separación se producía tradicionalmente _mediante químicos tóxicos para el ambiente, que luego eran desechados en cursos de agua en la naturaleza sin mayores tratamientos. Hoy existen enzimas lignolíticas obtenidas biotecnológicamente que degradan la lignina a menor costo y sin provocar daño al ambiente. ~ Industria alimentaria Mediante las herramientas biotecnoiógicas, un buen número de microorganismos se ha reprogramado genéticamente para la producción de enzimas que son utilizadas en la industria alimentai-ia. En esta área, así como en la farmacéutica, es muy importante garantizar la bioseguridad de los productos logrados, ya que se debe controlar exhaustivamente que ios microorganismos que intervienen en los procesos no sean patógenos, es decir, que no sean capaces de enfermai-, ni que en el proceso se genere algún compuesto tóxico que resulte nocivo para la salud. Los microorganismos de los géneros Bacillus, Aspergillus y Streptomyces son de crecimiento rápido y en general producen energía mediante la fermentación. Son bien conocidos por los científicos y resultan buenos a la hora de ser candidatos para sufrir la transformación genética y producir alguna enzima de interés para la indus- Las enzimas obtenidas biotecnológicamente son utilizadas en la producción de queso a escala industrial. tria alimenticia. Así, Bacillus subtílís ha sido transformado para producir la enzima ( alfa-~mi~ue de.grada el _almidón~-s!extrinas, utilizadas para la pro_c:Jt¿~ción de j§~ cery~~zé1$ .-L_él glucosa- isomér·a·s~:~C!"~~~¡é,6'tlt~ne:m~ ía~ti:~i=i"~i0-rmac;ión del~ _ ___ __ Streptomyces lividens permite obtener el jarabe de alta fI!JQÍ.Q.l2ª, que tiene gran _.__ poder endulzante y que se utiliza en la producción de gaseosas cola. -...-----·-~·· ,~· ----·~~··-"--~-........._..___._-~---~-·~·-- Las pectinasas, utilizadas para clarificar los jugos pues degradan las pectinas que provienen de las semillas, son producidas por un Aspergil/us oryzae, un hongo modificado. Otra transformación que ha sufrido este mismo microorganismo permite la producción industrial de lipasas que se utilizan en la fabricación de concentrados de aceites de pescado. Aspergi/fus niger es también un hongo que ha sido transformado para ia obtención de la enzima catalasa, considerada un antioxidante o preservante, ya que es utilizada para retrasar la descomposición de los alimentos o evitar el olor o el gusto "a rancio". Hay personas que son intolerantes a la lactosa, que es el carbohidrato mayoritario de la leche, debido a que carecen o está disminuida la actividad de la lactasa, la enzima que lo degrada en el tubo digestivo. Para que estas personas puedan consumir leche, la industria láctea leche cu a lact~sa es desdoblada en glucosu_g~Iacto_: sa, utilizando en la elaboración la enzima galactosidasa, obtenida de Saccharomyces ---- /actis y Escheríchía coli. En la fabricación del queso, Bacíllus transformados permiten aumentar su sabor y aroma agradable y acelerar los pasos para su maduración. En la industria alimentaria también se utilizan edulcorantes obtenidos biotecnológicamente: el aspartamo endulza unas 200 veces más que el azúcar común. Es un dipéptido, formado por dos aminácidos, el ácido aspártico y la fenilalanina (asp-fen), que puede producirse por una reacción química, pero su elaboración El aspartamo es un edulcorante biotecnológico formado por dos aminoácidos, el ácido aspártico (de color verde) y fenilalanina (de color rojo). La parte azul corresponde a una molécula de metano!. a gran escala se realiza a través de la transformación de una cepa de Escheríchia colí, que posee inserto en su material genético una secuencia codificante de muchos dipéptidos asp-fen, que luego de ser sintetizada por la bacteria en grandes fermentadores, es "cortada" enzimáticamente para dar el producto final. . Resolvé , 3. Leé atentamente las consignas y respondé. a} La transformación de la leche en yogur la realizan, bacterias lácticas a través de sus enzimas. ¿Cómo afectará la temperatura el proceso de fermentación? b) El ácido láctico, junto con otras sustancias, confiere al yogur el aroma y el sabor que lo caracterizan, pero además impide el crecimiento de bacterias nocivas dentro de nuestro intestino. ¿Cómo se vincula este hallazgo con el estudio de microorganismos probióticos? lnvestigá 4. Buscá la información faltante sobre el tipo de enzima y sus posibles aplicaciones en la industria alimentaria. Luego completá el siguiente cuadro. Industria farmacéutica y biotecnología El científico argentino César Milstein, quien obtuvo el premio Nobel por sus trabajos en anticuerpos monoclonales. Una de las aplic~ciones más revolucionarias de la biotecnología es la producción de una nueva generación de vacunas, las vacunas.recombinantes. Sobre la báse delconocimiento de la información genética de un organismo patógeno para el ser humano, se elaboran vacunas en las que por ingeniería genética se eliminan o atenúan los efectos de los genes de la virulencia. De este modo, el agente patógeno no enferma pero es perfectamente capaz de inducir la respuesta inmunológica de quien recibe la dosis de la vacuna. También pueden utilizarse microorganismos no patógenos como vectores o transmisores, a los que se modifica incorporando una fracción del organismo patógeno que sea capaz de desencadenar la respuesta inmune. Pensemos también que en un mismo microorganismo se podrían incorporar fragmentos de diferentes patógenos, generando en una misma vacuna la protección contra varias enfermedades. También se puede incluir un gen de un patógeno en bacterias o levaduras que se mantienen en cultivo produciendo la proteína foránea. Luegó la proteína se aísla y purifica, y puede ser utilizCJ_da como vacuna. La pr.imera de las vacunas que fueron obtenidas por estas técnicas es la que nos protege de la hepatitis B. Muchas enzimas son utilizadas para el seguimiento_de la respuesta de un individuo a un fármaco. Por ejemplo, para el análisis de la colesterolemia, es decir, el nivel de colesterol .en la sangre, se emplea la enzima colesterol oxidasa, que se obtiene a partir de Pseudomonas f/uorescens en cultivo. En el tratamiento de algunas enfermedades, heridas o quemaduras, es posible usar las enzimas tripsina o colagenasa para eliminar tejidos afectados, o para acelerar el crecimiento de tejido nuevo y sano. También labio oo . a lica e.o si~t~mas de diagnóstico...Q biodiagnóstico. U~de los principales desarrol!os en esta área ha sido el descubrimi~~ anticuerpos monoclon'!,les, en el que participó el científico argentino César Mílstéirl, q~ien por éste hito científico recibjó, junto con su colega Georges Kohler, --el premio Nobel de Medicina en 1984. Para comprenderlo, debemos saber que los linfocitos..B son células del sistema inmune que reaccionan ante la i~­ 0 aiot~fuis~e~g;ismo ían!f_genqs), ~~~) q~~fl. ~y_Kohlerfusionaroo un.Jin:l~~-~~cero­ sa de mieloma, y obtuvieron un hibridoma, célula que puede mantenerse en cUffiVo -=-----~~--':...::._--~~~~~-:--~--'-~-:-~~'--~~~~~~~y que produce el anticuemo específico (monoclonal) para el antígeno en cuest1on.',, -~ .f"•••-··=-"'''"''''''"''"°'''''"'"'""""""~·-=--""~=\"'~ Ffclydía, la industria puede utilizar esta producción en. reactivos de diagnóstíco que-permiten detectar la presencia de antígenos, anticuerpos, hormonas, etc., en la sangre o en otros fluidos biológicos, aunque estén presentes en cantidades mínimas. Los sistemas de detección de embarazo que se comercializan actualmente utilizan anticuerpos monoclonales. También pueden ser utilizados en la detección del consumo de drogas, o en el seguimiento de las transformaciones metabólicas que sufre un fármaco administrado a un individuo. ; resulten nocivos Recordá 5. y, a su vez, sean capaces de inducir la respuesta inmunológica. lndicá si·las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) . 1 d) o falsas (F). Reescribí las falsas de manera que resulten ; ' . verdaderas. pueden ser utilizadas en la industria aun a) en ausencia del microorganismo que Los microorganismos transgénicos utilizados las produce. en la industria alimentaria o farmacéutica no deben ser patógenos para el ser humano. b) e) O Un anticuerpo monoclonal detecta una única sustancia, por ejemplo, un anticuerpo específico. Las vacunas recombinantes 'permiten transformar agentes patógenos para que no D Las enzimas obtenidas por biotecnología O· D Re!acioná 6. Explicá a través de un esquema simple el mecanismo por el cual se genera una vacuna recombinante. ADN recombinante que hace historia ¿Qué significa patentar un desarrollo científico? ¿Por qué no se les habrá ocurrido a Jos científicos patentar su descubrimiento? ¿Qué relación encontrás entre el derecho y la ciencia? Corría el año 1973, hace aproximadamente cuatro décadas, cuando dos científicos estadounidenses, Stanley Cohen -que trabajaba en la Universidad de Stanford.,.. y Herbert Boyer -que hacía sus investigaciones en la Universidad de California-, dieron uno de los más importantes pasos de la biotecnología moderna. Juntos realizaron el primer experimento Un tiempo más tarde, Herbert Boyer conoció a un por el que se obtuvo una bacteria recombinante hombre de negocios llamado Robert Swanson, que utilizando las enzimas de restricción recientemente se interesó mucho en los trabajos del científico .. descubiertas. Con su éxito, surgió la tecnología del Swanson comprendió rápidamente los alcances ADN recombinante sobre la base del nuevo conoci- empresariales del conocimiento científico en gene- miento de la biología molecular. ral y de los saberes de Boyer en particular, de modo que le propuso una asociación empresarial para ¿Qué importancia Je adjudicás al descubrimiento de las enzimas de restricción para el desarrollo de la biotecnología moderna? crear Genentech, una empresa biotecnológica. Esta empresa.desarrolló para Eli Lilly, un laboratorio de productos farmacéuticos especializado en el tratamiento de la diabetes, por primera vez en el mundo Unos meses después de publicar sus expe- un fármaco obtenido por biotecnología: la insulina riencias, uno. de los más importantes diarios de humana producida por bacterias, que se lanzó en Estados Unidos, The New York Times, le hizo un el mercado internacional en 1982. A partir de la reportaje a Herbert Boyer. En el párrafo final de la década de 1980 y en un trabajo ininterrumpido, Ge- nota periodística, el científico comentaba las even- nentech produjo una enorme cantidad de productos tuales utilidades que su experimento podía brin- biotecnológicos. Finalmente, en los 90 la empresa dar a la industria farmacéutica, considerando que fue comprada por otro laboratorio farmacéutico. las bacterias transgénicas podían ser las nuevas En la actualidad, las proteínas recombinantes fábricas de proteínas humanas utilizables como . junto con los anticuerpos monoclonales contabili- medicamentos para el tratamiento de enfermeda- zan casi la totalidad de los medicamentos biotécno- des, como por ejemplo la insulina humana como lógicos (de origen biológico y no de síntesis química terapia para la diabetes mellitus. El reportaje fue como los tradicionales). Varias compañías que no leído por el abogado de la universidad, quien llamó poseen las patentes para producir los biofármacos telefónicamente a Cohen para preguntarle si ha- ,.originales han comenzado a desarrollar copias a bían patentado su método para obtener la bacteria ;las que denominan "biosimilares". recombinante. Como la respuesta fue un inocente "No se nos ocurrió", los abogados de ambas universidades comenzaron inmediatamente a realizar los trámites administrativos y legales que lleva/ron a que en 1979 se patentara el método para colocar ADN foráneo en una bacteria. Stanford y California han ganado durante todos estos años (y aún lo hacen) millones de dólares anuales por los derechos de uso del método patentado. 1 ¿Por qué pensás que la biotecnología se ha desarrollado tanto y en forma tan vertiginosa en estas últimas décadas? ¿Qué desarrollos biotecnológicos ha habido en el país en los últimos años? Averiguá qué proyectos están en marcha en ta actualidad en el ámbito nacional. 'iJ Producción de combustibles Los biocombustibles se constituyen en una fuente de energía alternativa a los combustibles tradicionales. A diferencia de estos üitimos, que provienen de los restos fósiles almacenados durante largos períodos de tiempo y que no resultan Existen dos modalidades en el quehacer de los científicos. Si las in·vestigaciones que realizan se centran en la búsqueda de respuestas a preguntas generales sobre los sistemas biológicos y los procesos que les son propios, la ciencia que realizan es básica. En cambio, cuando se abocan a resolver problemas prácticos que surgen de las actividades humanas, la ciencia es aplicada. Sin embargo, ambas modalidades están vinculadas: la ciencia aplicada depende del conocimiento que genera la ciencia básica. Los resultados a los que arriba la ciencia aplicada se utilizan a mediano y corto plazo para dar soluciones científicas a problemas vinculados con la industria, la producción de energía, la salud, las comunicaciones, el cuidado de la naturaleza, entre otras. renovables, los biocombustibles provienen de materia orgánica de seres vivos, y son renovables. Se pueden utilizar distintas fuentes de biomasa para producir biocombustibles, y dependiendo de esta, la metodología de producción es diferente. La biotecnología puede ser un método de producción de biocombustibles. Tal es el caso del bioetanol, del biodiésel y del biogás. El bioetanol es un alcohol que se produce principalmente a partir de la caña de azúcar, cuyos carbohidratos son fermentados a etanol por las levaduras del género Saccharomyces, en un proceso similar al de la fabricación de la cerveza. También pueden ser utilizadas otras fuentes, como los desechos agrícolas y forestales, que son ricos en celulosa, pero su conversión en azúcares fermentables es un proceso complejo y costoso. Uno de los objetivos de la biotecnología consiste en la obtención de levaduras genéticamente modificadas que sean eficientes en la producción de bioetanol a partir de desechos agrícolas que habitualmente se descartan. Se puede así producir alconafta, un combustible que contiene bioetanol y nafta. El biodiésel es un combustible biodegradable y no tóxico, que se produce a partir de una fuente renovable: se obtiene cuando los aceites vegetales sufren un proceso químico llamado transesterificación. La biotecnología ha desarrollado sistemas libres de células usando únicamente las enzimas recombinantes implicadas en esta conversión de los aceites en biodiésel, cuyos genes fueron transferidos a bacterias de los géneros Pseudomonas, Corynebacterium y Baci/lus. El biogás se produce a partir de la fermentación de la materia orgánica, como las heces animales, residuos de mataderos, la cáscara del café o materia vegetal seca en general, utilizando biodigestores. El biogás que se desprende de esta descomposición es rico en metano y puede ser utilizado para generar energía de uso doméstico o industrial. Para su obtención, actúan cuatro tipos de bacterias de metabolismo anaerobio: las hidrolíticas, las acetogénicas, las homoacetogénicas, y las metanogénicas, que son las principales. Como resultado de la biodigestión metanogénica se produce además un residuo que puede ser utilizado como fertilizante ya que es rico en nitrógeno, fósforo y potasio. Por último, vale destacar que desde hace unos años la biotecnología se ha enfocado en el desarrollo de bioplásticos que, a diferencia de los sintéticos derivaLos plásticos usados en la mayoría de los objetos no son biodegradables. dos del petróleo, pueden ser biodegradados por enzimas producidas por bacterias. Estos plásticos no convencionales resultarían una solución para los problemas ambientales. Cabe aclarar que su producción y utilización a escala mundial es todavía muy baja. Biogás Esquema de producción de biogás en un bíodigestor a partir de biomasa. Minería y biotecnología La minería es una actividad muy antigua, económicamente muy importante, pero también contaminante, y peligrosa para la salud humana. Gracias a los avances en la biotecnología, hoy se están aplicando o se encuentran en desarrollo distintos métodos alternativos para la obtención de minerales, con ventajas tanto en lo económico como en lo ambiental. Por ejemplo, uno de los metales más utilizados desde hace más de 4.000 años es el cobre. Se lo utilizaba antiguamente para la elaboración de utensilios y hoy es un metal muy empleado en la fabricación de conductores eléctricos. Desde el comienzo de su industrialización, el cobre era extraído por el proceso de lixiviación, una técnica que implica la disolución del metal en agua, con intervención del oxígeno del aire. En la década de 1940, se descubrió que el proceso de lixiviación también está mediado por bacterias que catalizan la reacción, y desde ese entonces se comenzó a estudiar la forma de mejorar este proceso desde la perspectiva biotecnológica. Este proceso se denomina biolixiviación o lixiviación microbiana, y consiste en el ataque y la solubilización de un mineral a través de la acción directa o indirecta de distintos microorganismos que utilizan a los minerales como fuente de energía, liberando al medio los .metales de interés industrial. Las bacterias quimioautótrofas (que estudiamos en el capítulo anterior) crecen y se desarrollan naturalmente en medios ricos en minerales, ya que los utilizan como parte de sus procesos metabólicos. Por ejemplo, se han hallado bacterias que solubilizan el cobre. El sulfuro de cobre, que es sólido, se transforma en sulfato de cobre, soluble en agua, formando una solución a partir del cual se puede precipitar el cobre metálico mediante la utilización de electrodos de acero. Si bien esto se conoce desde hace varias décadas, desde el punto de vista de la biotecnología, hay mucho por hacer. Por ejemplo, en 2004 en Chile se descubrió una nueva bacteria con "capacidad biominera". Se estudió profundamente su material genético y se identificaron los genes de las proteínas que son responsables de acelerar el proceso de extracción, especialmente los que permiten la disolución de la calcopirita, que es el mineral en el que se encuentra el cobre. El trabajo tiene por objetivo final buscar la manera de optimizar estas bacterias mineras. Tanto es así que con estas técnicas resultaría económicamente rentable explotar yacimientos que posean los metales en concentraciones muy bajas, debido a la alta eficiencia de la acción bacteriana. La biolixiviación reduce el impacto de la minería sobre el ambiente. Hay una disminución en emisiones gaseosas, en el consumo de energía y de agua en comparación con las tecnologías tradicionales. No solo es ventajoso a nivel técnico, sino que es un proceso mas económico (la mitad del costo de una tecnología convencional). De todos modos, todavía es una práctica incipiente, que tardará años en desarrollarse. También !a biotecnología debe ocuparse, como dijimos, de reducir el impacto que sufre el ambiente a causa de la explotación minera. En .Estados Unidos hay muchas minas de carbón en donde la presencia de bacteria~ acidificantes contamina el agua del lugar, que se filtra por grietas y llega a los suelos de los terrenos circundantes, los cuales se modifican volviéndose muy ácidos, disminuyendo su fertilidad. Se encuentra en estudio la transformación biotecrlológica de estas bac' terias para que no ejerzan su efecto acidificante. Relacioná 1. En gran parte del mundo, la leña sigue siendo empleada para cocinar, iluminar y calefaccionar. ¿Podrías considerar a la leña un biocombustible? ¿Por qué? ¿Qué otros biocombustibles conocés? Con la biotecnología, la extracción minera se hace más eficiente y más limpia. lnvestigá 8. ¿Qué tipos de plásticos biodegradables se han desarrollado hasta el momento? ¿Qué aplicaciones tienen? 9. ¿En qué consiste el reci.clado de la basura electrónica? ¿Qué metales se busca recuperar y con qué fines? Biomonitoreo biorremediación La industrialización, el crecimiento de las poblaciones asentadas en grandes ciudades y la utilización de productos químicos para mejorar el rendimiento de la actividad agropecuaria son actividades humanas que han tenido como resultado un incremento de la contaminación de los ecosistemas. También este problema ha sido abordado por la biotecnología, que genera herramientas para detectar compuestos tóxicos para el ambiente, mediante el biomonitoreo, y luego para despejar el ambiente de estos tóxicos empleando microorganismos y plantas, en la biorreLas diatomeas son indicadores biológicos muy utilizados para evaluar la mediación. Veamos en qué consisten. contamínación de ambientes acuáticos. Biomonitoreo El biomonitoreo es el conjunto de.técnicas de detección de sustancias contaminantes presentes en un ecosistema basadas en la reacción y sensibilidad de los organismos vivos a dichas sustancias. Estos organismos son indicadores biológicos y sobre ellos se evalúan los efectos deletéreos del contaminante que se quiere monitorear. Existen dos formas de biomonitoreo. Una de ellas es la que evalúa la contaminación de un ambiente mediante el estudio de los indicadores biológicos que forman parte del ecosistema que se estudia. Por ejemplo, los ecosistemas acuáticos que están muy contaminados se biomonitorean utilizando como indicadores biológicos las diatomeas, que son algas unicelulares muy sensibles a los cambios ambientales. También pueden ser utilizadas algunas especies de invertebrados, como'cangrejos o insectos acuáticos, fáciles de recolectar y de vida relativamente larga, lo que les permite estar expuestos durante mucho tiempo a los agentes perturbadores del ambiente. Otra forma de biomonitoreo es tomar muestras de sedimento o agua de un ecosistema de interés y evaluar en el laboratorio cómo reaccionan determinados organismos cuando se los enfrenta a ellas. Son sistemas desarrollados especialmente para este fin y que utilizan cultivos de células, bacterias, invertebrados, peces o mamíferos. Por ejemplo, existe una bacteria marina que emite luminiscencia naturalmente, como producto de su metabolismo. Si este se ve alterado por la presencia en su medio de un tóxico, la emisión de luminiscencia cambia. También varios peces pueden ser utilizados para cuantificar la toxicidad de los ambientes acuáticos. Una especie sensible utilizada es Pimephales prome/as: en los ensayos de toxicidad se miden algunos parámetros de su metabolismo o la sobrevida de los individuos expuestos. Se han desarrollado además sistemas de biomonitoreo con plantas y animales transgénicos. Veamos algunos ejemplos. Existe una cepa de ratones que posee en su genoma el gen de la hormona del crecimiento humana. Si el animal crece sujeto a alguna forma de estrés, disminuye la producción de esta hormona, es decir, la síntesis se ve afectadé;i. Por lo tanto, medir la cantidad de hormona producida es una forma de medir el estrés que el animal sufrió. Una variedad transg'énica de la planta Arabidopsis thaliana se utiliza como indicador de genotoxicidad. posee inactivo el gen que produce una proteína llamada GUS. La presencia de un tqxico puede ocasionar mutaciones de manera tal que el gen revierta su condición de inactivo, por lo cual la planta comenzará a producir GUS. Biorremediación La biorremediación es la aplicación de técnicas biológicas que permiten evitar la contaminación de suelos o aguas, ya que se basan en la utilización de seres vivos, particularmente de microorganismos y plantas, para degradar en forma natural compuestos contaminantes. A ~sta forma de transformación se la denomina biodegradación. En la biorremediación microbiana se utilizan microorganismos que naturalmente poseen, en su metabolismo, la capacidad de transformar moléculas orgánicas en otras más pequeñas o inorgánicas que resultan menos tóxicas. Pueden utilizarse microorganismos propios del lugar donde está el foco de contaminación, es decir autóctonos, o bien inocular el ecosistema con organismos foráneos. Este tipo de sistemas l1a sido muy estudiado en derrames de petróleo, donde se aplican bacterias y hongos que pueden degradar estos combustibles y sus derivados, como el benceno, el tolueno, la acetona y otros. Los metales pesados como el uranio, el cadmio y el mercurio pueden ser eliminados con más facilidad si son previamente concentrados por la acción bacteriana. La bacteria Deinococcus radíodurans elimina sustancias radioactivas en suelos y aguas subterráneas. Es una bacteria extremófila y una de las más resistentes a la radiación, ya que tiene la capacidad de reparar su material genético. Bacterias de este género se utilizan en biorremediación para digerir metales pesados en espacios altamente radiactivos. Muchas cepas de microorganismos de alta actividad en el tratamiento de agentes contaminantes se están utilizando para el procesamiento de residuos industriales textiles y de curtiembres. La biorremediación puede suceder por degradación enzimática, mediante Ja utilización de enzimas en ambientes en donde los organismos que las producen no pueden vivir por su toxicidad o porque resultan inhóspitos. Por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales de la industria alimentaria frecuentemente se forman depósitos de grasa en tuberías o en los cuerpos de agua que reciben los efluentes, que pueden ser degradados por lipasas bacterianas. La enzima peroxidasa se utiliza para iniciar la degradación de compuestos aromáticos que pueden ser de alta toxicidad y que están presentes en aguas residuales de muchas indust~ias. La biorremediación por el uso de plantas o fitorremediación es la utilización de especies vegetales capaces de absorber, acumular y tolerar altas concentraciones de contaminantes. Por ejemplo, el girasol es capaz de absorber del suelo grandes ..cantidades de uranio y los álamos incorporan níquel, cadmio y cinc. Lé3 biotecnología ha mejorado la biorremediación mediante el desarrollo de organismos descontaminantes modificados. Por ejemplo, la enzima reductasa del ion mercú·rico interviene en la transformación de las formas altamente tóxicas del mercurio en sustancias menos nocivas. Se ha introducido con éxito el gen de esta enzima presente en bacterias en una especie de álamo, el cual así modificado crece con normalidad en ambientes con altos niveles de mercurio, transformando este tóxico en un gas inocuo. También se han desarrollado biotecnológicamente plantas transgénicas de tabaco que poseen genes bacterianos que permiten detoxificar los suelos contaminados con municiones o explosivos provenientes de minas. A algunas cianobacterias se les han introducido genes de Pseudomonas para generar microorganismos con capacidad de degradar hidrocarburos o pesticidas. Recordá 10. Nombrá li Microfotografía de Oeinococcus radiodurans, bacteria extremófila resistente a la radiactividad. transferir genes de bacterias a plantas y de su utiliza- y describí los principales tipos de biorremec;lia- ción que figuran en el texto. ción a gran escala? ' lnvestigá Relacioná 11. ¿A qué tipo de biorremediación pertenece la fitorremediación? 13. ¿Qué proyectos de investigación sobre biorremediación se están llevando a cabo en nuestro país? Buscá información al respecto en los sitios referidos a universidades nacionales, y con los datos obtenidos elaborá un 12. La biotecnología aplicada a la fitorremediación es.una técnica incipiente. ¿Cuáles son los posibles riesgos de breve informe. Petróleo y En los ambientes donde viven, .... de las "mareas negras" provenien- el ámbito mundial. Se estima que las bacterias degradan sustancias y de esa manera obtienen el carbono tes de los derrames petroleros. La naturaleza tiene una capa- madamente un millón de toneladas y la energía que necesitan para lle- cidad "natural" de limpieza de los de petróleo crudo al mar. Debido a var adelante sus funciones metabó- elementos contaminantes gracias a la guerra no .se intentó recolectarlo licas. Pero ¿qué ocurre cuando ese los microorganismos que viven en por medio de buques ni se utilizaron ambiente se contamina, por ejem- ella, como levaduras, hongos y bacterias que degradan una grah canti- plo, con un derrame de petróleo? Las bacterias utilizan las sustancias en aquel entonces ingresó aproxi- productos químicos para disolverlo. Se pensó que el golfo Pérsico estaría écológicamente muerto por los dad de sustancias tóxicas, pero la biorremediación consiste en acelerar este proceso. Una forma de hacerlo es agregando "fertilizantes", es de- traron secuelas. Las bacterias ha- nutriente para estas bacterias, que han sido aisladas y estudiadas. De este modo, hay situaciones cir, nutrientes al medio: nitrógeno, bían degradado prácticamente todo. potasio y fósforo, que estimulan la reproducción de bacterias nativas o Antes se pensaba que los microorganismos devoradores de pe- ambientales en las que se usan introducidas, y de esta forma facili- tróleo eran especializados y que bacterias contaminantes y las convierten en menos tóxicas. En definitiva, el petróleo es una fuente de carbono, un para próximos 200 años. Sin embargo, luego de tres años casi no se encon- descontaminar y tan la descomposición del petróleo no vivían en todos los ambientes. a las que se denomina biorreme- crudo. la adición de nutrientes es Pero investigadores del Instituto diación. La remediación implica, a grandes rasgos, darle un "remedio" la opción más económica y la que · ofrece más posibilidades de éxito de Química y Biología Marina de la Universidad de Oldenburgo, Alema- al ambiente, y las bacterias son pre- hoy día. Este método se utilizó, en 1989, para la limpieza de las cos- nia, demostraron que se encuentran cisamente la "medicina" que ayuda a reconvertir un medio alterado en tas de Alaska contaminadas por el realidad los hidrocarburos también un lugar nuevamente apto para los accidente del buque Exxon Valdez. presentes en todos lados, ya que en están en todos lados. Las bacterias seres humanos y otros organismos. Una situación diferente fue la con- devoran petróleo crudo en la super- Los cientrficos llevan años desarro- taminación de la costa íraquí, duran- llando diversos sistemas de biorremediación para combatir los efectos te la Guerra del Golfo, en 1991, la ficie marina y también a grandes profundidades, aun en ausencia de oxígeno. catástrofe petrolera más grande en La degradación microbiológica es un proceso largo y lento. Se pUede acelerar hasta cierto punto, pero al final de cuentas de lo que estamos hablando es de un proceso que puede durar años, quizá décadas. La naturaleza ayuda a limpiar pero la limpieza biológica del crudo tarda muchísimo tiempo. Por eso, cuando se produjo la tragedia del derrame de petróleo en el Golfo de México en 2010, se utilizó otro método más "rápido" para combatir el problema. Se usaron enormes cantidades de dispersantes químicos. Se generó entonces un debate mundial, que todavía hoy continúa, sobre si el remedio puede ser peor que la enfermedad. El 20 de abril de 2010, la gigantes- una mezcla de disolventes, tensoac- Esto generó una ola de críticas ca plataforma petrolera Deepwater tivos y otros aditivos que rompen entre científicos y ambientalistas, Horizon, en la la tensión superficial del crudo y lo que cuestionan además que las au- empresa British Petroleum (BP), se convierten en gotas que se hunden toridades se niegan a revelar el con- incendió, explotó y se hundió en las en el agua, similar a lo que hacen tenido exacto de los dispersantes profundas aguas del Golfo de México. los detergentes con la grasa. Cuan- que emplean. Como consecuencia de este acc1den- do el vertido deja de ser una masa te, se produjo uno de los derrames homogénea para convertirse en una de petróleo más grandes en la his- mancha fragmentada, puede evapo- operaciones para toria de la humanidad. Casi tres rarse con más facilidad. En un intento meses después pudo contenerse, y por degradar el petróleo y evitar que el 19 de septiembre el gobierno de llegue a las costas, se derramaron Estados Unidos declaró el problema millones de litros de dispersantes solucionado. Se volcaron al mar unos químicos, que combinados con el pe- 4,9 millones de barriles de petróleo. tróleo es 52 veces más tóxico que el Un verdadero desastre mundial, con propio petróleo. para Una de las desventajas de esta el ambiente marino. Pero el proble- metodología es que los componen- ma no terminó allí. Para contener tes químicos de los dispersantes el derrame, la empresa BP utilizó pueden contaminar a las especies consecuencias impensadas más de 7,5 millones de litros de un que viven en el mar, y en opinión dispersante químico tanto o más tóxi- de los científicos, provocar cáncer y co que el mismo petróleo. Se usó una mutaciones genéticas. cantidad sin precedentes, y, sobre Fuentes: http://www.nuestromar.org/ noticías/25-09-12/bacterias-se-comenpetr%C3%B31eo-derramado-en-golfom%C3%A9xíco; http://www.ecoosfera. com/tag¡ derrame-de-petroleo-en-elgolfo-de-mex1co/ Muchos investigadores creen que todo, sin saber las consecuencias se elige esta metodología porque posteriores. hace que los restos de crudo se Para estudiar el daño que causó hundan y, al desparecer de la vista, semejante derrame de petróleo y crean la sensación de que el proble- de dispersante, el velero de inves- ma se solucionó, cuando en verdad tigación Odyssey, perteneciente a la no es así. organización Ocean Alliance / Whale í1 Conservation lnstitute, fue llevado al Golfo de México para recolectar muestras y biopsias de tejidos de ballenas. Hoy se usa a los cachalotes como indicadores globales de contaminación, para lo cual se les a) o dispersantes químicos? Argumentá a favor y en contra de cada toman muestras de piel y grasa. Las alternativa. biopsias se utilizan para analizar metales, compuestos derivados de lti) 1 química? ¿P¡or qué creés que está prohibido su uso en Suecia y en y para evaluar potenciales efectos los animales. Si bien no se conoce exactamente su fórmula, protegida bajo secreto comercial, el dispersante utilizado es ¿Te parece c.orrecto que los fabricantes del dispersante usado por la empresa BP no informen adecuadamente cuál es su fórmula petróleo y dispersantes químicos, tóxicos en el material genético de En un derrame de petróleo, ¿qué usarías: bacterias devoradoras el Reino Unido? Justificá tus respuestas. e) Sabiendo que hoy un tercio del petróleo utilizado en el mundo entero proviene actualmente de depósitos submarinos, ¿creés que en futuro habrá más o menos derrames en el mar? ¿Qué soluciones propondrías para mejorar esta situación? Recordá 14. Respondé las siguientes preguntas. a} ¿Qué características debe reunir un organismo para ser utilizado en la ingeniería genética de las rutas metabólicas bacterianas? b) ¿Qué son y qué rol cumplen las endonucleasas de restricción en ingeniería genética? 18. Observá e interpretá el esquema. Luego, completá el texto de modo de hacer un relato de la estrategia biotecnológica utilizada para aumentar el aroma del vino. 15. Ordená los pasos de la ingeniería de las vías metabólicas bacterianas. Verificación de que hay un gen responsable de la característica de interés - Transformación de un organismo con el vector recombinante - Construcción de un vector recombinante con el inserto - Clonación del gen - Multiplicación del vector recombinante. BGL --+ 16. Completá el siguiente cuadro, que reúne la información sobre la aplicación de las enzimas microbianas. Resolvé 17. ldentificá en el siguiente texto el problema que resuelve la biotecnología y con qué tipo de aplicación se relaciona. En una universidad de Copenhague, los científicos trabajan con enzimas que son capaces de cambiar el tipo de sangre. Dado que el tipo de sangre A, 8, A8 o O depende de la presencia en los glóbulos rojos de proteínas de superficie tipo A o 8, o de la ausencia de ambas, convertir sangre de tipo A, 8 o AB en sangre de tipo O es posible si se eliminan estas proteínas de superficie. Los trabajos de Henrik Clausen permitieron hallar dos enzimas, provenientes de dos bacterias, que son capaces de convertir in vitro la sangre tipo A, B y AB en tipo O. Esto es muy importante porque el· O es un tipo de sangre poco frecuente, y que únicamente puede ser transfundida de un individuo grupo O a otro del mismo tipo sanguíneo. Fuente: www.unav.es/aciericiacierta/ salud/sangre.html Los componentes del aroma de las uvas, los terpenos (T), son compuestos volátiles que se encuentran en el vino unidos a azúcares. Las -enzimas denominadas glicosídicas, siguiendo una reacc.ión en dos pasos, son capaces de romper los enlaces que unen los terpenos con los azúcares y, por lo tanto, aumentan la fracción volátil libre, con la consiguiente mejora en el arolyia de los vinos. La biotecnología ha logrado un qrganismo ................................. , la levadura S. cerevisiae, que lleva insertos dos .................... , uno que codifica para la enzima arabinofuranosidasa (ABF), proveniente del hongo filamentoso Aspergi/lus niger, cuya reacción rompe la unión entre la arabinosa (A) y la glucosa (G). El otro gen transferido a S. cerevisie es el que contiene la información de una b-glucosidasa (BGL) aislada de otra levadura, Gandida molischiana, y cuya acción consiste en cortar el enlace entre la glucosa y el ........................... , el cual queda libre y pasa a formar parte del aroma. ,lnvestigá 119, La doctora Elízabeth Agostini, en la Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba, estudia formas de fito~ rremediación para eliminar compuestos fenólicos de aguas contaminadas. Averiguá qué especies utiliza esta científica en sus investigaciones. Realizá la de la página 236. Punto de partida Facundo y su familia se fueron de paseo a la casa de unos familiares en el campo. Conociendo el gusto de su hermano menor, Lauti, por la naturaleza y la ecología, Facu le propuso un desafío que haría más llevadero el largo viaje: anotar en una libreta todos los nombres de los ecosistemas que viera desde la ventanilla del auto. Pasadas las cinco horas de viaje, el auto atravesó la tranquera de acceso al campo. Lauti preguntó: "Facu, ¿esa laguna con el bosquecito en el fondo es un ecosistema?". El hermano sonrió: "¿Y a vos qué te parece?". Lauti se quedó pensando. Recordó los campos sembrados al costado de la ruta, otros con vacas y dijo: "No sé si es un ecosistema, pero estoy se~ . guro de que es lo que más me gustó desde que empezamos el viaje". 1 a) Si fueras Lauti, ¿qué responderías? Anotá en tu carpeta lo que pensás que es un ecosistema. Guardá la respuesta, releela cuando termines de estudiar el tema y fijate si coincide lo que pensabas al comienzo y al final. b) Si en un viaje y al costado de la ruta ves campos de soja o maíz, ¿considerarías que son ecosistemas? ¿Por qué? e) ¿Un estanque en un jardín con peces y plantas puede considerarse un ecosistema? Los ecosistemas En los capítulos anteriores aprendiste que nuestro cuerpo y sus células se nutren de materia y procesan energía que obtienen del medio. Estos sistemas biológicos realizan procesos de transformación que constituyen el metabolismo. Por ejemplo, en la respiración celular parte de la energía química contenida en los enlaces de las moléculas de glucosa es almacenada en ATP y el resto se pierde como calor. Luego, estas moléculas de ATP pueden ser utilizadas para cualquier proceso endergónico, como por ejemplo la transmisión de impulsos nerviosos en Ecosistema natural prístino. Dunas de la costa bonaerense; a la izquierda se ven pastizales. las neuronas, lo que nos permite, entre otras cosas, estudiar y leer estas páginas. Además de incorporar materia y energía, los seres vivos también las liberan al medio externo. Más allá de los organismos y sus células, hay otros sistemas biológicos que pueden ser estudiados en su composición, organización y funcionamiento. Se trata de los ecosistemas, que, como su nombre lo indica, son sistemas ecológicos integrados por seres vivos de diferentes especies (componentes bióticos) y por la materia inerte con la cual interactúan estos seres vivos (componentes abióticos). Tal como las células y los organismos, los ecosistemas son, desde el punto de vista de la física, sistemas abiertos, denominación que reciben los sistemas que intercambian materia y energía con el medio que los rodea. En el capítulo 1 presentamos los niveles de organización de la materia. Desde los átomos, pasando por las moléculas, las células y los órganos, vimos que la materia se va organizando en niveles cada vez más complejos. A medida q1..Je los niveles se complejizan, presentan nuevas propiedades que en sus componentes aislados no estaban; estas propiedades se denominan propiedades emergentes. Ecosistema implantado: bosque de coníferas. Cuando los individuos de una misma especie interactúan entre sí, integran una población. Pero, además, esos organismos interactúan con organismos de otras especies. Todas estas poblaciones y sus relaciones constituyen lo que se denomina comunidad. Podemos ejemplificar ahora la manifestación de las propiedades emergentes: en una población se expresan características que no es posible observar eri el nivel anterior, el de los individuos, como la tasa de natalidad o la proporción de sexos; en una comunidad, la forma en que está organizada, su estructura, es una propiedad emergente. Lo cierto es que las poblaciones y las comunidades a las que pertenecen también interactúan con lo abiótico. Los gases atmosféricos, el agua y las sales del suelo son componentes abióticos imprescindibles para el funcionamiento de los ecosistemas, ya que son utilizados en procesos metabólicos por los organismos que los constituyen. Por ejemplo, recordarás que la fotosíntesis requiere de dióxido de carbono y de agua, mientras que la respiración celular aeróbica utiliza oxígeno gaseoso. Además de los recursos, también son parte de lo abiótico algunas Una huerta también es un ecosistema. condiciones ambient~les, como la temperatura, la humedad relativa del aire, el pH del agua, etc. El s,istema formado por las comunidades y sus relaciones con lo abiótico es lo que llamamos ecosistema. Según la definición anterior, un ecosistema podría ser una selva tropical, un pastizal o las dunas marítimas costeras. Estos son ejemplos de ecosistem<.)s i naturales en los cuales no intervino el ser humano para su establecimiento, ni 1 tampoco es necesario para su funcionamiento. Sin embargo, es muy común que el ser humano utilice y modifique los ecosistemas para producir alimentos y otros bienes y servicios. Por ejemplo, un bosque implantado, una huerta o un cultivo de soja también son ecosistemas, pero establecidos por el ser humano. Estos son ejemplos de ecosistemas artificiales de origen antrópico y que dependen de !a intervención humana para su continuidad y funcionamiento. Límites de !os ecosistemas Los ecosistemas no deben ser necesariamente grandes .. ., también pueden ser pequeños. En realidad, los límites de un ecosistema los define el propio investigador. Un ecosistema podría ser un tronco en descomposición en el suelo de un bosque ya que en él se desarrollará una comunidad con diferentes especies de El hogar de la vida insectos, hongos y otros organismos que interactuarán entre ellos y con el ambiente. Los factores abióticos como las precipitaciones, la temperatura y la humedad condicionarán la descomposición del tronco. Composición y organización en los ecosistemas Un ecosistema presenta muchas propiedades emergentes referidas a su composición, organización y funcionamiento. Estas propiedades no están en las comunidades aisladas sino que justamente surgen de la interacción entre ellas y el medio abiótico. Respecto de la composición, ya vimos que en un ecosistema las poblaciones de diferentes especies forman comunidades y la incorporación, el procesamiento y la eliminación de la materia y de la energía están íntimamente relacionados con El término ecología proviene del griego (oikos ="hogar" y lagos= "estudio"). Esta palabra es relativamente nueva, ya que fue propuesta y usada por primera vez por Ernst Haeckel, un biólogo alemán, en 1869. Lo que comenzó siendo una disciplina que describía el lugar donde viven los organismos (de ahí la idea de "hogar"), en la actualidad se ha convertido en una ciencia que estudia a los seres vivos en su interacción con otros seres vivos y con el ambiente. la organización de sus componentes en niveles tróficos. Además, la organización hará que en los ecosistemas surjan ciertas características relacionadas con el funcionamiento y los servicios que prestan. BIÓTICO En las páginas siguientes de este y de los restantes capítulos abordaremos temas referidos dentro de la ecología al funcionamiento y los servicios que prestan los ecosistemas. Conocerás qué son los niveles tróficos, la organización de las redes y las cadenas alimentarias, los ciclos de los diferentes componentes químicos Organismos ·-\ y el flujo de la energía. Un tronco de un árbol puede constituir, en sí mismo, un ecosistema. it;re Poblaciones Componentes del ecosistema. Ecosistema y límites -La definición de "ecosistema" a veces me parece un poco, digamos, lábil. ¿Cómo lo define usted? -Un ecosistema tiene una parte biótica y una abiótica. La parte biótica. son todas las cosas vivas. -Pero ¿cómo traza los límites? -Un ecosistema, por ejemplo, puede ser el rumen de una vaca: hay distintas bacterias que interactúan. Un ecosistema grande podría se~ toda una selva, donde seguramente uno podrá definir ecosistemas más chicos. Básicamente, uno pone los límites de acuerdo con lo que quiera estudiar. Puede ser una boca, una panza, un pedacito de un tronco o un bosque entero. -¿Cualquier cosa puede ser un ecosistema? -No, claro que no. Tiene que haber sí o sí componentes bióticos (animales, plantas) y abióticos (nutrientes, minerales, etc.). Lo que en general necesitamos para decir que hay un ecosistema es que se ciclen los nutrientes, que haya poblaciones de animales y de vegetales que capturen energía y la hagan fluir en el ecosistema. Tiene que haber una cierta relación entre las poblaciones y tienen que formar una com'unidad. Fuente: entrevista de Leonardo Moledo al ingeniero agrónomo Gervasio Piñeiro. Página/12. Miércoles 17 de agosto de 2011. En: http://www.pagina12.eom.ar/diario/ ciencia/19-17 4654-2011-08-17 .html • Sobre la base de lo que leíste hasta ahora, ¿creés que una pecera como la que aparece en la apertura del capítulo es un ecosistema? Buscá argumentos para tu respuesta. • ¿En tu casa hay algún ejemplo de ecosistema? Energía y materia en los ecosistemas Ya sea grande o pequeño, cuando observamos un ecosistema vemos materia. Pero ¿dónde está la energía? Veamos ... Energía en los ecosistemas A diferencia de la materia, la energía no posee masa ni ocupa volumen, sino que la podemos reconocer en la capacidad de hacer un trabajo, como por ejemplo levantar un peso, liberar calor al medio, producir o captar luz, etc. Un ave volando está realizando un trabajo mecánico ya que debe vencer su propio peso para poder levantar vuelo. Un mamífero que regula su temperatura o la luz que emite una luciérnaga también son formas de energía. ¿Dónde estaba previamente la energía que usó el ave o la luciérnaga? La energía puede estar presente en varias formas que son interconvertibles entre ellas. A continuación te mostramos los tipos de energía más comunes. La luciérnaga puede emitir energía en forma de luz. Antes Después Primera Ley de la Termodinámica. • • • • • • Potencial: es la que tienen los cuerpos almacenada. Cinética: vinculada con el movimiento. Mecánica: es la suma de la energía cinética más la potencial. lumínica: producida por ciertas ondas electromagnéticas. Térmica: asociada al movimiento de las partículas (como moléculas). Química: presente en los enlaces químicos. En el metabolismo estas formas de energía se convierten unas en otras. Como vimos, en la fotosíntesis la energía lumínica es transformada en energía qµírnica (almacenada en los enlaces de la glucosa) y en calor. En la respiración celular la energía química contenida en la glucosa u otro compuesto carbonado es convertida en calor y parte almacenada en otra molécula que sirve como intermediario energético, el ATP. De modo que la energía química que está contenida en el alimento del ave es la que, una vez transformada, le permite volar y liberar calor; lo mismo ocurre con la luciérnaga y la emisión de luz. Sea cual fuere la conversión de energía en una transformación, la cantidad de energía inicial es igual a la cantidad de energía final. Esto se conoce como la Antes Después Segunda Ley de la Termodinámica. Primera ley de la Termodinámica y es un principio de la física aplicable a cualquier proceso, también a los biológicos. Según esta ley se puede asegurar que, aunque la energía cambie de forma, la cantidad total se conserva. Otro principio de la termodinámica es la Segunda ley, que puede enunciarse de varias maneras. Una de las formas de enunciarlo es: no existe ningún proceso de transformación de energía 100% eficiente; en todos, parte de la energía inicial se pierde como calor. Para los seres vivos. no todas las formas de energía son útiles, es decir que se pueden aprovechar y transformar en otras. Por ejemplo, una planta puede transformar la energía lumínica en química durante la fotosíntesis, pero habrá una fracción de calor prodµcido que ya no será posible transformarla en otro tipo de energía. Esta fracción! de calor es energía inútil para la planta. Lo mismo ocurre con la producción de ;luz en el abdomen de la luciérnaga o el vuelo del ave: esa energía proviene del alimento, pero durante la transformación se pierde una parte i como calor. 1 Estas dos leyes físicas se pueden representar comparándolas con un sube y baja. Según el primer principio, independientemente del tipo, la cantidad de energía (representada por el tamaño de las cajas) debe ser igual antes y después del proceso. Según el segundo principio, parte de la energía final (una fracción de la caja) siempre será calor. Materia en tos ecosistemas La materia presente en los ecosistemas se puede clasificar en orgánica e inorgánica. La materia inorgánica está constituida por las sales minerales que aportan átomos de nitrógeno, fósforo, potasio y otros elementos, además de los gases: oxígeno, dióxido de carbono. La materia orgánica es la que está constituida por cadenas ca1·bonadas producidas por seres vivos. Las biomoléculas (proteínas, lípidos, etc.) son materia orgánica ya que poseen largas cadenas o ciclos de átomos de carbono a los cuales se les unen otros elementos (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, etc.). En los enlaces químicos de estos compuestos queda almacenada energía química, de modo que los organismos que incorporan materia orgánica, al mismo tiempo están obteniendo energía. Esto es lo que llamamos alimento: fuente de materia y energía. Los seres vivos somos sistemas abiertos que tomamos y liberamos materia al ambiente, no sin antes modificarla. Dado que la parte biótica de un ecosistema está integrada por los seres vivos, estudiaremos cómo se procesa la materia en los ecosistemas. En un ecosistema existe diversidad de organismos y de estrategias para captar materia y energía. En capítulos anteriores aprendiste que los organismos autó- Planta, organismo fotoautótrofo. trofos son los que producen su propio alimento a partir de materia y energía. La materia la incorporan en forma inorgánica (gases y sales minerales) que absorben del suelo mientras que las fuentes de energía pueden ser varias. Los más conocidos son los fotoautótrofos, que aprovechan la luz como fuente de energía. Las plantas son los fotoautótrofos de los ecosistemas terrestres y de algunos ecosistemas acuáticos, mientras que las algas son los fotoautótrofos dominantes en los cuerpos de agua, principalmente los mares. Por último, también hay bacterias fotosintéticas (cianobacterias) que de hecho fueron los primeros organismos fotoautótrofos que evolucionaron en la Tierra. También existen los quimioautótrofos, organismos que obtienen energía al oxidar compuestos inorgánicos. Los quimioautótrofos son todas bacterias; aunque son poco conocidas, poseen un rol fundamental en el reciclado de nutrientes. Diferentes especies de estas bacterias oxidan compuestos de nitrógeno y azufre para obtener energía que luego utilizan para fijar el dióxido de carbono y producir compuestos carbonados. Para finalizar, los organismos heterótrofos incorporan alimento que contiene materia orgánica y energía química. Como la energía está contenida en los enlaces químicos, a estos organismos se los denomina quimioheterótro- Hongo, organismo quimioheterótrofo. fos. Todos los animales y hongos son quimioheterótrofos, además de algunas bacterias. Diferencias entre autótrofos y heterótrofos en la forma de tomar mater¡a y energía del medio. Recordá Relacioná 1. 2. Luego de leer este tema del libro, escribí con tus palabras Redactá un breve párrafo (máximo: dos oracio- los enunciados de las dos leyes termodinámicas. Buscá nes) que vincule los siguientes términos: autótrofo, otros enunciados en libros y en Internet. Compartilos y heterótrofo y alimento. ¡Cuidado! No se pueden escri- discutilos en clase con tus compañeros y tu docente. bir definiciones. Organización en un ecosistema Los ecosistemas se organizan según diferentes parámetros, pero sin duda uno de los más importantes es el alimento, ya que con él se proveen de materia y ener- Cómo nombrar al alimento gía los organismos heterótrofos. Para obtenerlo, los heterótrofos consumen parte El término trófico proviene del griego (trophós ="alimenticio"). Autótrofo, heterótrofo, nivel trófico y cadena trófica son algunas de las frases o palabras derivadas de este término. En todos los casos están relacionadas con el concepto de alimento o alimentación. vivos, ya que producen materia orgánica a partir de la inorgánica. o la totalidad de otros organismos. Solo los autótrofos no consumen a otros seres Niveles tróficos En general, los organismos de un ecosistema pueden clasificarse en los siguientes niveles tróficos de acuerdo con el modo en que obtienen el alimento. • Productores. Son los autótrofos (foto-y quimio-). En los ecosistemas terrestres incluyen a· las plantas y bacterias, mí entras que en los ecosistemas acuáticos están representados mayoritariamente por las algas. La capacidad de producir materia orgánica a partir de inorgánica los ubica en el primer nivel trófico de cualquier cadena alimentaria. • Consumidores primarios. Son los herbívoros que se alimentan de partes de plantas o de la planta entera y ocupan el segundo nivel trófico. Entre ellos hay folívoros que solo comen las hojas, granívoros que comen las semillas y frugívoros que se alimentan de frutos. Consumidores secundarios. Son animales carnívoros que se alimentan de parte o la totalidad de animales herbívoros. Constituyen el tercer nivel trófico. Puede haber consumidores terciarios y cuaternarios (todos carnívoros), que se alimentan de otros carnívoros y ocupan el cuarto nivel trófico. Al último de los predadores de la cadena se lo denomina predador tope ya que no es presa de ningún otro carnívoro. Los descomponedores -bacterias y hongos- se alimentan de todos los niveles anteriores ya que aprovechan sus desechos y sus cadáveres. El aporte fundamental de los descomponedores a los ecosistemas es reciclar la materia orgánica que consumen en materia inorgánica. Estos niveles se suceden en cadenas tróficas o alimentarias. Cada eslabón de una cadena está ocupado por un organismo perteneciente a un nivel trófico. Por ejemplo, en un pastizal de la provincia de Buenos Aires podemos encontrar una cadena alimentaria como la que se muestra a la izquierda. El primer eslabón de la cadena es un productor, en este caso una planta de cortadera. Las hojas de cortadera sirven de alimento a langostas herbfvoras, que son los consumidores primarios. A su vez, las langostas son consumidas por diferentes especies de pájaros, entre ellas el benteveo, un consumidor secundario. Otro consumidor, pero esta vez terciario, es el halcón, que puede atacar a pájaros adultos o a sus pichones. Todos estos organismos, ya sean partes de sus cuerpos que se renuevan (plumas, hojas, exoesqueleto, etc.) o sus cadáveres, serán finalmente el alimento de los descomponedores: los hongo~ y las bacterias. ¿Cuántos eslabones tienen las cadenas tróficas? No hay una sola respuesta a esta pregunta. ExístEin cadenas tróficas cortas de apenas tres eslabones y cadenas ,de hasta siete. ; i Un ejemplo de cadena alimentaria corta es el que ocurre en las costas de 1 California, donde las algas kelp (productor) son consumidas por erizos (consumidor primario) y estos a su vez son presas de las nutrías marinas (consumidor secundario). Este caso fue muy estudiado, ya que es un modelo ecológico simple HONGOS BACTERIAS Cadena trófica en un pastizal. y que además sufrió cambios en la segunda mitad del siglo xx que posibilitaron estudiarlo en profundidad. Volveremos a este ejemplo en las próximas páginas. Redes tróficas El entramado o tejido de las diferentes cadenas tróficas de un ecosistema forma una red trófica. ¿Qué relaciones tróficas presenta una red? Un ejemplo es el de las especies omnívoras que ocupan más de un nivel trófico. Se trata de consumidores primarios, secundarios o terciarios en diferentes cadenas alimentarias. También están los carroñeros, que consumen los restos de alimento dejados por otros predadores y los cadáveres de animales recientemente muertos. Es decir, los carroñeros pueden ser presas de animales carnívoros, pero una vez que los carnívoros mueren, los carroñeros pueden consumirlos. Los detritívoros se alimentan de restos (tales como excrementos, hojas o plumas); tal vez los más conocidos sean las lombrices de tierra. También están los parásitos que consumen parte de sus presas, pero a diferencia de Aguilucho "caracolero", un consumidor especialista, con un caracol en el pico. los otros consumidores, no les provocan la muerte inmediata. Aunque es muy raro que en una red trófica se incluya a los parásitos, su influencia es determinante. Además, los consumidores pueden ser especialistas o generalistas. Un especialista consume un solo tipo de presa, mientras que un generalista se alimenta de una variedad de organismos. En las redes tróficas hay especies dominantes, ya que poseen las poblaciones más numerosas o acumulan más biomasa. Por ejemplo, en un bosque la especie arbórea es la especie dominante. En cambio, una especie clave no es necesariamente la más numerosa o abundante, sino aquella que regula o determina la presencia de otras especies. El yaguareté, por ejemplo, actúa como una especie clave debido a su dieta, que puede incluir casi 90 especies diferentes. De esta manera, contribuye a mantener el equilibrio del ecosistema de la selva misionera. Las redes tróficas son entramados complejos que muestran que la realidad de un Lombrices de tierra, importantes detritívoros del suelo. ecosistema va más allá de la "linealidad" de una cadena trófica. Estas pueden estudiarse siempre y cu~ndo se usen como modelos y se reconozcan como una simplificación. r------------------------------------------------, Relacioná 3. ¿Qué representa cada uno de los colores de los cartelitos donde se escribieron los nombres de los organismos de la red trófica? 4. ¿Qué significa en la figura de la red trófica la línea punteada que rodea a todos los organismos y está rotulada como "Hongos y bacterias"? ..Pasto~ Arbu~tbs · (\aícesl · (raíces) Amú~to~ ;_(fhlíos y . ser¡)fuas) ·t · Pastos \hojas) _ lnvestigá 5. Buscá más información sobre la dieta del chimango. ¿Cómo lo incor- L---------- . ... _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .:t porarías a la red trófica planteada? Red trófica de un pastizal cercano a una laguna. Flujo de energía en los ecosistemas Según la Segunda Ley de la Termodinámica, las transformaciones energéticas que ocurren en un sistema nunca son 100% eficientes, siempre una fracción de la energía se transforma en calor. Los ecosistemas, como ya vimos, no escapan a este Productores Consumidores - - primarios Consumidores secundarios Consumidores terciarios ----~a -----1· Cadena trófica en la cual se explicitan el flujo de energía y las pérdidas de energía útil como calor. principio físico. Veamos cómo fluye la energía en un ecosistema analizando la figura que aparece a la izquierda. En ella, la cantidad de energía está representada por la longitud de las barras de colores. De toda la energía lumínica disponible provista por el Sol (barra amarilla), los organismos fotoautótrofos (productores terrestres y acuáticos) aprovechan solo una pequeña porción. ¿Por qué sucede esto? Básicamente, porque no toda la luz es interceptada por tejido vegetal, sino que la mayoría incide sobre suelo rocoso, construcciones, agua, etc. La energía asimilada por los productores (plantas y algas) queda almacenada en las uniones químicas de los compuestos que se producen en la fotosíntesis. Ahora bien, no toda esa energía estará disponible para los organismos herbívoros. Parte de lo producido por los fotoautótrofos es utilizado como sustrato en la respiración celular para obtener energía, liberándose el resto como calor (barra naranja). De la porción que no se libera como calor (barras verde y roja juntas), una fracción importante será degradada y servirá de alimento a descomponedores y detritívoros (barra roja), quedando disponible para los herbívoros solo una parte (barra verde). Cuando los herbívoros capturen esta energía, no toda quedará disponible para los consumidores secundarios (carnívoros). Una parte (barra naranja) se pierde como calor en la respiración celular del herbívoro y otra parte será alimento de los descomponedores y detritívoros. Solo la fracción energética almacenada en las moléculas del herbívoro quedará disponible para los carnívoros secundarios. Este mismo patrón se puede extender a los consumidores terciarios en adelante. Pérdida de energía entre niveles Los predadores tope, como un puma o un yaguareté, requieren grandes territorios para abastecerse de las presas que necesitan para satisfacer sus demandas energéticas. Como se deduce del análisis anterior, el flujo de energía en los ecosistemas posee "pérdidas" de energía útil en todos los niveles en forma de calor, que es un tipo de energía no aprovechable para los seres vivos. Estas pérdidas hacen que la energía disponible cada vez sea menor a medida que avanzamos por los niveles de una cadena. Como regla general, se estima que solo el 10% de la energía captada por los organismos en un nivel trófico queda a disposición de los organismos del nivel siguiente. Esto sin duda condiciona la longitud de las cadenas tróficas, y dependerá de la cantidad de eslabones la eficiencia en el traspaso de un nivel a otro. Otra conclusión que podemos sacar del análisis de flujo de la energía es que esta no se recicla en los ecosistemas. Según la Primera Ley de la Termodinámica, la cantidad de energía se conserva, ocurran las transformaciones que fueren, y esto es lo que efectivan;iente ocurre, solo que la energía que ingresa en los ecosistemas es lumínica (plausible de ser transformada), mientras que la energía que se libera es calórica, y por:lo tanto no transformable en otro tipo de energía, de ahí que la consideremos inútil ~ara los seres vivos. 1 Los ecosistemas repuieren de un aporte constante de energía, y predominantemente esa energía es la energía lumínica provista por el Sol. La parte de energía lumínica que aprovechen los productores fluirá a lo largo de la cadena, pasando por los consumidores, los detritívoros y los descomponedores como energía química y liberando en todos los niveles una parte como calor. Ciclos en los ecosistemas En la naturaleza, son muchos los procesos biológicos que afectan a los ecosistemas que se comportan de forma cíclica. Veamos algunos ejemplos. Todos los organismos poseen un ciclo de vida. El ciclo de vida comienza con ta primera célula (el cigoto). Este sufre sucesivas divisiones celulares y el organismo crece, al mismo tiempo que se desarrolla. A partir de cierta etapa de desarrollo, el organismo puede reproducirse y dejar descendencia; el ciclo de vida se cierra. En las plantas, especialmente las anuales, el ciclo de vida depende del ciclo de las estaciones. Los organismos fotosintéticos dependen de la luz solar como fuente de energía, y la cantidad de horas de luz varía a lo largo de las estaciones, siendo este efecto más notorio a medida que aumenta la latitud, lo que también afecta el régimen de temperaturas. Dado que las plantas ocupan el primer nivel trófico de la cadena alimentaria, la cantidad de materia orgánica producida depende de la cantidad de luz y la temperatura. Las especies vegetales de zonas con estaciones marcadas poseen adaptaciones que les posibilitan pasar la estación desfavorable. La renovación del follaje en los árboles caducifolios, la muerte de la parte aérea de la planta y la reserva de energía en órganos enterrados (bulbos, rizomas o tubérculos) son algunas de las estrategias adaptativas existentes. Estos cambios en la vegetación afectan a todo el ecosistema, ya que todos los consumidores dependen, directa o indirectamente, de lo elaborado por los productores. Por esta razón muchos consumidores también siguen ciclos de actividad. Algunas especies de aves migran siguiendo la oferta de alimento. Otros consumidores atraviesan la estación desfavorable ocultándose y reduciendo su metabolismo a niveles ' . mínimos, como los sapos. En el caso de muchas especies de insectos, su ciclo de vida es estacional. La estación desfavorable, por las bajas temperaturas y la escasez de alimento, es sobrellevada en el estado de huevo. Cuando mejoran las condiciones, se produce un c!ecimiento rápido (en apenas semanas) y sobreviene la reproducción y puesta de una nueva cantidad de huevos. Sumado a lo anterior están los ciclos biogeoquímicos .. Los productores requieren del medio nutrientes inorgánicos que aporten átomos de los elementos químicos (C, H, O, N, P y S) necesarios para sintetizar las biomoléculas. Los átomos que ahora forman parte de una proteína en la hoja de una planta, pudieron haber estado antes en una sal del suelo, en un lípido de un pez o incluso formando parte de un gas atmosférico. Cada uno de estos elementos posee su propio cicl9, y en cada uno intervienen organismos de todos los niveles tróficos, además de componentes abióticos. Es importante conocer los ciclos de estos elementos porque eso permite, entre otras cosas, mejorar sistemas productivos como los cultivos, remediar los cambios introducidos en el ambiente por el ser humano, etc. En las próximas páginas conocerás detalles de estos ciclos y verás cómo se recicla la materig en los ecosistemas pasando continuamente de formas inorgánicas a orgánicas, y vjceversa .. Muchas especies de plantas poseen adaptaciones a los ciclos climáticos. Durante el invierno solo quedan los tubérculos (papas) enterrados, la parte aérea muere. El charrán o gaviotín ártico es una especie de ave migratoria. Se traslada de sus áreas de cría en el Ártico a la zona antártica durante la estación no reproductiva. Por lo tanto, estas aves están expuestas a dos veranos por año. f Relacioná En los campos de cultivo modernos las plantas se siembran con máquinas a una distancia determinada según la especie. ¿Tiene esto alguna relación con la captación de energía lumínica? Describí la relación que encuentres. 6. lnvestigá 7. Seguramente en la vereda de tu casa o muy cerca de ella hay un árbol. Averigua a qué especie pertenece y describí los cambios que sufre durante el año. ~. Ciclos de la materia en los ecosistemas A diferencia de lo que ocurre con la energía, la materia se recicla. Podemos asegurar que los átomos que integran nuestro cuerpo estuvieron previamente en moléculas inorgánicas, ¡y volverán a estarlo! Los productores y los descomponedores son fundamentales en el pasaje de los elementos de formas inorgánicas a orgánicas (y viceversa). Sin los productores, la materia se acumularía de forma inorgánica ya que no habría asimilación o fijación en moléculas orgánicas. Sin descomponedores, el panorama sería igual de sombrío, ya que se acumularía la materia orgánica y a la larga los productores no tendrían nutrientes inorgánicos para producir biomoléculas. A continuación, veremos los ciclos biogeoquímicos de los principales componentes de los seres vivos. El término biogeoquímico hace referencia a que se producen reacciones químicas en las que participan los seres vivos, el suelo, la corteza terreste y la atmósfera. Ciclo del agua Cuando hablamos de agua, nos referimos a la sustancia más abundante en los seres vivos: representa entre el 60% y el 90% del peso de un ser vivo. No· hay vida La materia se puede encontrar en forma orgánica o inorgánica, pero además puede o no estar disponible para los seres vivos. sin agua, ya que en ella se producen todas las reacciones enzimáticas y se solubilizan o disuelven las sales minerales. En los ecosistemas el agua se encuentra en estado líquido, sólido y en forma de vapor como componente del aire. La mayor parte del agua (97%) está en los mares. El 3% restante es agua dulce, pero en su mayoría (68%) es hielo. Es decir, solo el 1,2% del agua es dulce y líquida; y de este porcentaje el 92% está en las napas freáticas y solo el 8% está disponible en lagos, ríos, etcétera. Todos los seres vivos intercambian agua con el ambiente y poseen mecanismos para regular su contenido hídrico. Las plantas absorben el agua del suelo con nutrientes inorgánicos disueltos, mientras que los animales la incorporan con los alimentos o bebiendo. La transpiración, tanto en plantas como animales, retorna al medio parte del agua como vapor. Los animales (incluidos nosotros, los seres humanos) también eliminamos agua líquida en la orina, las heces y como vapor en el aire que exhalamos. Otras fuentes que aportan vapor son la evaporación en los mares, los lagos, los ríos y el suelo. Este vapor de agua se condensa y retorna a la superficie terrestre en forma de lluvia. Parte de la lluvia es reabsorbida por las plantas o consumida por los animales, pero el resto se filtra hasta las napas freáticas o escurre hacia cursos de agua. El agua, al infiltrarse en el suelo, disuelve y arrastra a zonas más profundas nutrientes y otras sustancias; este proceso se denomina lixiviación. Cumbres nevadas y glaciares ........ Gases volcánicos Ciclo del agua. Atmósfera i ~' Precipitación en zonas '(,;;:Transferencia desde continentales el océano Cido del carbono El carbono es un elemento químico particular, ya que forma las estructuras carbonadas de todas las biomoléculas: estas cadenas de carbonos son producidas por los organismos productores. El proceso que asimila o fija los átomos de carbono en moléculas orgánicas es la fotosíntesis. La fotosíntesis fija moléculas de dióxido de carbono (CO) en moléculas de glucosa de seis carbonos unidos que luego es utilizada por las plantas como punto de partida para sintetizar todo el resto de las biomoléculas. ¿De dónde proviene el dióxido de carbono? Existen fuentes naturales y otras antrópicas. El proceso natural productor de dióxido de carbono por excelencia es la respiración celular. Todos los organismos aeróbicos realizan este proceso en todas sus células ya que así obtienen energía química (ATP). En el caso de los organismos acuáticos, el dióxido de carbono liberado puede disolverse parcialmente en el agua o pasar a integrar minerales y/o sedimentos. Las concentraciones de dióxido de carbono del agua y de aire están relacionadas y el Efecto invernadero. 1. Energía solar. 2. Radiación que escapa al espacio. 3. Radiación solar absorbida por la Tierra. 4. La Tierra irradia calor hacia la atmósfera. 5. Calor atrapado por exceso de C0 2 • 6. Fuentes de C0 2 • 7. Calentamiento de los océanos que suma calor atrapado por exceso de C0 2 • intercambio depende en gran parte del pH del agua. Desde que se queman combustibles fósiles, existe un aporte antrópico de dióxido de carbono a la atmósfera. Recordemos que esa materia orgánica no estaba disponible a corto plazo para los seres vivos, pero a partir de su utilización como fuente de energía, todos esos átomos de carbono regresaron al ciclo. Tanto el dióxido de carbono como el metano (CH 4 ) son gases que incrementan el efecto invernadero, es decir, la retención de calor que normalmente sería disipado al espacio exterior. Este calor retenido incrementa la temperatura produciendo un calentamiento global. Los consumidores tomamos el carbono ya fijado como parte del alimento producido por las plantas. Si bien nuestro metabolismo nos permite transformar una molécula orgánica en otra (por ejemplo una glucosa en un lípido), debemos sí o sí utilizar como sustrato una estructura carbonada, que en definitiva fue sintetizada por un autótrofo. Los restos vegetales y animales ricos en materia orgánica son degradados por los descomponedores (bacterias y hongos), que liberan los carbonos al ambiente en forma de dióxido de carbono. Gran parte del carbono está fijado en las plantas como celulosa en las paredes celulares y solo los descomponedores pueden utilizar este carbono como alimento. Uso de Recordá 8. ¿Cuál es el rol de los descomponedores en el ciclo del carbono? 9. lmaginá que podés marcar el átomo de carbono de una molécula de dióxido presente en el aire. Seguí a ese átomo de carbono por el ciclo de manera tal que en algún momento sea parte de una planta, un animal y un hongo, y finalmente regrese como dióxido de carbono al aire. Escribí este recorrido en tu carpeta. Ciclo del carbono. Ciclo del nitrógeno El nitrógeno en un componente esencial de las proteínas y ácidos nucleicos. Este elemento posee un ciclo complejo en el que participan organismos diferentes, la mayoría bacterias, además de diversos compuestos inorgánicos. El principal reservorio de nitrógeno está en el aire como nitrógeno gaseoso (N), que Los dibujos han constituido una de las primeras formas de expresión del ser humano para transmitir suspensamientos o su experiencia. El dibujo en ciencias se utiliza, fundamentalmente, para acompañar la comprensión de un texto, o para mostrar con la mayor claridad posible y de una manera detallada algo que explicado con palabras exige un desarrollo más extenso. El dibujo científico ha atravesado diferentes etapas, y ha sido realizado utilizando diversas técnicas. En las últimas décadas, el desarrollo informático, el diseño gráfico y la expansió_n de las herramientas empleadas para crear ilustraciones, ha enriquecido las posibilidades de expresión, sumando, al detalle y la claridad, diversas formas de atraer la atención de los lectores, como ocurre, por ejemplo, en los ciclos que observamos en este capítulo. constituye el 78%. El pasaje de esta molécula inorgánica a moléculas orgánicas es iniciado por bacterias fijadoras que producen el catión amonio (NH;) en el proceso de amonificación. Estas bacterias habitan en el suelo, en el agua y en simbiosis con raíces de plantas. La mayor parte del nitrógeno atmosférico es füada en los lagos y océanos. En mucha menor proporción, el nitrógeno es fijado en procesos atmosféricos no biológicos como amonio o iones nitrato (No;-¡ que luego precipitan disueltos en la lluvia. Parte del amonio es asimilado pqr las plantas para fabricar compuestos orgánicos nitrogenados, pero otra parte es utilizada por bacterias quimioautótrofas que obtienen energía al oxidarlo a nitrato; este proceso se llama nitrificación. El nitrato producido puede ser asimilado por las plantas o desnitrificado a nitrógeno gaseoso por otro grupo de bacterias. Los animales obtienen nitrógeno en las proteínas y ácidos nucleicos al consumir plantas u otros animales. Los descomponedores degradan a amonio la materia orgánica de los resto·s de plantas y cadáveres animales, y cumplen de este modo una tarea fundamental en el reciclado del nitrógeno. Ciclo del fósforo Las plantas y algas marinas incorporan el fósforo en forma de fosfato· tpo¡-¡ disuelto en el agua y producen ácidos nucleicos, fosfolípidos y otras moléculas orgánicas. Cuando los consumidores se alimentan, obtienen este elemento que está formando parte de moléculas orgánicas. Luego, el consumo a lo largo de la cadena alimentaria produce la circulación de este elemento por el resto de los niveles tróficos. Los animales intercambiamos fosfatos con el medio. Algunas especies, como los vertebrados, reservamos mucho fósforo en los huesos, mientras que otras como los moluscos bivalvos poseen depósitos de sales de fósforo y calcio en las valvas. Los animales eliminamos fosfatos en la orina, heces y otros restos. Los descomponedores consumen estos restos de vegetales y animales, y retornan el fósforo en su forma inorgánica (fosfato libre) al suelo y al agua. La mayor parte del fósforo está en las rocas sedimentarias marinas, pero esa reserva no está disponible para los seres vivos. Dado que no hay gases que contengan fósforo, es menor la participación de la atmósfera en este ciclo. Ciclo del nitrógeno. Ciclo del fósforo. El azufre es un nutriente esenciai ya que es un componente de algunos aminoácidos y, por lo tanto, de la mayoría de las proteínas. Se encuentra en forma gaseosa como dióxido de azufre (SO/ Este gas es producido espontáneamente en la atmósfera por la oxidación de dimetiisulfuros (DMS) y ácido sulfhídrico (SH 2 ) que liberan algunas bacterias, sobre todo marinas. Además, las erupciones volcánicas y los gases de combustión también aportan impo1iantes cantidades de dióxido de azufre a la atmósfera. Luego el dióxido de azufre continúa su oxidación a iones sulfato (So¡-} que precipitan con las lluvias. El sulfato en el suelo es asimilado por las plantas y las algas, y es reducido a sulfuro (HS-) y fijado en compuestos orgánicos (fundamentalmente aminoácidos). Estos compuestos con azufre circulan por el resto de los niveles tróficos por el consumo de materia orgánica. Los restos de animales o plantas son aprovechados por los descomponedores que liberan ácido sulfhídrico, que puede ser liberado a la atmósfera u oxidado por un grupo especial de bacterias quimioautótro- Ciclo del azufre. fas que lo reciclan a sulfatos disponibles para los organismos productores. Si la concentración de iones sulfato en las lluvias es muy alta (aumenta por causas antrópicas), se denomina lluvia ácida. La lluvia normalmente posee un pH menor que 7 (neutro) debido a la presencia del ion carbonato, pero la lluvia ácida es mucho más ácida que lo normal (pH<4). El contenido ácido afecta el crecimiento de las plantas ya que altera la absorción de nutrientes minerales; además, algunos metales tóxicos como el aluminio quedan disponibles en el suelo solo cuando este se acidifica. Otros elementos esenciales Además de los elementos mencionados -carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre-, existen muchos más elementos químicos que son esenciales para la vida. La mayoría, a diferencia de la lista anterior, son metales: potasio, sodio, calcio, magnesio, hierro, cinc, cobre, manganeso y níquel. Por tratarse de elementos metálicos, aun interactuando con biomoléculas, no dejan de ser iones, es decir que siguen siendo materia inorgánica. Esto permite a los consumidores incorporarlos como tales sin que haga falta un paso de fijación biológica por parte de productores. Para cada uno de estos elementos también se podría describir un ciclo, conocer sus reservorios y compuestos químicos que integran, pero no es el objetivo de este texto. Algunos de los otros elementos esenciales para el crecimiento y desarrollo normal de plantas y animales. En rojo animales, en verde plantas y en celeste ambos. Recordá 10. ¿Qué significa que un elemento o nutriente es "esen- cial"? Buscá información sobre alguno que no haya sido mencionado en el texto o en el cuadro y describí su función en los seres vivos. 11. ¿Qué significa que algo es "biodegradable"? ¿Qué relación posee este término con los ciclos de la materia estudiados? Equilibrio en los ecosistemas En el caso de las aves granívoras, como este tordo renegrido, el control es de "abajo hacia arriba". Las aves dependen de la cantidad de semillas disponibles pero su cantidad no afecta a las plantas. Vimos a lo largo de este capítulo que los diferentes eslabones de una cadena trófica están íntimamente relacionados: a través de ellos se recicla la materia y fluye la eneígía. Los ecosistemas, al igual que las células y los organismos, son sistemas que responden a los cambios e intentan mantener un equilibrio interno: son homeostáticos. Los ecólogos aprovechan desastres naturales y la introducción involuntaria de especies invasoras para estudiar la respuesta de los ecosistemas a los cambios. Por ejemplo, en cadenas alimentarias de solo tres niveles -productores, consumidores primarios (herbívoros) y consumidores secundarios-, la aparición de un consumidor terciario produce una disminución dramática en las poblaciones de consumidores secundarios y productores. Esto ocurrió en la cadena trófica de la costa californiana. En el pasado, las nutrias eran cazadas por su piel y esto se reflejó en una explosión demográfica de erizos (aumento exagerado de esta población), los que, a su vez, redujeron la población de algas. Cuando se prohibió la caza de nutrias, la población de erizos disminuyó y se recuperó la de algas. Años después aparecieron orcas en las costas de California que redujeron la población de nutrias y liberaron a los erizos de su predador natural. La población de erizos aumentó y produjo nuevamente una reducción en la cantidad de algas. En estos casos se evidencia un efecto "dominó" desde los niveles superiores hacia los inferiores de la cadena. Una conclusión que se puede sacar de estas investigaciones es que los cambios en la densidad de predadores afectan a todo el ecosistema y producen modificaciones en los niveles inferiores. Sin embargo, las cadenas alimentarias de los ecosistemas acuáticos, como la anterior, parecen ser más la excepción que la regla. En los ecosistemas terrestres, las redes tróficas son más complejas y parece ocurrir lo contrario. Los cambios en la producción de los productores influye sobre sus consumidores, por lo que se trata de un efecto que va desde abajo hacia arriba en la cadena alimentaria. Algunos estudios corroboraron que un aumento en la producción de las plantas produjo un aumento en las poblaciones de herbívoros e incluso de su diversidad. Si recordamos que solo parte de la energía de un nivel trófico está disponible para el nivel siguiente, es evidente que un aumento en la producción de los autótrofos liberará más recursos para toda la cadena alimentaria. Ahora, ¿cómo serán aprovechados esos recursos? La respuesta no es sencilla ni obvia. Las poblaciones y las comunidades están influidas por muchas variables, de las cuales la disponibilidad de materia y energía es apenas una de ellas. Efectos en cascada o "dominó" en las cadenas tróficas. Círculos más grandes indican poblaciones en crecimiento. Experimentos naturales ecológicos La ecología es una disciplina más dentro de la El tipo de experimento que es diseñado por el biología. Aunque se sabe que fue Ernst Haeckel en investigador, que puede ser repetido una y otra 1869 el primero en utilizar este término, él no era un vez, y en el cual se controlan las variables, es ecólogo como los de ahora, de hecho en su época factible de realizar en ecología, pero no es el no había siquiera biólogos o facultades que enseña- único tipo de experimento posible y, por sobre ran biología. todo, no fue el primer tipo de experimento usado. Tal vez los primeros "ecólogos" fueron en reali- Por ejemplo, un incendio natural en un bosque dad los naturalistas de los siglos xv111 y x1x que via- hoy es consid.erado un experimento ecológico jaban a zonas lejanas e inhóspitas para recolectar natural. A partir de ese evento natural, el ecólo- plantas y animales que luego enviaban a los mu- go puede estudiar cómo se regenera el bosque, seos para su estudio por especialistas y para la qué especies de plantas crecen primero, cómo admiración de la gente. En un principio, estos naturalistas estaban más se altera el ciclo d.e nutrientes, etc. A este tipo de experimentos se los denomina, justamente, · preocupados por conocer que especies había en natwales. Es importante entender que este tipo cada lugar, pero luego .como una pregunta lleva a de experimentos no poseen una hipótesis previa otra, sobre todo en ciencia, aparecieron nuevos tipos a ser comprobada. de interrogantes. Por ejemplo, a Charles Darwin no solo le llamó la atención las especies de aves que ¿Creés que /as explicaciones de un ecólogo ac- habitaban las Islas Galápagos, sino que le hizo cues- tual serán /as mismas que /as de uno del siglo x1x ante un evento similar como /os cambios en un bosque luego de un incendio? ¿Qué diferencia habría entre ellas? tionarse por qué estaban solo ahí y no en otro lado. ¿Será cierto que todas /as ciencias naturales empiezan por describir su objeto de estudio? ¿Cuál es e/ objeto de estudio de la ecología moderna? Otros experimentos ecológicos, por ejemplo, los experimentos a campo, surgen para comprobar una posible explicación: una hipótesis. En El cambio de las preguntas iniciadas con "qué" a este tipo de experimentos el investigador intervie- las que comienzan con "cómo" y "por qué" permitió ne en el sistema de estudio para fuego observar el desarrollo de varias disciplinas biológicas, entre la respuesta. A diferencia de lo que ocurre en un ellas la ecología. Para buscar respuestas a estas pre- experimento natural, en uno a campo el investi- guntas los ecólogos debieron incorporar a su tarea gador debe contar con un marco teórico que le los experimentos. La idea de experimentar es casi permita diseñar y planificar que intervención ha- inseparable a la de ciencia natural y está en el imagi- cer y qué variables controlar para comprobar su nario de todos. ¿Pero que es un experimento? Lo pri- hipótesis. mero que nos viene a la mente es la imagen de una i. persona con guardapolvo blanco mezclando sustan- ¿Creés que se podría hacer un experimento cias en un tubo de ensayo, pero: ¿será siempre así? a campo sobre un tema del cual no se sabe nada? ¿Qué relación encontrás entre la pregunta anterior sobre /os experimentos a campo y /os naturales? ¿Cuál es tu idea de experimento? Escribí un pequeño párrafo. El lado " de ca n El ciclo del carbono es de impar- como "respiración de la Tierra" No arroja a la atmósfera cada año unos tancia vital para la supervivencia de confundir con la respiración de las 30 mil millones de toneladas de car- todos los seres vivos de nuestro pla- plantas. por la cual estas exhalan bono. Los bosques y los océanos neta.. ¿Por qué? Porque el carbono C0 2 a la atmósfera. En estos ciclos absorben la mitad de esos millones es un elemento esencial para los naturales nunca se superó la con- de toneladas. pero la capacidad de vegetales y los animales. Entre otras centración de 300 partes por millón estos depósitos podría agotarse. cosas, interviene en la fotosíntesis (ppm) de C0 2 en nuestra atmósfera. A partir del siglo x1x comenzamos de las plantas, bajo la forma de dió- Los bosques y los pastizales acu- a usar carbón, primero, y luego gas y xido de carbono (C0 2), un gas que se mulan dióxido de carbono y de esa petróleo; también iniciamos una tala encuentra en la atmósfera y en la hi- manera actúan como depósitos. Por desmedida de bosques y selvas. drosfera. Pero también está presen- ejemplo, los bosques antiguos o ma- Entonces los niveles aumentaron y te en muchos compuestos orgánicos duros absorben la misma cantidad llegaron a las 370 ppm. En un siglo que sirven de alimento y de fuente para crecer que la que producen por alcanzamos un registro que nunca de energía a plantas y animales. respiración. En cambio, los bosques habíamos alcanzado en 650.000 650.000 nuevos absorben más que lo que años. Como consecuencia de la acu- años, los niveles de co 2 en la atmós- producen. Así que si conservamos mulación. en particular, del Cb 2 en fera han subido y bajado siguiendo o aumentamos estos depósitos de la atmósfera, la temperatura prome- ciclos naturales. Asf, por ejemplo, carbono en funcionamiento, podre- dio del planeta aumentó 0,6 ºC. los bosques caducifolíos del hemis- mos seguir manteniendo el comple- ferio Norte, al perder sus hojas en jo equilibrio del ciclo del carbono. Durante los últimos otoño e invierno, liberan más C0 2 , Este aumento global de la temperatura de nuestro planeta, puede Por otro lado, los océanos absor- provocar, si continúa, el derretimien- fruto de la respiración y la descom- ben miles de millones de toneladas to de los hielos polares y el aumento posición del material vegetal. Pero de C0 2 y una parte de este es utiliza- del nivel de los océanos. al llegar la primavera, y a través do por los moluscos para fabricar sus Pero ahí no se acaban los proble- del proceso de fotosíntesis, liberan caparazones. Otra parte es absorbi- mas. Existe un depósito gigantesco oxígeno (02) y absorben co2 de la da por las algas y el fitoplancton. de carbono, el permafrost, que es atmósfera y lo convierten en hojas Pero esta bendición no durará nuevas y en madera .. Esto se conoce para siempre. Hoy el ser humano la vegetación que se congeló durante la última edad de hielo y que se . encuentra en terrenos permanentemente congelados de Rusia, Canadá, China y Estados Unidos. Contiene nada menos que 1.672 millones de toneladas de carbono, una cantidad similar a todo el carbono actualmente presente en la atmósfera. ¿Qué ocurrirá cuando este carbono se libere a la atmósfera al descongelarse como consecuencia del calentamiento global? La cuestión es tema de debate mundial, pero seguro que nada bueno resultará cuando estos depósitos naturales de carbono se conviertan en fuentes de liberación de carbono. " del dióxido lado" car bon C0 2 es un gas de efecto in- Como mencionamos en la otra pá- dero. ¿Qué significa esto? Se gina, los suelos de permafrost que parece .ser una buena alternativa. inan gases de efecto inverna- contienen gran cantidad de carbono Pero lo mejor parecerfa ser consumir aquellos gases cuya presencia están comenzando a deshelarse, con menos combustibles fósiles o reem- tmósfera contribuye a que se la amenaza consiguiente de un gran plazarlos por energías alternativas, ca este fenómeno. Entre ellos aumento del calentamiento global. como la solar y la eólica. , además del dióxido de car- Además, el deshielo crearía un cír- !. vapor de agua y el metano, culo vicioso, dado que la liberación sto cuya rnolécu(a también de más gases de efecto invernadero e carbono en su composición. aumentaría el calentamiento global y '·el momento de definir efecto este, a su vez, aceleraría el deshielo. ero. Cuando Jos rayos del Sol ¿Existen formas para solucionar ''ª Tierra, los gases presen- todos estos problemas ocasionados atmósfera retienen parte de por las actividades humanas? Algu- or, que de lo contrario rebo- nos científicos proponen inyectar el ntra la superficie terrestre y C0 2 sobrante en el mar a más de 1 espacio exterior. Esos ga~ .n posible la vida en nuestro yacimientos vacíos.de gas y petróleo, Restat.Jrar el equilibrio del ciclo del carbono no será tarea sencilla. Fuentes: http:j/www.cienclahoy.org. ar/hoy30/relojes.htm; http;//www. cienciahoy.org.ar/hoy01/relojesbio fogicos.htm 3.000 metros de profundidad. Pero eso podría acidificar las aguas y gene- segurando una temperatura rar problemas a la vida marina. Otra de unos 14 ºC. De lo con- alternativa sería plantar más árbo- pando aumentan mucho los los años y usar mucha madera para 'efecto invernadero, se pro- papel, construcciones y muebles. les. Pero habría que plantarlos todos fecto "no natural" llamado íento global. Como ya he- El "secuestro geológico", consistente en enterrar el co2 en los ' el uso descontrolado de les fósiles y la deforesta- íJ provocando un incremento · idad de co2en la atmósfe- llo, de la temperatura total a) Naciones Unidas publicó un informe en el que advertía que el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero debidas lego, en Estados Unidos, 400 ppm de co 2 en a actividades humanas podría incrementar la temperatura global en- la tre 3 ºC y 5 ºC para 2100. Debatí con tus compañeros si deberían La humanidad nunca co- tomarse medidas urgentes ahora o esperar unos años más para .s equívalentes. Tenemos tamos de 3 a 5 millones hacerlo. Argurhentá tus respuestas . ·b) Ante la posibiFdad de la instalación de parques eólicos, muchas rás, en el Plioceno, para comunidades se han negado argumentando, por ejemplo, que !veles similares. producen contaminación sonora o pueden afectar las rutas de aves s temperaturas significan migratorias, entre otras consecuencias. lnvestigá sobre el tema y rnás intensas, sequías e expresá tu opinión respecto de los argumentos a favor y en contra de la instalación de estos parques. es, todo un abanico de \ Recordá Resolvé 12. Explicá brevemente en qué se diferencian: 17, Existe una gran variedad de insectos herbívoros, entre a) Circulación de la matería y flujo de la energía. ellos las termitas y los pulgones. Las termitas poseen b) Materia orgánica y materia inorgánica. en su sistema digestivo bacterias que pueden digerir e) Fotosíntesis y quimiosíntesis. la celulosa, no así los pulgones, que se alimentan de d) Autótrofo y heterótrofo. azúcares. e) Nitrificación y desnitrificación. a) La celulosa es alimento para ambos insectos? b) Si el nivel trófico de los herbívoros estuviera ocu- 13. Buscá fotos de un estero, de una pradera y de un bos- pado solo por termitas o por pulgones, ¿existiría que. Luego, contestá las siguientes preguntas. la misma eficiencia de transferencia energética a) ¿Creés que los productores son del mismo tipo entre los productores y los herbívoros? en todos los casos? Justificá la respuesta. lb) En los ecosistemas, además de los organismos descomponedores, ¿qué factor abiótico creés que incide más en la descomposición de la materia orgánica? ¿Será en todos el mismo factor? Relacioná 1.4. Las turberas son grandes acumulaciones de restos vegetales que se descomponen muy lentamente debido al frío, la acidez del medio y las condiciones anaeróbicas. a) ¿Qué relación encontrás entre estos datos y la disponibilidad de los componentes de la turba para el resto de los organismos del ecosistema? Pulgones. b) La turba se utiliza como combustible, ya que justamente se produce en zonas con poca dispo- 18. En una red trófica, ¿cómo podés determinar si una nibilidad de madera. ¿En qué formas se libera la especie de consumidor es especialista o generalista? energía al quemar la turba? Buscá en la red trófica mostrada en el capítulo un ejemplo de especie especialista y otra generalista. 1.5. Algunos ecosistemas producen por sí mismos poca lnvestigá materia orgánica, pero reciben mucha de otros eco- 19. Pedí en un vivero una bolsita de fertilizante y buscá sistemas. Un buen ejemplo son los ríos que reciben la leyenda del envase. Verás que en el envase se indi- sedimentos cargados de materia orgánica. ca la relación NPK, por ejemplo 15:0:0, lo que significa a} ¿Cómo procesan los ecosistemas esta que ese fertilizante solo aporta nitrógeno (N) y nada de materia orgánica? fósforo (P) ni de potasio (K). b) ¿Qué organismos son predominantes en este a) ¿Qué relación NPK tiene el fertilizante? tipo de ecosistemas? b) Observá su composición química. ¿Están inclui- e) ¿Qué ocurre con los nutrientes inorgánicos? das esas sustancias en los ciclos de estudiaste? e} ¿En qué biomoléculas esperarías encontrar los 16. En el campo es usual fertilizar los suelos con urea. Esta átomos de nitrógeno que incorporó la planta? molécula orgánica es relativamente. simple y contiene nitrógeno. Considerando el ciclo que este elemento cumple en la naturaleza: a) Describí los posibles caminos del nitrógeno, 1 20. En el texto se mencionan los. términos "condición" y "recurso". ¿Cuál es la diferencia entre ellos? Buscá ejemplos de ambos para una planta y un animal. aplicado como urea, hasta su eventual salida del ecosistema. b} ¿Cuál es la función que cumple este elemento en los seres vivos y dónde se encuentra? Realizá la de la página 237. Punto de partida Caminando por un bosque de talas, mientras observaban aves, Mariana y su amigo Javier charlaban sobre los ecosistemas. Javier insistía en que los campos de cultivo no son ecosistemas y su amiga le daba argumentos para que entendiera que sí lo son, aunque creados por el hombre. Además, le mostró que el bosque que ellos estaban recorriendo también tenía intervención humana: había árboles cortados para obtener leña, señales de presencia de ganado vacuno, etc. "Es que necesitamos recursos y los obtenemos de la naturaleza'', aclaró Mariana. A lo que Javier contestó: "Sí, ya sé, pero así no va a quedar nada ... ". Entonces Mariana le aclaró que se pueden aprovechar los recursos de forma que sean renovables. Y agregó que los ecólogos estudian estos y otros aspectos vinculados con los ecosistemas. Javier se detuvo y con los prismáticos observó un cardenal, un pájaro muy colorido y típico de los talares. Luego dijo: "Entonces, vamos a tener que es~diar ecología para que siempre haya cardenales". ¡ ' a) ¿Creés que es posible extraer recursos de un ecosistema natural sin afectarlo? i ! b) ¿Conocés algún ecosistema que haya sido afectado por la intervención humana? Explicá. e) Un objetivo de la ciencia, además de describir y explicar los procesos, es poder predecir. ¿Cómo relacionás esto con lo que Mariana le dijo a Javier? Ecosistemas: sistemas con "economía'' Ya vimos en el capítulo 1 que los ecosistemas son sistemas biológicos in- No es lo mísmo Los términos ecología y ecologismo no son sinónimos. El ecologismo, palabra terminada en el sufijo -ismo (del latín ismus = "creencia"), es justamente una doctrina, una escuela de pensamiento por la cual se propone respetar la naturaleza y hacer un uso sustentable de los recursos. La ecología, en cambio, es una ciencia, con todas las características que esto implica. ¿Están relacionadas? Pm supuesto, aunque para ser ecólogo no es necesario ser ecologistas y la gran mayoría de los ecologistas no poseen formación en teoría ecológica. tegrados a su vez por otros sistemas. Desde las comunidades, pasando por los organismos y las células que los forman, todos ellos requieren el aporte de materia y de energía constante para poder mantener su funcionamiento y su organización. Y en el capítulo 8 vimos que la ciencia dedicada al estudio de los ecosistemas es la ecología, que muchos confunden con el ecologismo. En particular, un ecosistema es un transformador de energía y de materia con muchos componentes (bióticos y abióticos), lo que hace que tanto su funcionamiento como su estudio sean complejos. Hay muchas variables en juego que influyen en el flujo de la energía y en los ciclos de la materia. Lejos de desanimarse por esto, los ecólogos aceptaron el desafío de estudiarlas y cada vez se sabe más sobre los procesos que intervienen y regulan la "economía" y eficiencia de las transformaciones de energía y materia en los ecosistemas. El término economía parece ajeno a un libro de biología, pern verás que es muy acertado y pertinente. En general, relacionamos esta palabra con el dinero y los bienes materiales, pero no siempre está relacionada con esto. Lo cierto es que el término economía (del griego oikos, ·~casa", y nema, "administrar") hace referencia a la administración de la casa, es decir, de los recursos disponibles, de la eficiencia de las transformaciones, etc. ¿Nos son acaso la biosfera y sus ecosistemas la "casa" de todos los seres vivos? ¿Cómo se administran estos recursos? ¿Son sistemas eficientes? Para responder estas y otras preguntas es fundamental conocer con el mayor detalle posible el flujo que sigue la energía por los diferentes componentes de un ecosistema y las transformaciones de la materia que ocurren en él. Dado que los ecosistemas, ya sean naturales o intervenidos por el hombre, nos proveen de bienes y servicios, conocer su funcionamiento permite aprovechar sus recursos sin poner en riesgo su equilibrio y, además, posibilita saber hasta qué punto intervenir sin causar daños irreparables. Lamentablemente, tanto en el pasado como en la actualidad, modificamos y Bosque de pinos en regeneración luego de ser talado para aprovechar la madera. dañamos ecosistemas sin saber siquiera qué efecto producirá esto en el. resto de la "casa". Extraemos recursos, afectamos el flujo de la energía e intervenimos en los ciclos de la materia sin evaluar previamente el grado de alteración. Paradójicamente, muchos de estos cambios sirven para estudiar el funcionamiento de los ecosistemas. A tal punto, que los nuevos conocimientos sobre la ecología permiten actualmente restaurar ecosistemas perdidos y los beneficios que estos otorgan. Además del flujo de energía, es importante conocer las formas en que circula la materia en los ecosistemas. Dado que el crecimiento de los seres vivos depende de la producción de nuevas células y de la síntesis de las biomoléculas que las forman, es fundamental responder preguntas como: ¿qué factores limitan la producción de nueva mat~ria orgánica?; ¿para todos los ecosistemas son los mismos factores?; ¿cuánta materia orgánica se puede extraer o incorporar a un ecosistema sin alterarlo?, etcéter¿. En este capítulo abordaremos algunas de estas respuestas. La construcción de terraplenes como el que se observa en la foto afecta el funcionamiento de los ecosistemas. iomasa · Los organismos que forman un ecosistema producen nueva materia orgánica 'de esta forma crecen y renuevan tejidos. La masa total que compone a los ganismos se denomina biomasa. En el primer nivel trófico la biomasa de proctores está integrada por las plantas terrestres, las acuáticas y las algas (fitoancton). En los siguientes niveles la biomasa está representada por los cuerpos 'los herbívoros y carnívoros. También los descomponedores, aunque no los mos, poseen una importante cantidad de biomasa en los ecosistemas. Para nálisis de un ecosistema, cuando una parte de un organismo se desprende cuerpo, deja de contabilizarse como biomasa y pasa a integrar el mantillo del lb o el sedimento de un cuerpo de agua. n el caso de los productores, la biomasa presenta ciertas particularidades. La asa de las plantas terrestres se debe separar en biomasa aérea (hojas, tallos, s, etc.) y subterránea (raíces). No toda la biomasa de una planta participa en tosíntesis y producción de nueva materia orgánica. Las raíces no fotosinte, pero las células vivas que hay en ellas sí consumen materia y necesitan gía. Aunque no se vea a simple vista, la biomasa de las raíces de una planta stre es tan grande o más que la porción aérea. Además, en las plantas leñoparte de la biomasa aérea y subterránea está formada por células muertas, cromasa. Si bien la necromasa no produce, tampoco consume. En el caso s plantas acuáticas, la porción subacuática es la que no fotosintetiza pero sí me, ya que sus células están vivas y poseen poca necromasa. Por último, en plancton, por tratarse de organismos unicelulares, la totalidad de la biomasa Los diferentes tipos de productores ra determinar la biomasa de los productores de un ecosistema es necesario har toda la masa en un área determinada. En el caso de los productores tres, esto puede ser complejo debido a la dificultad de recuperar toda la poseen distintas proporciones de biomasa aérea fotosintética, biomasa aérea y subterránea muerta (necromasa) y biomasa subterránea viva. sa subterránea. En el caso de los ecosistemas acuáticos, es mucho más llo ya que el fitoplancton puede ser recolectado fácilmente. biomasa se mide en unidades de masa divididas por el área, por ejemplo: s/m 2 , kg/m 2 , etc. Dado que la materia y la energía son interconvertibles, la sa también se puede medir en Joule/m2 • luación de !a biomasa bAllomeTree (www.globallometree.org) es una nueva herramienta mejorar la evaluación de la biomasa y las reservas forestales : arbono. Es una plataforma en Internet creada para ayudar a in-· tigadores, científicos y técnicos forestales a calcular la biomasa; Este tipo de herramientas pueden ayudar a los países a obtener datos más precisos sobre el estado de los recursos forestales y las reservas forestales de carbono -y sus posibles cambios- y apoyar la implementación de políticas forestales nacionales e internacionales. Fuente: http://www.fao.org/news/story/es/item/179115/ icode/ [consultado el 28 de agosto de 2013]. stal y el carbono de los bosques. mite a los usuarios evaluar el volumen del tronco y la bioma! clel árbol a partir de características de los árboles como el diámetro tronco, la altura y el peso específico de madera, para varios tipos árboles y zonas ecológicas. El acceso a la herramienta es gratuito . s usuarios también pueden desarrollar y presentar sus propios delos de cálculo. • El texto hace referencia a que los bosques "reservan carbono". ¿De qué forma lo hacen? • ¿Qué relación hay entre la reserva de carbono en los bosques y el cambio climático? Productividad . Cuando se habla de productividad de un ecosistema, se hace referencia a la cantidad de energía que es capaz de aprovechar. Y como esa energía está almacenada en la biomasa, una expresión de la productividad es la cantidad de biomasa producida. Cada nivel trófico de un ecosistema produce materia orgánica. La productividad primaria bruta (PPB) es la materia orgánica generada mediante la fotosíntesis por los productores en un área y un período determinados. La productividad se mide en gramos por metro cuadrado por día (g/m 2 • día) o kilogramos por hectárea por afio (kg/m 2 • afio). La materia orgánica producida por una planta puede tener dos destinos: ser utilizada como fuente de energía en el proceso de respiración (R) o pasar a constituir nuevas biomoléculas. Entonces, como no todo lo producido (PPB) se destina al creDatos de biomasa y productividad primaria neta para algunos ejemplos de ecosistemas. cimiento, una parte (R) se pierde en la respiración. La productividad primaria neta (PPN) es la parte de la biomasa que forma las células y tejidos nuevos. La siguiente ecuación resume lo anterior: PPN == PPB- R La PPN es un parámetro clave para conocer el funcionamiento de un ecosistema. En el capítulo anterior vimos que los consumidores se alimentan de los productores, de modo que la PPN representa la materia y la energía que queda disponible para ser aprovechada por los consumidores. Para estimar la productividad primaria se puede cosechar las plantas durnnte diferentes períodos de tiempo, aunque actualmente se puede calcular a partir de imágenes satelitales que muestran la cobertura vegetal de un área terrestre o, en el caso de los ecosistemas acuáticos, revelan el contenido de clorofila del agua, un indicador de la cantidad de fitoplancton. Más adelante estudiaremos la PPN de diversos ecosistemas y los factores que la afectan; ahora veremos la relación que existe entre lo que producen los ecosistemas y la biomasa que estos poseen. Las selvas son los sistemas más productivos (2,2 kg/m 2 • afio), pero dado que gran parte de la biomasa aérea de los árboles es madera (necromasa), producen solo el 5% de su masa por metro cuadrado por afio. Los pastizales producen cuatro veces menos que una selva, pero un metro cuadrado produce el 40% de su masa; esto se debe a que los pastos no poseen tanta necromasa como los árboles. En los ecosistemas acuáticos la situación es diferente, ya que los productores son algas o plantas acuáticas que poseen muy poca necromasa y casi la totalidad de la biomasa es fotosintética. Un estuario posee la misma biomasa que un pastizal, pero produce el triple. Los ecosistemas acuáticos abiertos (océarios) producen muy poco (tan solo 125 g/m 2 • afio), pero con una biomasa de apenas 3 g/m 2 , es decir que producen i5Q veces su peso! En definitiva, los sistemas acuáticos igualan a los terrestres en ,PPN, pero con diez veces menos biomasa. La productividad secundaria (PS) es la biomasa nueva producida por los consumidores y se expresa en las mismas unidades que la productividad primaria. La PPN es la porción de la PPB que queda formando parte de los tejidos de las plantas y, por lo tanto, puede constituir alimento para los herbívoros. La productividad primaria neta (PPf\!) depende de los factores y condiciones que afectan al proceso de fotosíntesis. Este proceso necesita de sustratos (agua y dióxido de carbono) y de una fuente de energía (luz). La disponibilidad de energía lumínica, agua y dióxido de carbono es imprescindible para la producción de materia orgánica (glucosa, en principio). El dióxido de carbono forma parte del aire y está disponible para todas las plantas por igual, de modo que no puede explicar las diferentes productividades de los ecosistemas. Además, si tenemos en cuenta que a partir de lo fabricado en la fotosíntesis los productores deben sintetizar sus proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, vemos que también serán necesarias sales de nitrógeno, fósforo y otros minerales. Del total de la energía aportada por el Sol, solo el 1% (en promedio) es aprovechado para producir nueva materia orgánica. De toda la luz solar que incide sobre la Tierra, el 75% ingresa en la atmósfera y solo el 45% llega a la superficie. Esta energía disponible en la superficie no es aprovechada completamente por los productores por varias razones. Una es que gran parte incide en zonas de suelo desnudo, rocas, etc., y otra es que de la fracción que efectivamente incide sobre hojas de plantas o algas, no toda es útil. Como ya vimos en el capítulo 6, la luz posee varias longitudes de onda y solo algunas son aprovechables por la fotosíntesis. Resumiendo: en promedio, menos del 1% de la luz solar puede ser aprovechada en la productividad primaria. Si bien la cantidad de energía solar que recibe la Tierra es constante, la cantidad disponible en cada punto del planeta varía según la latitud debido al ángulo de incidencia de los rayos del Sol. Entre los trópicos, según la época del año, la luz incide de forma perpendicular en el suelo, maximizando la energía por unidad de área. En cambio, a medida que aumenta la latitud, el ángulo de incidencia es mayor y la cantidad de energía por área es menor. En los ecosistemas acuáticos la luz, además, se disipa al viajar por el agua. Según la transparencia del agua será la profundidad máxima a la cual llegue la luz. Esta zona donde hay luz y fotosíntesis se llama zona fótica. Cabe destacar que si bien la cantidad de materia producida disminuye a medida que baja la luminosidad, la demanda de la respiración se mantiene, es decir que a partir de cierta profundi- Recordá dad la producción no cubre la demanda. 1. ¿Cuál es la diferencia Si consideramos que la energía disponible es máxima en el Ecuador y disminuye entre la productividad pri- hacia los polos, la productividad debería disminuir al aumentar la latitud. En maria bruta y la producti- los ecosistemas terrestres se comprueba, aproximadamente, este gradiente vidad primaria neta? de productividad, pero no en los ecosistemas acuáticos. Estas observaciones no niegan que la luz sea un factor limitante, sino que muestr?n que este no es el Relacioná 2. único factor. ¿Qué partes de un árbol producen nueva bio- ; Si la productividad 1,5 ........................................................................................ , ... . .......... -----·--···--·········¡-··- 1,0 ............................ . masa? ¿Qué partes la dependiera solo de consumen? ¿Qué relación la luz, se verificaría que encontrás entre tus res- a medida que aumenta puestas y la necromasa? la latitud, disminuiría la productividad. En los ecosistemas acuáticos (línea azul) no se ºº Latitud evidencia esta relación, pero sí en los terrestes (línea verde). lnvestigá l. ¿Tiene alguna relación el color de la luz con su contenido energético? Agua y temperatura 3.000 Los ecólogos estudiaron si los ecosistemas terrestres con mayor disponibilidad o•C "' de agua eran más productivos y comprobaron que a mayor caudal de lluvias (PP), 1. 2.000 mayor PPN. Sin embargo, a partir de cierto valor de precipitaciones, el exceso de E! agua resulta perjudicial ya que anega los suelos y "lava" los nutrientes llevándolos "tl tQ "tl a más profundidad en el perfil del suelo. ·s; -,¡; ~ "tl Además del agua, el régimen de temperatura tiene un papel central en la pro- 1.000 ductividad. La energía solar incidente en las nubes y la superficie terrestre y que no o... a. es aprovechada en la fotosíntesis, es reflejada y disipada como calor. Esta energía calórica moviliza las masas de aire y determina los regímenes de temperatura y preci500 1.000 1.500 Evapotransplrad6n anual (mm/año) La evapotranspiración (EVT) permite predecir y explicar mejor la productividad primaria neta de un ecosistema. La pitaciones. Dado que las reacciones metabólicas (fotosíntesis, respiración, etc.) son realizadas por enzimas cuya actividad aumenta con la temperatura, es esperable que la PPN aumente junto con ella. Las investigaciones ecológicas demostraron que efectivamente las temperaturas mayores promueven incrementos en la productividad, línea negra representa una recta que pero también aumenta el consumo de agua por transpiración y evaporación del sue- conociendo el valor de la EVT permite lo. Es decir que la temperatura y Ja disponibilidad de agua son dos variables que no predecir la productividad. se pueden analizar por separado en su efecto sobre la PPN. La solución está en una nueva variable que combina a ambas: la evapotranspiración (EVT). La EVT es la cantidad de agua (medida en mm por año) que pierde un ecosistema por transpiración de los seres vivos y evaporación del suelo. Por lo tanto, la evapotranspiración es un buen indicador de la cantidad de energía y agua disponible para los productores primarios de un ecosistema. Una elevada EVT implica que hay agua y energía para fotosintetizar. La relación entre evapotranspiración y PPN es mucho más precisa que con esas dos variables por separado. Las selvas tropicales poseen una alta evapotranspiración, ya que se distribuyen en zonas tropicales y reciben muchas precipitaciones. Si las precipitaciones en una zona son inferiores a la evapotranspiración, significa que hay déficit hídrico, situación típica de los desiertos. Por el contrario, en zonas de baja evapotranspiración y muchas precipitaciones, el agua puede estar en exceso. En algunos ecosistemas la productividad primaria se ve afectada porque las temperaturas altas (que favorecen el crecimiento pero que aumentan la demanda por transpiración) coinciden con la época de pocas lluvias. Esto produce que el agua esté disponible justo en momentos de poca demanda metabólica. Los ecosistemas muy productivos suelen tener lluvias todo el año (no estacionales) y climas con pocos cambios de temperatura estacionales. Nutrientes Además del agua, la temperatura y la luz, ¿qué más influye en la productividad de los ecosistemas? Los nutrientes inorgánicos (en este caso, minerales). Si en una misma zona un cultivo produce más que un pastizal natural, esto no se puede explicar por diferencias de luz o clima, sino por la disponibilidad de nutrientes que producen la fertilización y el manejo del cultivo. Las variaciones del clima ocurren a una escala mayor que las diferencias en disponibilidad de nutrientes. En los ecosistemas terrestres la calidad y cantidad de minerales depende del tipo de suelo y la topografía. En los ecosistemas acuáticos la situación es diferente. Los nutrientes disponibles para los productores son los que están solubilizados en la zona de acceso de luz (zona fótica). De esta forma, los nutrientes pueden circular y desplazarse según las corrientes. El nitrógeno y el fósforo son los nutrientes que actúan como factores limitantes en la PPN de los ecosistemas acuáticos. Si observamos un mapa que muestre los valores de PPN en las costas y los océanos, veremos que no existe un gradiente o Distancia a la costa Mar Cuando un curso de agua, como un río, aporta nutrientes (línea negra) al mar o a un lago, la máxima PPN (línea naranja) no está en la costa ni en aguas profundas. La profundidad de la zona fótica está representada por la zona celeste. latitudinal: hay zonas muy productivas en agua frías y zonas poco productivas en mares tropicales. De manera que la temperatura del agua y la incidencia solar no explican las diferencias en la productividad primaria; es necesario incorporar los nutrientes como factores limitantes. En los ecosistemas, la materia orgánica puede tener dos orígenes: ser producida en el mismo ecosistema o provenir de otro ecosistema. En el caso de los cuerpos de agua, esta diferenciación es fundamental. En el océano abierto toda la materia orgánica que hay es autóctona y depende de lo que produzca el fitoplancton. Por el contrario, en las costas, además de lo producido localmente hay que sumar lo que aportan los ríos que desembocan en el mar (lo mismo ocurre en los grandes lagos). Es por esto que las costas son zonas muy productivas. Lamentablemente, algunas actividades humanas producen y vuelcan a las aguas grandes cantidades de nutrientes nitrogenados y fosforados. El aumento en la disponibilidad de nutrientes dispara la productividad de las algas y produce un proceso denominado eutrofización. Dependiendo del lugar, la sobreproducción altera completamente el ambiente pudiendo reducir la entrada de luz, la circulación y aireación del agua y la oxigenación; la materia orgánica se acumula y la descomposición ocurre en condiciones anaeróbicas. Eutrofización en un cuerpo de agua. En los océanos se da una situación particular: la zona fótica llega a más profundidad por la transparencia del agua, pero no hay suficientes nutrientes para el fitoplancton. Sí los hay en el fondo, pero allí no llega la luz. Por el contrario, en la costa hay muchos nutrientes, pero la zona fótica es poco profunda ya que el agua es turbia por el oleaje y los sedimentos. En algunas costas marinas se produce el fenómeno de surgencia, que trae nutrientes desde el fondo marino hasta la superficie, lo que hace que estas zonas sean muy productivas. Sudamérica. Elegí puntos geográficos con diferentes Recordá 4. En los mares y lagos la disponibilidad de nutrientes ~ue- combinaciones de precipitaciones y temperatura. ¿Qué 1 le ser mayor en las costas, sin embargo la máxima pro- PPN hay en esos lugares? ductividad se da cerca de la costa, pero más adentro. ¿Porqué? 6. Los semidesiertos de zonas templadas también son ecosistemas poco productivos, aunque poseen muchos Resolvé nutrientes inorgánicos en el suelo y las temperaturas no 5. son tan elevadas. ¿Cómo se explica esto? Observá los mapas que muestran la distribución de temperaturas promedio, precipitaciones y PPN para Eficiencia ecológica ¿Cuánto de lo producido por un nivel trófico es aprovechado por el siguiente? La respuesta a esta pregunta es lo que se conoce como eficiencia ecológica o trófica (Et). La eficiencia trófica depende de cuánto se consume, de la composición de lo consumido y del uso que se haga de aquello que se consume. La eficiencia de consumo (E) refleja cuánto del alimento disponible es efectivamente consumido; se calcula dividiendo lo consumido por la PPN. Los herbívoros no consumen toda la planta, algunos solo comen los frutos, semillas u hojas; otros consumen la parte aérea pero no las raíces. La diferencia en la Ec de los herbívoros se debe a la cantidad de tejido leñoso y a adaptaciones que poseen las plantas que evitan que las consuman. El zooplancton es el único caso en el cual el organismo herbívoro come la totalidad del organismo autótrofo (fitoplancton unicelular). ¿Qué ocurre con la eficiencia de consumo de otros niveles tróficos? Se va incrementando en cada nivel. En el caso de Jos carnívoros, la eficiencia de consumo es mayor que en los herbívoros, y así sucesivamente. Finalmente, todo lo que no se consume es materia orgánica que sirve de alimento para los descomponedores, es decir que la eficiencia de consumo de ellos es la mayor de todas; solo escapa a los descomponedores la materia orgánica que se va del ecosistema. Los koalas solo comen hojas de eucaliptos, un alimento muy pobre en nutrientes, por eso tienen que comer hasta medio kilo por día. La eficiencia de asimilación (E.) depende fundamentalmente de la composición química del alimento; se calcula dividiendo lo asimilado por lo consumido. Los alimentos vegetales son ricos en celulosa y difíciles de digerir, mientras que los de origen animal poseen más proteínas y son sencillos de digerir; por esto la Eª de los herbívoros es del 20% y la de los carnívoros es del 80%. Esto implica que un herbívoro debe comer mucha más biomasa por día que otros heterótrofos del mismo peso y actividad. Los descomponedores poseen la mayor Eª ya que, con el tiempo, asimilan toda la materia orgánica disponible. Lo asimilado por un heterótrofo es utilizado como fuente de materia para producir nuevas biomoléculas o para obtener energía. La eficiencia de producción (EP) representa la fracción de lo asimilado que es transformada en nueva biomasa (productividad secundaria, PS); se calcula dividiendo lo producido (PS) por lo asimilado. La Ep depende de cuánto debe invertirse en la respiración. Los animales con tasas metabólicas altas, que regulan su temperatura o son de tamaño pequeño, invierten hasta el 90% de lo asimilado en la respiración. En cambio, los animales ectotermos, que no gastan energía en mantener la temperatura, poseen mayor eficiencia de producción. Asimismo, los animales más grandes y con tasas metabólicas más bajas son más eficientes. Si ahora combinamos estas tres eficiencias para un nivel trófico, obtendremos su eficiencia trófica (E1). La Et representa cuánta biomasa (y la energía contenida en ella) de un nivel trófico se transfiere al nivel siguiente; este valor es en promedio un 10%. Esto se conoce como la "regla del 10%''. Destino de la energía en un ecosistema formado solo por productores, herbívoms y descomponedores. Pirámides La productividad de cada nivel trófico se puede expresar en unidades de materia (kg/m 2 año) o en su equivalente energético. Si representamos la productividad . como una barra que representa la cantidad de energía de cada nivel trófico y luego Carnívoros 2. 0 Carnívoro~ 1.0 las apilamos, obtendremos una pirámide de energía de base ancha que se agudiza hacia el ápice. Esto es válido para todos los ecosistemas, ya sean acuáticos o terrestres, ya que es imposible que un nivel posea más energía que el nivel que le sirvió de alimento. La mayor o menor diferencia entre el largo de las barras se debe a las eficiencias tróficas. En algunos casos es más sencillo estimar fa cantidad de individuos que la productividad. La pirámide de número individuos puede dar resultados muy va- Pirámide de energía. El ancho de cada barra representa la cantidad de energía del nivel trófico (g/m 2 • año). riables. Por ejemplo, un solo árbol puede alimentar miles de insectos. Al graficar estos datos se ve que la pirámide posee una base pequeña (pocos árboles) y luego se ensancha (miles de insectos). Otro caso sería el de un pastizal con gran cantidad de plantas que alimentan un número menor de cuises, que a su vez son consumidos por zorros y águilas. ¿Y si hacemos pirámides pero con datos de biomasa? En el caso de los ecosistemas terrestres, las pirámides de biomasa poseen una base ancha y se hacen · más agudas hacia el extremo. Esto quiere decir que la biomasa vegetal es mayor en cualquier· comunidad terrestre y le siguen las biomasas del resto de los niveles. Pero en los sistemas acuáticos la situación es otra: la biomasa de fitoplancton es menor que la de zooplancton. ¿Cómo puede ser que esto posible? Para responder esta aparente contradicción hay que tener en cuenta la tasa de renovación: en un mismo período de tiempo el fitoplancton se renueva más en biomasa que el zooplancton, por eso puede .una biomasa menor de productores sostener. una mayor de herbívoros. Cartiívoros 2.0 Águilas Carhfvoros 1.0 Fitoplancton .· Pirámides de número de individuos. El ancho de cada barra representa la cantidad de individuos del nivel trófico. Pirámides de bÍomasa. El ancho de cada barra representa la biomasa del nivel trófico (g(m 2 ). Relacioná Resolvé 7. 8. Las pirámides de energía siempre disminuyen desde la base hacia el ápice. ¿Cómo relacionás esto con la Primera Ley de Termodinámica? ¿Puede ser la eficiencia trófica del 100%? Dibujá una pirámide energética en la cual la energía de los productores sea de 10 kg/m 2 • año y la eficiencia trófica en todos los niveles sea del 10%. Productividad y flujo de energía Apliquemos lo que aprendimos hasta ahora a tres ecosistemas típicos: un pastizal, un bosque y un ecosistema acuático planctónico (conformado por organismos que flotan en el agua, es decir, que no se mueven por sí mismos, sino que son arrastrados por los movimientos causados por mareas, corrientes, etc.). Utilizaremos diagramas en los cuales representamos como cuadrados las productividades primarias netas, secundarias y de descomponedores; el área de los cuadrados representa el monto de la productividad. Las flechas representan el paso de energía de un nivel a otro, y su ancho, la importancia de esa vía de intercambio. La materia orgánica muerta (MOM) es aportada por todos los niveles y constituye el alimento de los descomponedores. Bosque. De los tres ecosistemas; es el de mayor PPN (entre 1,2 y 2,2 kg/m 2 • año), sin embargo más del 80% de su biomasa es necromasa y no está disponible para los herbívoros, aunque sí para los descomponedores. El material que Flujo de la energía en un bosque. A fin de consumen los herbívoros de un bosque es de baja calidad y difícil de digerir, por lo simplificar las relaciones, en los esquemas que la productividad secundaria es baja. El resto queda en las heces que proveen no se representa la energía que se pierde de materia orgánica a los descomponedores. Sobre esta base, queda claro que en los productores por la respiración. en los bosques la mayor parte del flujo de materia y del reciclado de nutrientes pasa por los descomponedores. Son ellos, con su alta eficiencia ecológica, los que procesarán la mayor parte de la materia orgánica reintegrándola al ecosistema como materia inorgánica. En cuanto a la energía, todos los niveles disiparán calor producto de la respiración, pero sobre todo los descomponedores. Pastizales. Producen menos que los bosques (entre 0,6 y 1 kg/m 2 • año), pero también poseen menos necromasa y más tejido productivo. En los pastizales los herbívoros consumen hasta el 40% de la PPN y este alimento es más fácil de digerir y asimilar que en el caso de los bosques. La mejor digestión y asimilación provee más recursos para los carnívoros. Si bien en un pastizal el rol de los descomponedores en el flujo de energía y reciclado de materia sigue siendo fundamental, la vía de los herbívoros-carnívoros es más importante. • Ecosistema acuático planctónico. Las aguas abiertas. de un lago o el mar son ecosistemas poco productivos (< de 0,5 kg/m 2 • año) en los cuales los productores son organismos unicelulares (fitoplancton) con una alta tasa de renovación y donde toda la biomasa es fotosintética (no hay necromasa). Los consumidores (zooplancton) consumen aproximadamente la mitad de la PPN, y el resto va a los descomponedores. Como el alimento es muy digerible y asimilable (no hay necromasa), los niveles tróficos de consumidores poseen una eficiencia ecológica mayor al 10%. La gran biomasa de zooplancton devuelve una gran porción de energía como calor y el resto es materia orgánica para los descomponedores. Flujo de la energía en un ecosistema acuático planctónico (sin energía de Flujo de la energía en un pastizal (no respiración de productores). A diferencia se representa la energía que pierden de los casos anteriores, en estos los productores por la respiración). ecosistemas circula mucha rrri!Js materia y La vía herbívoros-carnívoros es la más energía por los herbívoros y carnívoros que importante. por Jos descomponedores. en La PPN mundial, que actualmente es de 105.000 millones de toneladas por año, es la suma de lo aportado por todos los ecosistemas de la Tierra. No todos aportan lo mismo y las diferencias se deben al área que ocupa y cuánto produce cada uno. Los ecosistemas acuáticos son los más abundantes. ya que ocupan el 71,1% de la superficie terresüe. siendo el océano abierto el tipo de ecosistema acuático más extenso; seguido por las plataformas continentales y ias zonas costeras. Justamente las costas, por la mayor disponibilidad de nutrientes, son las de mayor PPN, aunque aportan poco (2%) a la PPN mundial debido a su menor abundancia. Los océanos, a pesar de su baja PPN, por ser tan extensos aportan el 24,4% de la producción mundial. Los desiertos, zonas rocosas y de l1ielo son las más abundantes y de menor PPN. Los océanos y las selvas tropicales son los ecosistemas que más aportan a la PPN mundial. La escasa o nula cobertura vegetal debido a la falta de agua disponible (por escasa o por estar congelada) explica la baja PPN. Los semidesiertos, que ya poseen algo de cobertura vegetal, a pesar de ocupar el 3,5% de la superficie, aportan solo el 1% de la PPN mundial. Las selvas tropicales, aunque ocupan solo el 3,3% de la superficie, producen el 22% de la PPN mundial. Los bosques son sistemas muy productivos, sobre todo los de especies de hoja perenne. El bosque boreal, o taiga, a pesar de estar en zonas frías (norte de Asia, Europa y América del Norte), acumula casi el 10% de la PPN mundial. Por último, los humedales (pantanos y marismas) son sistemas muy productivos, pero al ser poco abundantes, su aporte a la producción mundial es escaso. Los cultivos son ecosistemas muy productivos y con una fuerte intervención humana. El aumento de las demandas de alimento produjo una expansión de la frontera agraria, lo que hizo que pastizales y bosques fueran reemplazados por Ecosistema de bosque. cultivos. Si bien esto redunda en un aumento en la productividad y disponibilidad de alimentos, también produce pérdida de biodiversidad y de servicios ecológicos. Actualmente los cultivos ocupan casi el 3% de la superficie terrestre y acumulan el 9% de la PPN mundial, cifras que seguirán aumentando. Recordá 9. Tarde o temprano, ¿quién termina utilizando como alimento la mayor parte de la biomasa de un árbol en un bosque? Resolvé 10. Buscá en Internet tres ejemplos de ecosistemas que se encuentren en la Argentina y su PPN. Ordenalos de menor a mayor. ¿Hay alguna relación entre el orden que obtuviste y las precipitaciones Bosqúe teinptaqó y temperatura media? peienne. Recordá que tenés los mapas de América del 28·,1., Tabla que muestra la superficie que ocupa cada tipo de ecosistema y el aporte a la PPN mundial. Sur con esos datos. Ecosistemas y servicios Los ecosistemas naturales nos proveen bienes o recursos esenciales: alimentos, madera, minerales, etc., pero además nos brindan servicios ecológicos. Históricamente se sobrevaloró a los recursos por sobre los servicios, y solo cuando estos últimos se perdieron, el ser humano reconoció cuán valiosos eran. Entre los principales servicios prestados por los ecosistemas están: • mitigación de los efectos de las sequías e inundaciones; Secuelas dejadas por el huracán Katrina en 2005. generación y preservación de los suelos; detoxificación y descomposición de la materia orgánica de los suelos; purificación del aire y del agua; e polinización de cultivos y dispersión de semillas; • protección de las líneas costeras; • protección de los rayos ultravioletas perjudiciales; • estabilización del clima y moderación de los cambios climáticos. Un ejemplo de ecosistemas que brindan servicios invaluables son los costeros. Las costas están amenazadas ya que son zonas muy modificadas, sobre todo por emprendimientos inmobiliarios y turísticos. Las dunas, arrecifes, manglares y marismas son la primera defensa contra las crecidas del agua, además de evitar la erosión eólica y marina. En 2005 el huracán Katrina causó 1.400 muertes y daños materiales por 75.000 millones de dólares. Si bien un huracán no puede evitarse, sí se puede Crecida del río Tartagal en 2009. prevenir el daño a los ecosistemas que hubieran evitado este desastre. En el caso de este huracán, lo que agravó la devastación fue la pérdida de los ecosistemas naturales de las costas de Nueva Orleans y Mississippi. Los sedimentos aportados por los ríos fueron retenidos en los embalses río arriba. El retroceso del delta hizo que la crecida no encontrara está barrera natural, la que hubiera frenado gran parte del agua. Además, detrás de los deltas y manglares costeros hay una planicie que se inunda en las crecidas. Esa planicie fue drenada para construir, de modo que el agua ingresó tierra adentro e -inundó los barrios. El tsunami ocurrido en las costas del océano Índico en 2004 fue tan devastador debido a que los manglares, la primera barrera que frena el agua, fue destruida. La iniciativa "Manglares para el futuro" se propone cuidar y restablecer zonas de manglares y sus servicios. En la Argentina también tenemos ejemplos de este tipo de desastres. En 2009, en la ciudad de Tartagal, un alud produjo más de diez muertos y pérdidas materiales cuantiosas. En este caso, el exceso de lluvias se sumó a la deforestación. Sucede que los bosques y selvas de las laderas absorben gran parte del agua que escurre cuando llueve. La deforestación impidió que el agua fuese retenida y escurrió por las laderas erosionando los suelos y arrastrando muchos sólidos. Cuando este caudal, mayor que el normal, llegó al río, produjo una feroz crecida que arrastró con todo a s~ paso, incluso puentes. Sería bueno pregu'ntarnos: ¿cuánto cotizan los servicios ecológicos?, ¿cuánto valen las vidas humanas? Reemplazar ecosistemas naturales supuestamente poco productivos es un error. La pérdida de ;1os servicios ecológicos que prestaban tiene un costo mucho mayor que la supuesta ganancia inicial. Haciendo un análisis puramente económico, es mucho más rentable mantener estos ecosistemas y los servicios gratuitos que prestan, que invertir mlles de millones de pesos en construir obras que no pueden ni siquiera imitarlos. Reemplazar algunos ecosistemas es la peor decisión económica a largo plazo. La ecología y los modelos matemáticos Muchos de los temas de interés en ecología se ¿Qué supuesto modificarías? pueden estudiar empleando modelos matemáti- Una posibilidad es suponer que la tasa de cos, por ejemplo, el crecimiento de una población. crecimiento poblacional cambia a medida que Thomas Malthus fue un pionero en la demografía, aumenta la población. ¿Debería disminuir además de economista. Escribió un libro en 1798 aumentar? o llamado Ensayos sobre el principio de la población, en el cual decía que la población humana crece Esto fue justamente lo que ocurrió con los mo- más rápido, ya que lo hace geométricamente, que delos matemáticos que siguieron al de Malthus. los alimentos que consume, los cuales crecen arit- Así fue que se pasó al modelo de crecimiento méticamente. Este es un claro problema ecológico logístico, que incorporaba un nuevo parámetro que puede ser modelado matemáticamente. llamado capacidad de carga de una población. Para poder hacer un modelo matemático que La capacidad de carga es la cantidad máxima de explique el crecimiento de una población humana, individuos que puede tener una población en un tal cual lo propuso Malthus, tenemos que hacer al- ambiente determinado y mantener su densidad. gunos supuestos. Por ejemplo, supongamos que la El model.o logístico propone que las poblaciones población está formada por 20 personas y que dis- a bajas densidades crecen rápidamente, pero a pone de 200 toneladas de alimento. Luego esa po- medida que se acerca a la capacidad de porte, la blación duplica su tamaño cada 25 años y esta tasa tasa de crecimiento va disminuyendo, y en caso de crecimiento es independiente de la cantidad de de sobrepasar la capacidad de carga, la tasa de personas y de la cantidad de alimento disponible. crecimiento es negativa. Para finalizar, cada 25 años la población dispone de 100 toneladas más de alimento. La historia continuó y surgieron otros modelos matemáticos para explicar, por ejemplo, la dinámica de las poblaciones de un predador y su presa. Vito Si fueras Malthus, ¿cómo harías para calcular Volterra fue un matemático que en 1926 propuso cuántas personas habrá dentro de 50, 75, 100 un modelo que explicaba un hecho observado en y así hasta dentro de 200 años? los puertos pesqueros del mar Adriático en Italia: Ahora hacé lo mismo para los alimentos. ¿Qué cuando prohibían la pesca de los peces depreda- cantidad de alimento habrá dentro de 50, 75, dores, al tiempo disminuían mucho las poblaciones 100 y así hasta dentro de 200 años? de los peces presa, mientras que cuando volvían Si todas las personas de esa población fueran a permitir su pesca, las poblaciones de presas se iguales y cada una necesitara como mínimo 1 to- recomponían tiempo después. Volterra .armó un nelada de alimento por año, ¿a partir de qué año , modelo con dos ecuaciones, una para la especie habrá carencia de alimento en esa población? f predadora y otra para la presa, que explicaba este ; hecho. El modelo de Volterra había sido propues- Pero la realidad es más compleja que lo propues- to un año antes por Alfred Lotka y ahora lleva el to por este modelo y las poblaciones no. crecen in- nombre de ambos. Este modelo es un clásico en definidamente ya que los recursos no son infinitos. la teoría ecológica que aún hoy se sigue utilizando. Por ello los modelos de crecimiento poblacional que le siguieron a este agregaron una nueva varia- Después de leer esto, ¿cuál te parece que es ble: la competencia por los recursos. Para incorpo- la ventaja de formular modelos matemáticos de. rar esta variable, habría que revisar los supuestos procesos ecológicos? ¿Los modelos describen anteriores y ver cuál de ellos se puede modificar. con exactitud la realidad? ) Si en un ambiente acuático observamos una gran población de alimento disponible para una especie determinada. Así, los playe- son consumidores. Por la posición que ocupan las garzas, eso nos indica que hay mu- ros rojizos, que crían en el Ártico cho alimento (anfibios, moluscos, canadiense, migran hasta la Pata- aves en la cadena trófica, por estar presentes en todos los hábitats peces). Estas aves se encuentran en la cúspide de la cadena alimen- gonia en busca de alimento, en mo- y por ser muy sensibles a los cam- ticia. Podemos concluir que las bios ambientales, se las considera buenas indicadoras de la producti- aves acuáticas son buenos mdicadores de los cambios ambientales energía y de que las nevadas cu- vidad y de la "salud" ambiental. De porque si se las monitorea periódi- den su viaje migratorio. acuerdo con la Organización Mundial de la salud (OMS), la salud ambien- camente y se observa una altera- A lo largo de la costa patagónica. tal está relacionada con todos los ción en sus poblaciones, esto será un indicador de que se produjeron preferido": mejillones de 10 mm de factores físicos, químicos y bioló- modificaciones en su hábitat tamaño que engullen enteros de un En los ecosistemas existen productores y consumidores. Las aves . gicos externos a una persona, es Otro buen ejemplo son las aves decir, los factores ambientales que migratorias. Estas viajeras permanentes sirven para evaluar producti- podrían incidir en su salud. Muchos investigadores sostienen vidad a lo largo de todo su recorrido. mentos en que este escasea en el hemisferio Norte. Antes de perder bran totalmente el paisaje, empren- los playeros encuentran su "plato solo bocado. El segundo punto crítico, en su viaje de regreso al norte, es la bahía Delaware, en Estados que la presencia de aves en un am- Cuando vemos una disminución en Unidos. Allí, en el límite superi9r de la pleamar, los cangrejos herradu- biente nos da una señal de que se sus números poblacionales, eso ra depositan sus huevos, Los pla- trata de un buen lugar para vivir, y que si conservamos a las aves esta- puede deberse a la destrucción del yeros rojizos se alimentan de esos ambiente costero. huevos para acumular la máxima remos conservando todo lo demás. Veamos si eso es cierto. Una forma de medir productivi- energía posible. Ese aumento extra dad es a través de la cantidad de de masa no lo utilizan para anidar o alimentar a sus pichones, sino para hacer frente al ayuno de hasta dos semanas al que se ven sometidos cuando la nieve dificulta la obtención de alímento. A lo largo de su recorrido las aves migratorias se detienen solo en unos pocos sitios, aptos para su alimentación y descanso. Si esos sitios son afectados, peligra la supervivencia de la especie. Podemos pensar entonces que siempre que veamos aves volando en una zona, esta estará en buenas condiciones ambientales y de productividad. Pero, como veremos a continuación, a veces la presencia de miles de aves indica todo lo contrario, es decir, que el ambiente está en serios problemas. • ambien La "salud" de los ecosistemas y la productividad son esenciales para la vida humana y de los demás seres vivos. Como ya hemos visto, algunas aves son indicadoras de buenas condiciones ambientales. Pero existen otras que se benefician con la intervención del ser humano, sus poblaciones crecen más de lo normal y terminan afectando desfavorablemente el ambiente. En Túnez, por ejemplo, la construcción de una serie de embalses sobre el lago lchkeul, un lugar protegido como parque nacional, generó un lago hipersalino, lo que provocó la pérdida catastrófica de plantas acuáticas. Sin embargo, allí los flamencos son cada vez más abundantes. Por su forma de alimentarse pisoteando y removiendo los sedimentos, producen cambios en la turbidez y en la distribución de los nutrientes, lo que reduce aún más la cobertura de plantas sumergidas. A veces el aumento de la productividad no es natural. El mejor ejemplo es cuando los seres humanos manipulamos la productividad mediante la .agricultura, reemplazando especies que no nos interesan por otras que tienen mayor valor económico, pero solo para nosotros. Eliminamos plantas no deseadas mediante la aplicación de herbicidas e insecticidas, lo cual favorece la producción de alimentos; sin embargo, de esta forma también creamos problemas ambientales, como la contaminación de ríos y lagos. Otra forma de producir aumentos artificiales en la productividad es la creación de basurales. Eso ha producido el crecimiento no deseado de las poblaciones de gaviotas cocineras, una especie generalista que se alimenta de todo tipo de alimentos. Los basurales a cielo abierto son un problema sanitario para los humanos, pero también para otras especies, 1 como las ballenas. Al acumularse residuos, y sobre todo restos de las empresas pesqueras en los basurales a cielo abietto, hubo tanta comida disponible para las gaviotas que su poblaclón aumentó en forma considerable. Algunas de ellas adquirieron el comportamiento de atacar a las ballenas, En península Valdés, Chubut, algunas gaviotas cocineras se alimentan de las ballenas francas australes, de su piel y su grasa, picándolas en los lomos. Años atrás eso no ocurría, a) Es preciso, entonces, tener cuidado al seleccionar una especie de ave como posible indicadora y recordar que a veces su incremento puede indicar un empeoramiento del estado de "salud" de un ecosistema. Fuentes: http://www.seo.org/ 2013/04/23/las-aves-agrariassufren-su-propia-crisis/; http:j/www.anchoveta:lnfo/index2. php?optíon=com_content&do_ pdf=1&id=67; http://www,ebd.csic.es/. jordi/Avesacuaticas.pdf En Sierra de la Ventana, provincia de Buenos Aires, un campo privado comenzó a realizar cultivos orgánicos y dejó de usar herbicidas y fertilizantes qu'ímicos. ¿Te parece que el aumento del número de. aves en la zona podría estar relacionado con esta decisión? ¿Por qué? b) Teniendo en cuenta que ciertas aves son afectadas negativamente por pequeño~ cambios en el ambiente donde viven, ¿qué será me- jor para cono;cer la salubridad de los ambientes costeros: estudiar la disminución de los números poblacionales de los playeros rojizos o de las gaviotas cocineras? Argumentá tu respuesta. e) ¿Talar selvas y desecar humedales naturales perjudican solo a las aves o a todos los seres vivos? Si así fuera, discutí y proponé alternativas con tus compañeros para evitar estas acciones. . Leé ei siguiente texto y exp!icá las diferencias entre . ¿Qué significa el término economía? ¿Por qué podemos un cultivo en suelo y uno hidropónico: ¿qué se inten- 1elacionario con el flujo de la energía y e! ciclo de la ta imitar con ei cultivo l1idropónico y por qué?; ¿qué materia en los ecosistemas? ventajas y desventajas te parece que presenta esta tipo de cultivo en relación con el cultivo en suelo? "[ ... ] el suelo retiene y entrega nutrientes a las ¿Por qué la eficiencia de consumo de los descompone- plantas. También actúa como amortiguador en la apli- dores es del 100%? cación de fertilizantes, reteniendo los iones hasta que son 1·equeridos por las plantas. :.~" Los sistemas hidropónicos proporcionan agua y nu- Respondé en tu carpeta: Los productores agrarios se preocupan mucho trientes a las plantas sin la necesidad del suelo, pero el porque en sus lotes sembrados no haya malezas. margen de error es mucho más pequeño, incluso peque- De hecho gastan dinero en aplicar herbicidas ños excesos de nutrientes aplicados hidropónicamente para eliminar a estas plantas. ¿Qué relación en- pueden ser letales para las plantas. De hecho, regular contrás entre esto, la productividad y sus factores las concentraciones de nutrientes, el pH y la salinidad limitantes? de la solución nutritiva en los sistemas hidropónicos es ¿Por qué los ecosistemas acuáticos, a pesar de una tarea compleja, así como regular la temperatura del ocupar el 71% de la Tierra, producen solo el aire y de la solución, la humedad, la luz y las plagas y en- 17 ,5% de la PPN mundial? fermedades de las plantas. Mundialmente, el área bajo Las costas peruanas son muy ricas en recursos cultivo hidropónico es sólo unas pocas miles de hectá- pesqueros. ¿Cómo se relaciona esto con el hecho reas y es improbable que crezca significativamente en el de que sea una costa donde ocurre surgencia? futuro predecible; en contraste, el área global sembrada es de aproximadamente 1.400 millones de hectáreas". El siguiente gráfico muestra lo que ocurre con la relación entre la respiración y la producción de materia orgánica Fuente: http://www.esa.org/science_resources/ por fotosíntesis en los ecosistemas acuáticos. Analizá issues/FileSpanish/issue2.pdf el cuadro y explicá esa relación en un texto breve. Resolvé 11. Un ave que come semillas asimila 80% de lo que come y posee una eficiencia de producción del 1,3%. ¿Cuántos gramos de semilla debe comer para producir un mínimo de biomasa diaria, que es 0,5 g? :!Jt Un insecto que come semillas con almidón asimila el 80% de lo que come, mientras que una termita que se alimenta de madera asimila solo el 15%. ¿Qué relación tiene la eficiencia de asimilación con la composición de la dieta? ¿Cuál de los dos insectos deberá comer más por día para cubrir sus demandas energéticas? ; investigá : :t.E¡;, Los árboles en los bosques para producir madera se plantan a una distancia determinada. A priori se 1 ~.9. Mantener la temperatura constante parece ser un beneficio, sin embargo esto disminuye la eficiencia de producción, ¿por qué? pensaría que cuantos más árboles haya mejor, sin embargo algunas especies se las planta bastante separadas. ¿Cómo se explica esto? 111. Realizá la de la página 238. Punto de partida El día se terminaba, y Matías y Analía estaban cansados luego de una larga caminata por la playa. La excursión escolar llegaba a su fin. Habían observado aves, cangrejos, mejillones, hasta delfines. Y muchas especies de plantas, con una variedad que ellos no esperaban entre las dunas de arena. Sin embargo, Matías estaba callado y con cara seria. "Se te nota preocupado, Mari ... ", dijo Analía. "Sí, un poco -contestó su compañero-. Estos lugares son muy lindos, están llenos de vida, pero parecen tan frágiles ... ". Analía comprendió que a Mati le habían gustado mucho los animales y las plantas que había visto y tenía miedo de estar viéndolos por última vez. "Lo que decís es cierto -respondió ella-. Pero recordá que en la naturaleza todo el tiempo se producen cambios. Los ecosistemas cambian si son afectados por disturbios, pero se pueden recuperar y volver a ser como eran. ¡EsO no significa que no . tengamos que cuidarlos!". a) ¿Por qué Mari opina que los lugares que recorrieron (ecosistemas naturales) son "frágiles"? b) ¿Los procesos nattirales se consideran dinámicos o estáticos? ¿Por qué? e) ¿Qué entendés por el término "disturbio" aplicado a un ecosistema? ¿Qué tipos de disturbios pueden afectar un ecosistema? Comunidad biológica Como vimos en el capítulo 8, un ecosistema integra lo biótico (la comunidad biológica) y lo abiótico (las condiciones físicas y químicas del ambiente). Ambos componentes cambian sus características con el tiempo, en parte como producto de la relación entre ellos. Los organismos son el producto de la información genética que han heredado, pero también del crecimiento y desarrollo en un determinado ambiente. Sin embargo, el ambiente también cambia, y en parte lo hace por la actividad de los seres vivos. Es por esta razón que no tiene sentido estudiar los componentes del ecosistema de forma separada. Aclarada esta relación, en este capítulo hablaremos muchas veces de las comunidades, pero eso no implica que desconozcamos su interrelación con los factores ambientales. Las comunidades biológicas poseen características o atributos que les son propios y que no encontramos en sus constituyentes (las poblaciones, los individuos o las células). Esas características cambian a lo largo del tiempo, por lo que las Investigador realizando un relevamiento de especies en un ecosistema. comunidades biológicas tienen dinámica propia. Se trata de propiedades emergentes, vistas en el capítulo 8, muy útiles de analizar en el momento de estudiar los ecosistemas. Los seres humanos obtenemos· recursos del ambiente y para ello modificamos el paisaje. En principio, parece no haber problemas, pero si desconocemos la dinámica de las comunidades, podemos producir cambios irreversibles. Es por eso que los ecólogos investigan los procesos (sucesión de estados) y mecanismos (tipo especial de proceso capaz de provocar o bloquear cambios en un sistema),que ocurren en las comunidades, ya que los resultados permitirán pronosticar consecuencias y mejorar las estrategia? de conservación. Para estudiar la dinámica de las comunidades es necesario conocer los atributos antes y después de un determinado evento que puede ser un disturbio, es decir, un evento externo que altera un sistema. En este caso, los atributos pasan a ser las variables de análisis seleccionadas por el ecólogo. Los atributos de las comunidades se pueden separar en dos grandes grupos, que a su vez responden a dos tipos de factores. Los atributos estructurales representan qué es lo que constituye a una comunidad, mientras que los atributos funcionales están relacionados con cómo se transforma materia y energía en los ecosistemas. Atributos estructurales Dado que una comunidad está formada por poblaciones de diferentes especies, el atributo estructural más simple es la composición de especies. Desde los primeros naturalistas hasta los ecólogos modernos, lo primero que hacen cuando visitan un nuevo sitio es anotar las especies observadas. La cantidad de especies de una comunidad se conoce como riqueza. ¿Qué factores la pueden alterar? Las extinciones locales disminuyen la riqueza, mientras que la inmigración o la invasión la aumentan. La riqueza se suele ~onfundir con la diversidad ecológica. En rigor, la diversidad depende de la riqueza pero también de la equitatividad. En los ecosistemas con especies dominantes y el resto poco abundantes, la diversidad es baja ya que no hay equitatividad. Los iecosistemas con muchas especies igualmente abundantes son los más diversos.: 1 En algunas investigaciones ecológicas no se trabaja a nivel de especie. Por ejemplo, en el caso de comunidades vegetales se puede trabajar con formas de ¿Qué cuadrado que tiene más diversidad de colores? Aunque la cantidad de colores es la misma (cinco), el segundo cuadrado es más diverso ya que todos los colores son igual de abundantes. vida de las plantas. La clasificación más sencilla de formas de vida es la que, aun sin saberlo, usamos todos: hierbas, árboles y arbustos. En el .caso de las comunidades animales se suele trabajar con gremios, que serían grupos de especies que explotan los mismos recursos, por ejemplo aves granívoras, insectos xilófagos (que comen madera), etcétera. - Atributos funcionales La biomasa y la productividad, de las que hablamos en el capítulo 9, son atributos funcionales de las comunidades. Ambas dependen de los atributos estructurales recién vistos. La productividad primaria dependerá de los organismos autótrofos presentes, mientras que ia productividad secundaria dependerá de los heterótrofos. Un atributo derivado de estos dos es la relación productividad/ biomasa, variable que refleja cuánto se produce en función de la biomasa presente. La estabilidad es un atributo funcional de las comunidades muy importante, ya que refleja la capacidad que tiene un sistema de resistir al cambio (resistencia) y la rapidez para retornar al estado inicial luego de un disturbio o perturbación {resiliencia). Podemos utilizar una analogía para comprender estos conceptos. Pensemos en una bolita que se desplaza producto del empuje de una fuerza (que sería Un terreno donde se desarrolla un monocultivo es un ambiente con escasa el disturbio) por una superficie desde un punto inicial (la comunidad inicial) hasta diversidad. Por ejemplo, fos animales que otra posición (la comunidad final). En una superficie plana no hay resistencia ni re- antes habitaban ese mismo espacio ya no siliencia, y al menor contacto la bolita se desplazará a un nuevo punto (en nuestra encuentran allí su alimento o lugares para analogía, una nueva comunidad con nuevos. atributos). En cambio, una bolita en refugiarse o reproducirse. una superficie cóncava, aun aplicándole fuerzas grandes, oscilará y volverá finalmente al centro; cuánto más cóncava, más rápido regresará. Atributos y estudios ecológicos Todos estos atributos están a su vez relacionados entre sí. ¿Cómo influye la diversidad en la productividad de una comunidad? ¿Son más estables los ecosistemas diversos? Responder estas preguntas permite resolver problemáticas ambientales causadas por el reemplazo de ecosistemas, por ejemplo, qué ocurre al reemplazar un pastizal natural diverso por un monocultivo. Dada la complejidad de las comunidades naturales, los ecólogos diseñaron comunidades artificiales con el fin de conocer la relación entre los atributos de una comunidad. Entre otras conclusiones, descubrieron que las comunidades con más riqueza son más productivas y estables, sobre todo si las especies Los elefantes son una especie clave en la sabana. Si no fuera por el pisoteo que hacen de los renovales de árboles, los están muy relacionadas entre sí. En estos casos, la extinción local de una es- bosques cubrirían todo y habría pérdida de pecie no causa un gran efecto ya que es reemplazada por otra. En contraparti- cobertura de pastos. da, las comunidades que poseen alguna especie clave son muy vulnerables y poco estables. Cambian las comunidades oceánicas Normalmente, tan solo se toma en cuenta el impacto de las actividades El rápido aumento del número de medusas puede ser una de las segun la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación pesqueras humanas para establecer los límites de la pesca sostenible, causas del descenso de las poblaciones de peces observado en y la Agricultura). Pero las medusas pueden tener también gran impacto el Mediterráneo y en el mar Negro. La sobrepesca, que elimina sobre los huevos y larvas de peces, ya sea directamente o por competir los principales depredadores marinos, es uno de los factores de- ' por las mismas fuentes de alimento. De este modo, deben tenerse en trás de la proliferación de medusas. Puede producirse un "círculo cuenta en cualquier enfoque ecosistémico de la gestión pesquera. vicioso" en el que un gran número de medusas se alimenta de larvas de peces y juveniles, y "reducen aún más la capacidad de re- 1 Fuente: La proliferación de medusas es una amenaza para la pesca. En: http://www.fao.org/news/story/es/item/176967/ cuperación de las poblaciones de peces ya afectadas por la pesca excesiva". En esta situación, las medusas "podrían ser la gota que • Según el texto, ¿qué nivel trófico ocupan las medusas? colma el vaso". • ¿Por qué la sobrepesca estaría favoreciendo a las medusas? Sucesión ecológica Palabras "prestadas" El término sucesión proviene del latín successio, palabra formada por el prefijo sub-(debajo) y por el participio cessus (del verbo cedere, "andar", marchar"). La letra b se perdió con el paso del tiempo. La aplicación más común de esta palabra tiene relación con el traspaso de bienes de padres a hijos, con la idea de que los hijos continúan el camino trazado por los padres. La ecología tomó prestada esta palabra para reflejar la secuencia de cambios por los que pasa una comunidad luego de un disturbio. Una sucesión ecológica es una serie de cambios lineales y direccionales en los atributos de una comunidad desencadenados por un disturbio. Aunque todos los atributos cambian, durante una sucesión la composición de especies cambia como consecuencia del reemplazo por colonización y extinción. Pero no todos los cambios de las comunidades son sucesiones. De hecho, los estacionales no lo son. Por ejemplo, en los pastizales templados algunas especies de pastos crecen en primavera y luego son reemplazadas por otros pastos típicos de verano. Estos cambios ocurren todos los años, son cíclicos, predecibles y no se producen por disturbios. Los ecólogos han enfocado sus estudios en las comunidades de plantas y algas marinas: es más sencillo medir la abundancia de especies que no se desplazan. Además, las plantas proveen de alimento a todos los niveles tróficos, y otros recursos como sitios para nidificar, etc. Las plantas determinan !a estructura y fisonomía de la comunidad. Al principio se consideró que la comunidad vegetal era como un "superorganismo" que se desarrollaba desde un inicio con pocas especies hasta su "madurez" o comunidad climáxica y que esta era única (monoclímax) dependiendo del clima de la zona. Para llegar al clímax, la comunidad atravesaba una serie de etapas serales (de desarrollo). Según esta idea, la composición de especies de las diferentes etapas no era cualquiera, sino el resultado de un largo proceso evolutivo y de interacciones ecológicas. Además, las comunidades poseían límites netos y se podían mapear. Otros investigadores postulan que las especies de una comunidad en un momento determinado son el producto de demandas ambientales similares como el tipo de suelo, la posición topográfica y de situaciones accidentales (arribo de semillas, por ejemplo). Según e~ta postura, puede haber diferentes comunidades climáxicas (poUclímax) y que no presentan límites netos sino gradientes. Otro problema al estudiar las sucesiones es su duración, la cual depende del tiempo de vida de los organismos presentes. Por ejemplo, las sucesiones de algas marinas en las playas rocosas llevan pocos años, mientras que las de comunidades terrestres son mucho más duraderas. Sin embargo, esto puede solucionarse si tenemos en cuenta que los disturbios, en general, tienen un efecto local y ocurren en diferentes momentos. De esta forma, los ecólogos pueden encontrar al mismo tiempo diferentes sitios de un ecosistema en distintos estadios de una sucesión ecológica. Por ejemplo, en un bosque se pueden localizar parches que representan diversas etapas de la misma sucesión desencadenada por incendios registrados en distintos años. 1970 A B En un mismo bosque se pueden encontrar, al mismo tiempo y en distintos lugares, diferentes etapas de una sucesión según el momento en que ocurren los disturbios (A - D). Dicho de otro modo, en un mismo momento pueden coexistir diferentes estados sucesionales de una comunidad. e D 1980 TIEMPO 1990 2000 2010 Disturbios La dinámica de las comunidades depende de factores externos e internos a ella. Los factores internos incluyen las relaciones e interacciones entre las especies (competencia, predación, mutualismo, etc.) y los factores externos son los disturbios. Un disturbio, como ya se mencionó, es un evento externo que altera la dinámica de la comunidad y que se manifiesta en cambios en la estructura y en el funcionamiento. Los disturbios pueden clasificarse según diferentes criterios; uno de ellos es si su origen es natural o es antrópico. Ejemplos de los disturbios naturales son las inundaciones, los deslizamientos de tierra, los terremotos, las erupciones volcánicas, las sequías, la caída de un árbol en un bosque, etc., mientras que de los disturbios antrópicos son las actividades agrícolas, el pastoreo, la minería o la contaminación, entre otros. Otro modo de clasificar los disturbios es teniendo en cuenta la frecuencia, la predictibilidad y la intensidad. • Según su frecuencia, algunos son recurrentes (una zona que se inunda todos los años) y otros son esporádicos (la caída de un árbol enfermo en un bosque). • Según su predictibilidad, algunos pueden ser predecibles y otros, no. Por ejemplo, una inundación puede ser un disturbio recurrente y predecible para las comunidades situadas a las márgenes de un río, pero es un disturbio esporádico (poco frecuente) para las comunidades alejadas. e Según su intensidad, se relacionan con cuánto se perturbó el ecosistema. Por ejemplo, cuánta biomasa removió el disturbio y qué área afectó. La caída de un árbol en un bosque es un disturbio localizado, mientras que un deslizamiento de una ladera afecta un área mucho mayor de la comunidad. Los disturbios naturales no poseen un efecto negativo para la comunidad, ya que son una parte normal y esencial del funcionamiento de los ecosistemas. Generalmente, reducen la diversidad de la zona donde ocurren y producen la mortalidad de muchos organismos, pero esto mismo altera la disponibilidad de recursos y nutrientes para las especies que los utilizarán después de ocurrido el disturbio. En las comunidades en que un disturbio es frecuente, este se constituye en un factor de selección natural. Por ejemplo, las especies de zonas inundables están adaptadas a los cambios de nivel del agua, y algunas piñas de pinos solo se abren y liberan las semillas luego de ser secadas por el fuego. En el caso de los disturbios antrópicos, sus efectos son generalmente negativos pues no son una parte constitutiva del sistema. A diferencia de los naturales, los antrópicos no liberan recursos sino que los reducen o incorporan sustancias que alteran el flujo de la energía y el reciclado de la materia. En consecuencia, se altera la productividad y el reciclado de nutrientes, se reduce la diversidad a causa de la extinción local de especies nativas y se favorece la posterior invasión y dominancia de especies exóticas. En resumen, los disturbios influyen en el inicio, en el progreso y hasta pueden interrumpir una sucesión ecológica. Recordá 1. ¿Cuál es la diferencia entre los atributos estru.cturales y funcionales de una comunidad? 2. ¿Los cambios en las especies de aves migratorias de una costa se pueden considerar una sucesión ecológica? Los incendios pueden ser disturbios naturales normales en los bosc¡ues o tener un origen antrópico. La minería es un tipo de disturbio de origen antrópico. Relacioná 3. ¿Pensás que la introducción de una especie exótica en una comunidad es un disturbio? ¿Qué tipo de disturbio sería? Clasificalo según los criterios vistos. Tipos de sucesiones Una sucesión comienza por la acción de un disturbio que altera los atributos de la comunidad. Los disturbios severos, como la erupción de un volcán, eliminan completamente a una comunidad y originan sitios vírgenes de vida, aptos para ser recolonizados. Los cambios de velocidad de los ríos o corrientes marinas depositan bancos de arena en las costas que también pasan a ser nuevos ambientes. En ambos ejemplos, los ambientes, inicialmente despojados de toda forma de vida, comienzan lo que se denomina una sucesión primaria. En otros casos el disturbio no arrasa con toda forma de vida. Un incendio, por ejemplo, elimina muchas especies vegetales pero en el suelo queda un banco de semillas, o algunos artrópodos, bacterias, etc. En estos casos, la sucesión que comienza se denomina sucesión secundaria. Las especies que participan en las sucesiones ecológicas se pueden separar en pioneras o tardías. Como su nombre lo indica, las especies pioneras son las primeras en crecer luego del disturbio, y las tardías las que, a la larga, las reemplazan. 2. Crecimiento de pastos. A. Sobre la lava que dejó una erupción volcánica. B. Sobre médanos recién formados. Ambos son inicios de una sucesión primaria. En el caso de las sucesiones primarias, las especies pioneras reúnen una serie de características que hacen que sean las únicas que pueden crecer en los nuevos ambientes. Son especies con muy pocas demandas de nutrientes, por ejemplo. En cambio, en las sucesiones secundarias, se denomina especies pioneras a las primeras que germinaron a partir del banco de semillas y recolonizan el sitio. En la década de 1960, los ecólogos Robert MacArthur y Edward Wilson prop1;Jsieron clasificar a los organismos entre dos extremos o estrategias adaptativas bien diferenciadas por la tasa de crecimiento, tiempo de vida e inversión energética en la reproducción: los grupos llamados estrategas r y estrategas K. En general las especies de plantas pioneras son r y las tardías son K. Otra clasificación de las sucesiones se basa en el tipo de material que queda disponible para el comienzo de la sucesión. En los casos de lava volcánica enfriada, bancos de arena o suelo luego de un incendio, los organismos colonizadores (las especies pioneras), deben ser autótrofos que puedan utilizar los recursos inorgánicos liberados. A este tipo de sucesiones se las conoce como autotróficas. En otros casos, el material primero que inicia la sucesión es materia orgánica y se denomina sucesión heterotrófica. El caso ejemplar es la sucesión de especies de insectos y demás organismos que se produce en los cadáveres animales. El estudio de este tipo de sucesiones permite, entre otras posibilidades, calcular el tiempo de descomposición cadavérica según la fauna de insectos presentes. Comparación entre especies con estrategias r y K. Mecanismos de una sucesión Las especies prnsentes en una comunidad afectan a las nuevas que arriban. Este efecto puede ser favorab!e o no, e influye sobre el curso de la sucesión. Los mecanismos que conducen la sucesión, acelerándola o frenándola, son básicamente tres: facilitación, tolerancia e inhibición. En la facilitación, las especies pioneras que colonizan el nuevo ambiente son poco demandantes de nutrientes y crecen en suelos pobres (estrategas r). Su crecimiento vuelve más propicio el ambiente para las especies sucesoras, que son más demandantes de recursos. Este mecanismo es típico del inicio de una sucesión primaria. Luego las pioneras, que al inicio de la sucesión no tenían competencia, son paulatinamente reemplazadas por especies sucesoras (estrategas K). En las sucesiones secundarias la situación es diferente, ya que la especie que crece primero es porque tenía semillas en el suelo, aunque no se descarta el aporte de organismos a partir de zonas aledañas. En este caso, a diferencia de lo que ocurre en una sucesión primaria, la especie que primero creció no facilita el crecimiento de las sucesoras. Si luego ambas especies conviven, se dice que existe tolerancia y el reemplazo en estos casos se produce por efecto de la competencia que, a diferencia de lo que ocurre en una sucesión primaria, está presente desde el inicio. En cambio, si el crecimiento de la primera impide el establecimiento de otras especies, se dice que hay inhibición. La inhibición frena la sucesión, ya que solo habrá reemplazo de especies en los lugares en que ocurran nuevos disturbios. El disturbio que inicia una sucesión secundaria no afecta el suelo ni el banco de semillas. Al no depender del arribo de organismos de zonas aledañas, las sucesiones secundarias se inician más rápido que las primarias. ¿Qué papel desempeñan los animales en la sucesión de las especies vegetales de una comunidad? Dispersan semillas, redistribuyen nutrientes al orinar y defecar, afectan el crecimiento de algunas especies por herbivoría, etc. Por ejemplo, la ex- Relacioná 4. En las costas bonaerenses, en los médanos más clusión de roedores granívoros produce cambios en la vegetación y permite que las cercanos al mar crece una especies cuyas semillas ya no son consumidas sean dominantes. plantita de flores violetas y de hojas carnosas llama- da Caki/e marítima. Tenien1.• SUCESIÓN 2.•SUCESIÓN do en cuenta el ambiente en el que crece, ¿qué tipo de estratega (r o K) te parece que es? Resolvé 5. ¿Qué tipo de sucesión tendría lugar luego de la inundación de un pastizal? Justificá. 6. Algunas especies de plantas, como las cañas, crecen rápido y sombrean completamente el suelo, evitando que cualquier tipo de semilla germine. ¿Este sería un caso de tolerancia, inhibición o facilitación? Esquema comparativo entre la sucesión primaria y la secundaria. Sucesiones primarias A continuación, vamos a analizar dos casos de sucesiones primarias. Ambos se relacionan con la formación de nuevas islas y su poblamiento por seres vivos. La lectura y la escritura son procesos que se encuentran íntimamente relacionados. En todos los ámbitos, el científico entre ellos, son herramientas que permiten pensar, transformar y comunicar el conocimiento. Es decir, no solo aprendemos y comprendemos al leer lo que otros escribieron sobre un determinado tema, sino también cuando escribimos, ya que en ese acto reflexionamos y reelaboramos nuestros conocimientos e ideas. El autor que va a producir un escrito científico ha leído previamente una diversidad de textos de otros especialistas, que aportan a lo que se denomina conocimientos previos. Así, una vez que conoce un tema en profundidad, ese autor puede aportar nuevas reflexiones. En otras palabras, para escribir sobre ciencia, primero hay que leer sobre ciencia. Pero la relación de estos dos procesos no termina aquí. Cuando se escribe un texto, antes de poner "el punto final", es preciso releer y corregir. Por lo tanto, lectura y escritura son actos inseparables. Y la lectura y la escritura científicas no escapan a esa "regla de oro". Isla Surtsey En 1963 comenzó una erupción volcánica a 32 km de la costa de Islandia. La erupción se originó a 130 m por debajo del nivel del mar y llegó a 170 metros sobre el nivel de! mar luego de cuatro años. Así surgió la isla Surtsey, de tan solo 2,7 km 2 • Esta isla, desprovista de vida, fue una situación única que los ecólogos aprovecharon para estudiar las sucesiones primarias y la formación de nuevos ecosistemas. Los relevamientos comenzaron el mismo año de la erupción y dos años después se hizo la primera de una serie dé campañas de científicos, las cuales continúan hasta la actualidad. A partir de 1965 la isla Surtsey se convirtió en reserva natural y el acceso a ella está totalmente restringido, salvo para los investigadores. Actualmente, la isla posee muchas especies. Las aves fueron las pioneras: las gaviotas visitaron la isla apenas dos semanas después de la erupción y siete años más tarde (1970) ya nidificaban en ella. Además, sirvieron de vehículo para muchas otras especies. Pegados y escondidos entre sus plumas, arribaron insectos, ácaros, esporas de hongos y semillas, mientras que otros organismos llegaron flotando. En 1967 ya había musgos, y dos años después, los primeros líquenes. Con las plantas vasculares -es decir, aquellas que presentan sistemas de conducción de agua y nutrientes- sucedió algo muy interesante. La primera especie que se estableció fue Cakife edentula, que posiblemente llegó como semilla en el plumaje de las aves. Durante los siguientes diez años llegaron otras veinte especies de plantas, pero la mayoría de ellas no logró formar poblaciones estables y se extinguieron. Para 1974 había diez especies de plantas, cantidad que se mantuvo por casi una década. Luego de 1985, la riqueza de plantas volvió a aumentar y no paró hasta la actualidad. La explicación de los ecólogos es que el repunte en el número de especies coincidió con la época en que se instalaron las grandes colonias de gaviotas (Larus fuscus). El aporte de nutrientes que hicieron las aves mediante las heces y orina, sumado a la presencia de insectos y de algunas especies de plantas y musgos, produjo un incremento en la formación de suelo alrededor de las colonias y sus nidos. Estos suelos jóvenes habrían facilitado que las nuevas especies que llegaban pudieran instalarse. Este es un ejemplo de facilitación producida por las especies pioneras. Actualmente, en la isla Surtsey hay 84 especies de aves, más de trescientas especies de artrópodos, dos de moluscos y dos de anélidos, además de rotíferos y nematodos. Hay 71 especies de líquenes, 75 de musgos y 60 de plantas. En 1998 se registró la primera especie de arbusto (Safix phylicifolia). Hasta la fecha no hay registro de mamíferos terrestres, anfibios o reptiles. En la isla no existen plantas o animales introducidos. En 2008, la isla fue declarada Patrimonio de la Humanidad por la Unesco. Una de las especies Jioneras en la isla Surtsey es arenaría de mar o hierba de la sal, Honckenya peploide. i !ª . 1 70 111 60 ~so El ~40 "O ::-:¡~:i~:~l~-~: líl 30 ·~20 iYl 10 --------------¡---------------!--- Incremento de las especies de plantas en la isla Surtsey. En 1985 se instalaron las grandes colonias de gaviotas. o islas del Delta del Paraná Cuando los grandes ríos desembocan en zonas de aguas abiertas, se reduce la velocidad del cauce y se depositan los sedimentos que llevan en suspensión. En la Argentina, los sedimentos acarreados por el río Paraná forman un delta que comienza en la ciudad de Diamante (Entre Ríos) y crece 320 km hacia el este hasta el frente de avance, en contacto con el estuario del Río de la Plata. El Delta del Paraná crece a partir del frente de avance: las islas ubicadas al oeste fueron las primeras en formarse. La forma de las islas, su perfil y su vegetación natural cambian entre las islas jóvenes del frente de avance y las más antiguas al oeste. El camino entre ambas situaciones es un ejemplo de sucesión ecológica primaria a partir de sedimentos arenosos depositados por los ríos. La sucesión se inicia con un depósito de sedimentos rodeados por agua. Estos depósitos o barras comienzan a ser colonizados por semillas llevadas por la corriente de una especie pionera: el junco Schoenop/ectus californícus. El juncal es una comunidad vegetal con raíces y tallos sumergidos que tolera los cambios de nivel del agua y que frena la velocidad de esta acelerando la sedimentación. El depósito continuo de sedimentos forma un albardón (zona más elevada) en el contorno de la naciente isla. A medida que el albardón aumenta de altura, va impidiendo el ingreso de agua de los ríos al interior de la isla, excepto en las sudestadas. De esta forma el albardón protege el interior de la isla de los cambios de nivel del río. Por detrás del albardón el terreno está anegado y el juncal es más diverso, ya que al estar protegido de disturbios, es colonizado por otras especies de plantas como los cardos. La sucesión continúa y la vegetación cambia, situación que en la actualidad se puede ver en las islas al oeste del frente de avance. Los suelos de los albardones no están anegados y permiten que con el tiempo se desarrollen bosques de árboles de crecimiento rápido como el ceibo. El interior de la isla va perdiendo su anegamiento y, aunque quedan parches de juncal, aparece una comunidad rica y diversa de plantas herbáceas. Este proceso se repite en todas las islas, de forma tal que lo que comenzó como depósitos aislados rodeados por agua, se va tranformando en un entramado de islas rodeadas por cursos de agua cada vez más estrechos. Al avanzar la sucesión, las islas pierden sus juncales costeros y los ceibales del albardón se enriquecen con otras especies arbóreas y dan paso al monte blanco, una suerte de selva en miniatura muy diversa en especies. Actualmente los albardones son utilizados para forestaciones de alama y sauce, y el monte blanco es cada vez más difícil de encontrar. En la pendiente interna del albardón crece el bosque de ceibas que, hacia el interior de las islas, cambia al pajonal de paja brava. La paja brava es una especie dominante, ya que cubre gran parte del suelo impidiendo la germinación y el crecimiento de otras especies, entre ellas el ceibo, razón por la cual el pajor:ial es poco diverso. Relacioná 7. Juncal de las islas del Delta del Paraná. Sucesíón de aproximadamente 25 años, Perfiles de vegetación y ubicación de las comunidades vegetales en las islas del Delta del Paraná. caen semillas de los ceibos, estas no germinan. ¿Qué En el caso de la isla Surtsey, algunas especies de pl~n­ ocurriría si un disturbio afecta el pajonal disminuyendo tas eran encontradas un año, pero al otro ya no esfa- la cobertura de la paja brava? ban, ¿cómo se puede explicar esto en el contexto de una sucesión? Resolvé 9. 8. Si las plantas pioneras son excluidas por las especies En el caso de las islas del Delta del Paraná, los pajona- tardías de la sucesión, ¿cómo se explica que no se les de paja brava poseen poca riqueza ya que esta es- extingan? pecie cubre casi la totalidad del suelo. Aunque al suelo Sucesiones secundarias En estas páginas se desarrollarán dos ejemplos de sucesiones secundarias en dos zonas diferentes de nuestro país: uno es el pastizal pampeano, en el que se reemplazó el ecosistema original para el uso agropecuario; el otro, los bosques patagónicos, que se ven afectados por distintos disturbios naturales. Pastizales pampeanos Hace tiempo, la región Pampeana estaba cubierta de pastizales naturales, salMelica, especie nativa del pastizal picados de lagunas, y atravesada por ríos y arroyos serpenteantes. La excelente pampeano. calidad de sus suelos, sumada a lo benigno del clima, hizo que, en poco más de 200 años, los seres humanos reemplazaran los pastizales naturales por cultivos y potreros para ganado. También construyeron grandes ciudades y caminos. Actualmente, hay pocos remanentes de pastizales naturales; quedan campos que nunca fueron cultivados y algunas comunidades presentes a los costados de las vías de trenes y caminos. La ganadería y la agricultura no fueron los únicos disturbios que eliminaron los pastizales naturales, ya que estos dieron paso a la introducción de especies exóticas. Actualmente, el 25% de la flora pampeana es exótica y está naturalizada, es decir que se reproduce sola, sin intervención humana. La pérdida de los pastizales condujo a la extinción local de muchas otras espe- Riqueza cies de animales, sobre todo de aves, por lo que la recuperación de estas comuni- - Nativas ,,,.,, Exóticas ·~ •:~: ~r~:=]::=-fi :· -1 5 ¡ :::--; 10 15 dades es una necesidad para remediar otros problemas ecológicos. ¿Se podrán recuperar los pastizales nativos si se interrumpen los disturbios? Un grupo de investigadores argentinos encaró esta tarea y, para ello, realizó hace más de 25 años clausuras para el ganado en zonas cultivadas y pastoreadas (se cerca una porción de terreno para que el pasto natural pueda desarrollarse sin que lo coman los animales). A partir de ese momento, siguen año a año la sucesión secundaria que se inició. Los investigadores diferenciaron las plantas en nativas o exóticas y en perennes : ·o anuales, y para cada uno de estos grupos determinaron la cobertura y la riqueza. 20 La cobertura es una variable muy usada en ecología vegetal ya que refleja cuánto Años de la superficie del suelo está cubierto por una especie o tipo de planta, por lo que es un buen indicador de qué especies son dominantes en la comunidad. La riqueza Cobertura vegetal fue definida en la página 178. 100% Hasta ahora los resultados muestran que participaron de esta sucesión casi 80% 150 especies, de las cuales un 40% son exóticas. En cuanto a las nativas, ras plan- 60% tas anuales dominaron el inicio de la sucesión, pero luego de los cinco primeros 40% años fueron reemplazadas por perennes. La riqueza total del pastizal decreció porque disminuyeron más las especies 20% exóticas de lo que aumentaron las nativas. Lo llamativo es que, a pesar de la dis- 0% minución en la rique,za de exóticas, su cobertura siguió siendo dominante (del 50% al 70%). 1111 1111 Exóticas (perennes) Exóticas (anual) Nativas (perennes) Nativas (anual) Años Cambios en la riqueza y en la cobertura durante veinte años de sucesión secundaria en un campo de la región Pampeana. Aunque los pastos perennes nativos duplicaron su riqueza, nunca superaron el 30% de cobertu~a. En conclusión, después de 25 años la cobertura total de la comunidad llega al;90% y las especies exóticas fueron determinantes durante toda la sucesión. Estos resultados mostrarían que la restauración del pastizal nativo no es cuestión de tiempo. Son necesarias otras medidas e intervenciones, ya que esta sucesión secundaria por sí sola no lo restaura. ¿Qué intervenciones se pueden realizar? Entre las posibilidades están la remoción de especies exóticas y la incorporación de semillas de plantas nativas. Los bosques patagónicos En las laderas de la zona cordillerana de la Patagonia, las comunidades vegetales cambian a medida que ascendemos hacia la cima. En la base de la ladera y hasta los 1.000 metros de altura crecen bosques de varias especies de árboles del género Nothofagus -la lenga, el coihue, el ñíre y el guindó-, a las que se les suman coníferas como el alerce y el ciprés. Algunos Nothotagus son de hoja perenne y otros son caducifolios. Estos bosques son más ricos y diversos cuando ocupan zonas bajas o reciben más precipitaciones, mientras que estas características se pierden en el límite con la estepa patagónica y en las laderas montañosas a mayor altura. Es normal que estos bosques sufran una serie de disturbios naturales como Bosque de lengas en otoño, en Río Turbio, provincia de Santa Cruz. incendios, vientos fuertes, avalanchas de nieve y detritos. En el caso de los incendios, la frecuencia de este disturbio aumentó debido a las actividades humanas. Más de cuarenta años de investigaciones demostraron que estas sucesiones secundarias no siguen siempre el mismo camino, que pueden variar según la composición del bosque, aunque existen algunas generalidades. Un factor clave es que los renovales de Nothofagus requieren de luz directa para germinan y crecer (intolerantes a la sombra); y estas condiciones se producen solo cuando los árboles adultos mueren a causa de un disturbio. Si este es de gran envergadura y remueve completamente los árboles adultos, .se crean las condiciones de luz y lib~ración de nutrientes para que las semillas del banco produzcan una gran cantidad de renovales. Los renovales de la misma edad crecen en una densidad muy alta y compiten entre ellos, lo que produce mortalidad. Los sobrevivientes crecen y expanden sus copas en forma lateral, sombreando el suelo y evitando la aparición de nuevos renovales. Si el bosque no es afectado por otro disturbio grande, se recompone luego de algunas décadas. Si en el suelo hay semillas de especies tolerantes a la sombra, estas germinarán cuando el dosel del bosque sombree el suelo; su crecimiento aumentará así la diversidad de estos bosques. Disturbios pequeños, como la caída de árboles, abren claros en los bosques que facilitan el crecimiento de las especies de Nothotagus y perjudican a las que son tolerantes a la sombra. Si no ocurren disturbios por largos períodos, los arboles tolerantes a la escasez de luz siguen creciendo y terminan dominando el bosque. Esta situación puede ocurrir en zonas protegidas de los vientos y que nunca se quemaron. La sucesión puede ser más compleja si está presente la caña colihue. Esta especie crece rápido y coloniza los claros producidos por la caída de los árboles. De esta forma evitan que germinen y crezcan los renovales de Nothofagus y demás especies de árboles, frenando la sucesión secundaria de los bosques. Bosque original Incendio Posibles caminos en la sucesión secundaria de los bosques andino-patagónicos. INICIO DELA ~-- m· ~. ;. .J.A*'·· ~ , SUWWN ~ lf\ 1 1 1 1 1 Bosque final 1 ·····"'' /! Relacioná 10. ¿Cómo se explica que un disturbio pueda ser beneficioso y libere recursos? 11. ¿Por qué, a pesar de haber transcurrido 25 i 6 l Especie de crecimiento rápido con renovales intolerantes a la sombra. años, algunas especies de pastos nativos no se Especie de crecimiento lento con renova·les tolerante~ a la sombra. instalaron en los pastizales en recuperación? ributos de una comunidad durante ..,, na suces1on Las sucesiones ecológicas se inician luego de un disturbio, por lo tanto es normal que la riqueza y la diversidad sean bajas en estos comienzos. En el caso de las sucesiones primarias, estos atributos pueden ser mínimos con una sola especie ( Cambios en los parámetros de una comunidad a lo largo de una sucesión. Eventos azarosos Fin presente: la pionera. En los inicios de una sucesión primaria, es fundamental que lleguen las semillas o propágulos (estructuras de reproducción vegetativa) de las plantas desde zonas no disturbadas, pero ese es un evento azaroso, que puede darse más tarde o más temprano. Las especies pioneras que se establecen son estrategas r y no compiten con otras ya -que son únicas que soportan esas condiciones iniciales adversas. En el caso de sucesiones secundarias, como el banco de semillas no fue destruido por el di urbio, la recuperación de la riqueza y diversidad es más rápida. A medida que avanza la sucesión, aumenta la riqueza, y también la diversidad, a que la especie pionera comienza a perder dominio en la comunidad. Sigue siendo importante el aporte de semillas de otras especies de zonas aledañas, pero ya se comienza a formar un banco propio. En los estadios finales de una sucesión, la riqueza disminuye por la extinción local de las especies pioneras y de otras oportunistas, y también decrece la equitatividad (no todas las especies están equitativamente representadas), lo que se traduce en una baja de la diversidad. La disponibilidad de nutrientes es mínima al inicio de las sucesiones primarias, por lo que el aporte externo es fundamental. A medida que avanza la sucesión, aumenta la biomasa de los productores y los nutrientes también se acumulan en la materia orgánica. Este aumento de biomasa permite el desarrollo de los descomponedores, que retornarán los nutrientes de forma inorgánica al medio; así se restablece el reciclado de la materia. En el caso de las sucesiones secundarias, el disturbio puede ser una buena oportunidad para las plantas sobrevivientes, ya que quedan disponibles para ellas recursos por los cuales competían antes del disturbio. La relación entre productividad/biomasa decrece durante la sucesión ya que las especies pioneras son hierbas de crecimiento rápido, con poco tejido de sostén no productivo. A medida que avanza la sucesión, las especies estrategas K (como los árboles y arbustos) aumentan su abundancia. Este tipo de plantas invierte mucha de la producción en tejidos de sostén no fotosintéticos, y por ello hay más biomasa pero menor relación productividad/biomasa. Otros parámetros que varían a lo largo de una sucesión son la cantidad y la conectividad de las relaciones tróficas. Al comienzo las cadenas tróficas son cortas, de pocos niveles y aisladas. Luego, a la par del incremento en la riqueza, aumenta la conectividad entre cadenas alimentarias y así se establecen redes tróficas con más interacciones, como la competencia. Esto a su vez produce un aumento en la estabilidad (mayor resistencia y resilíencia) de los ecosistemas. Estos patrones de cambio son los que generalmente se observan, pero no constituyen leyes universales. 1 Competencia Diversidad Riqueza Fin Fin Investigación y ecología aplicada Uno de los objetivos de cualquier disciplina cien- de sucesión.podía explicar completamente todo lo tífica es poder explicar las causas de los procesos observado, y la mejor explicación surgió de tener en cuenta los postulados de ambas escuelas. Pasado el tiempo, los límites y diferencias entre estas escuelas de pensamiento se han ido desdibujando, y los investigadores han comenza- que estudia. En este capítulo vimos que en los primeros años del siglo xx los ecólogos comenzaron a estudiar los cambios en la vegetación luego de ocurrido un disturbio: las sucesiones. Particularmente, Frederick Clements y Henry Gleason fueron pioneros en estos estudios. Es muy común en ciencias naturales que cuando un proceso recién comienza a estudiarse, existan más de una hipótesis o explicación propuesta. Si las dos explicaciones son muy di- do a dejar supuestos de lado y proponer nuevas explicaciones. La teoría sobre sucesiones ecológicas ahora tiene una aplicación que sus pioneros no hubieran imaginado: la restauración de los ecosistemas. Producto de la actividad humana muchos ferentes entre sí, esto da lugar a "escuelas de ambientes se están perdiendo, y con ellos, la bio- - pensamiento" que se contraponen. Esto es lo que diversidad que sostenían. Los ecólogos se dieron·. ocurrió en el caso del estudio de las sucesiones ecológicas; se crearon dos escuelas, la superor- cuenta de. que podían aplicar los mecanismos ganísmica de Clements, que planteaba la idea del ambientes. y procesos sucesionales para restaurar estos monoclímax y la individualista de Gleason, que Los mecanismos sucesionafes (facilitación, inhi- proponía la idea del policlímax. bición, etc.) que actualmente se aplican en la restauración de ecosistemas fueron investigados en bloques de cemento sumergidos en las costas marinas y en los cuales se estudiaba la sucesión de especies de algas. ¿Cómo relacionás lo anterior con los conceptos ciencia básica y ciencia aplicada (ver página 136)? Repasá el texto de ta página 180 y resumí /as ideas que plantea cada una de estas escuelas. Buscá otros ejemplos de escuelas de pensa- miento opuestas en Biología. A partir de uno de e/los, explicá brevemente cuál es pensamiento que predomina en la actualidad. Lejos de ser algo negativo, la existencia de ex- Sabiendo de antemano la composición de la comunidad a restaurar y los procesos ecológicos plicaciones diferentes es un incentivo que acelera el hallazgo de respuestas. Lo que ocurrió en este que ocurren en ella, los ·ecólogos intervienen para caso es que ambos investigadores y sus adheren- upa sucesión. Los conocimientos previos que poseen les permiten manipular las variables ambien- tes se esforzaron por demostrar su explicación como válida, pero el resultado final fue acrecentar las explicaciones teóricas sobre las sucesiones. ¿Dónde está la verdad final? En ciencia no hay - verdades definitivas, sino que hay explicaciones mejores que otras, pero que se sabe pueden cambiar con el tiempo. De hecho, en el caso de las sucesiones ecológicas, ninguno de los dos modelos d~sencadenar y reproducir los pasos naturales de tales y direccionar la sucesión hasta el estado final deseado. ! ¿Qué tipo de intervenciones podrían hacer los ecó/ogos para lograr el resultado deseado? Recordá /os ejemplos de sucesiones de este capítulo y da varios ejemplos. Biomas El concepto de bioma lo tenemos en cierta forma "incorporado", aunque tal vez no sepamos definirlo con palabras: todos podemos diferenciar una selva de un pastizal, y también una selva de un bosque, un desierto de una selva, etc. Nos basamos principalmente en la abundancia y fisonomía de la vegetación, es decir, en los tipos de plantas presentes. Los ecólogos denominan a estos tipos -de plantas ro c.Q ~E formas de vida. Como ya vimos, la clasificación más sencilla de formas de vida es 'o.O,ij) e~ o "O árboles, arbustos, hierbas, plantas trepadoras, etc. Esta clasificación se puede o= complejizar si diferenciamos entre plantas anuales o perennes. c.:.a ;tE- ,___c._ ro Escasas o nulas Moderadas y estacionales Abundantes Precipitaciones Ubicación de los diferentes biomas de acuerdo con un gradiente de precipitaciones y de régimen de temperaturas. También sabemos que existe relación entre el tipo de plantas o formas de vida y el clima del lugar, sobre todo las precipitaciones y el régimen de temperatura: las selvas están en lugares lluviosos y los desiertos, en donde no llueve. Podemos ahora definir el bioma como una agrupación de ecosistemas y comunidades, caracterizada por la fisonomía de la vegetación y determinada por el clima. Por ejemplo, un pastizal posee la misma fisonomía en Rusia o en la región Pampeana, aunque no compartan ni una sola especie; ambos son pastizales porque carecen de árboles y tienen una gran cobertura de pastos. Dado que los biomas dependen del clima y este varía de forma gradual, el límite entre diferentes biomas no es abrupto (como suelen mostrar los mapas) sino que se da una transición entre ellos llamada ecotono. En estas páginas haremos una breve presentación de los principales biomas de la Argentina. Bosques y selvas En ambos tipos de biomas los árboles dominan la fisonomía. La diferencia es que en una selva hay varios estratos arbóreos, además de plantas como lianas y epífitas. La diversidad de especies arbóreas es muy grande y no hay una especie dominante. Las selvas tienen mucha biomasa y son ecosistemas muy productivos que se encuentran, en general, en los trópicos o latitudes subtropicales, donde las precipitaciones son mayores a 1.500 mm, no existe período de déficit hídrico (sequía) y hay poca amplitud térmica a lo largo del año. En ellas, el reciclado de materia es muy rápido y la demanda de nutrientes de la vegetación es enorme. Esto produce que la reserva de nutrientes esté en la misma vegetación y no en el suelo, que a diferencia de la creencia común, no es el más fértil. Existe una .& Bosque. enorme variedad de selvas en el mundo, pero en todas ellas el factor común es la enorme biodiversidad que sostienen y la complejidad de sus redes tróficas. En la Argentina encontramos la selva Paranaense en Misiones, las selvas de las yungas en zonas de Salta y Tucumán, y la selva fría Valdiviana en zonas de Río Negro y Chubut. Los bosques pos~en un solo estrato arbóreo, generalmente dominado por una especie. A diferencia de las selvas, los bosques se desarrollan en zonas donde puede haber estacionalidad térmica o hídrica, por eso existe una gran variedad de bosques según los regímenes de temperatura y precipitaciones. En zonas con 1 un período desfavo/able se desarrollan bosques caducifolios (árboles que pierden las hojas) y en zonas con mayor déficit de agua crecen bosques de coníferas, que son especies con mejor economía hídrica. En la Argentina tenemos una gran variedad y distribución de bosques, desde los andino-patagónicos hasta los bosques xerófilÓs chaqueños. La diversidad asociada a los bosques es menor que la de las selvas. Pastizales, sabanas y estepas Si el déficit hídrico y !a estacionalidad térmica aumentan, los pastos y arbustos dominan la fisonomía de la vegetación y los árboles disminuyen su cobertura. En los pastizales dominan los pastos que forman un único estrato bajo de alta cobertura: además, no hay árboles ni arbustos. Los pastizales son típicos de zonas de climas templados, con poco déficit hídrico durante el verano y precipitaciones estacionales entre 500 y 1.000 mm. Como ya vimos, la región Pampeana se caracterizaba por sus pastizales, que desde hace dos siglos fueron muy modificados por la ganadería y los cultivos. La biomasa subterránea de los pastizales es muy grande, ya que los pastos poseen un mayor sistema radicular que biomasa aérea. Pastizal. Esto, sumado al material mineral original y a la descomposición de la abundante hojarasca, hace que los suelos de los pastizales se ubiquen entre los más fértiles. Es llamativo que en los pastizales naturales no haya árboles pero, sin embargo, cuando se plantan árboles, estos crecen sin problema. La ausencia de árboles en los pastizales naturales parece deberse a que los renovales no pueden competir con los pastos. El sistema radicular de las gramíneas capta toda el agua de lluvia y la gran cobertura de los pastos sombrea a las semillas y renovales, impidiendo su crecimiento. Si la disponibilidad de agua disminuye por mayores temperaturas y una marcada estación seca, los pastizales dan paso a las sabanas, que a diferencia de los pastizales pueden tener manchones de bosques aislados. En nuestro país se encuentran en el nordeste del Chaco. Sabana. En climas semidesérticos, donde hay una marcada estacionalidad hídrica asociada con menores temperaturas, se desarrollan las estepas. En las estepas disminuye la cobertura de pastos y aumentan la de suelo desnudo y los arbustos. Los suelos de estepa son pedregosos y arenosos, con poca materia orgánica, pero con un buen contenido de nutrientes minerales. En estas zonas el limitante de la productividad es la escasez de agua. En la Patagonia extraandina encontramos una estepa de arbustos bajos que crece en zonas con precipitaciones invernales menores a los 400 mm (a veces como nieve), una gran amplitud térmica anual y heladas todo el año. En la Argentina uno de los biomas más abundantes es el matorral o estepa de arbustos altos que se distribuye desde la provincia de Catamarca hasta Río Negro e incluye lo que se conoce como monte. Este tipo de bioma se desarrolla en zonas con amplitud térmica, no tan marcada como en las estepas de arbustos bajos y un déficit hídrico estival importante. La fisonomía del matorral muestra baja cobertura de pastos, suelo desnudo y arbustos altos dispersos. ,, Estepa arbustiva. - Matorral. !nvestigá Con la información obtenida, prepará un informe escrito. 12. Averiguá las características del bioma que caracteriza la No olvides ilustrarlo con dibujos o fotos. región donde vivís o alguno que te interese en particular. a La diversidad biológica o biodiver- definición hace referencia principal- la biodiversidad: 54 especies que aves, canguros, ranas arbo- sidad es fundamental para el funcio- mente a la variedad de especies incluían namiento de los ecosistemas. Cada animales y vegetales de un ecosistema. Sin embargo, en términos más amplios, biodiversidad se refiere a rícolas y arañas saltarinas. Y en el mar que rodeaba las costas occiden- especie cumple un rol en ellos, y todas dependen de otras para llevar adelante sus ciclos biológicos. La tales de la isla se encontró otro "pa- la variedad de seres vivos sobre la raíso escondido", que actualmente pérdida de una sola especie puede tener efectos profundos sobre el Tierra, fruto de miles de millones de años de evolución como resultado es una de las zonas con la mayor diversidad submarina conocida. conjunto del ecosistema. Hoy sabemos que los hábitats con mayor de procesos naturales. Comprende, En los últimos años, científicos además, las diferencias genéticas de la Universidad de Costa Rica des- biodiversidad son más productivos y están en mejores condiciones de dentro de cada especie. En resu- cubrieron seis nuevas especies de animales y de organismos que antes recuperarse frente a posibles cam- men, biodiversidad es sinónimo de vida en nuestro planeta. Y todos los no se conocían. Una de ellas es un bios naturales o provocados por las años los investigadores descubren gusano de 22 cm de longitud que actividades humanas. En otras pala- nuevas especies. Veamos algunos ejemplos. es considerado .el más grande del mundo. bras, cuantas más especies posee un ecosistema, menos probabilida- En 2008 se descubrió en una Por su parte, la ONG Conserva- des tiene este de desaparecer. Pero ¿a qué nos referimos cuan- zona montañosa nunca explorada por el ser humano, en la isla de Pa- ción Internacional descubrió, junto con científicos de Colombia, diez es- do hablamos de biodiversidad? La púa Nueva Guinea, un p¡;iraíso de pecies diferentes de anfibios: tres ranas de cristal, tres ranas venenosas, dos ranas arlequines y dos especies de ranas de lluvia. En las selvas de Perú también se encontraron más de 350 especies nuevas, entre ellas 30 especies de aves nunca antes documentadas; dos nuevos murciélagos, uno de orejas grandes y otro tricolor, y 233 especies de mariposas y polillas. Todo lo dicho haría pensar que la biodiversidad está en aumento. Pero a no engañarse. Hoy la Tierra está enfrentando una pérdida creciente de especies por la acción del ser humano. Y, como veremos a continuación, corremos el riesgo de perder especies que tienen un valor inestimable para los ecosistemas y podrían tener importancia económica actual y futura para los humanos. Incluso podríamos perder especies que aún no han sido descubiertas y ni siquiera enterarnos. Por eso podríamos pagar un precio que no llegamos ni siquiera a imaginar. 1 05 investigadores no se ponen acuerdo sobre la cantidad de cíes que habitan nuestro pla··, Algunos dicen que hay 5 millomientras que otros mencionan . 50 millones de especies dife·5. De estas, solo conocemos ;400.000. Algunos científicos que es difícil evaluar si las esque se extinguen hacen pela biodiversidad total de la , pero para otros no que.dan de que todos los días se pierspecies por el efecto de las des humanas. Para ellos, el e extinción de las especies acelerado unas 400 veces a aparición del ser humano. iférentes especies aportan al ano recursos biológicos, entre s alimentos, la madera, las xtiles y muchas medicinas. , la biodiversidad terrestre ye a la productividad en los s naturales y en los agrícolas. ásitos y predadores actúan ntroles naturales de las plaos microorganismos son los ables del reciclado de mateánlcos y del mantenimiento uctividad del suelo. la pérdida de. especies llaatención, la amenaza más · biodiversidad es la fragmenbosques, selvas, arrecifes otros ecosistemas. Estas s se ven agravadas por los atmosféricos y climáticos en de manera global y que . irectamente los hábitats y que las habitan, Todo ello pacidad para hacer frente a tres naturales. •últimos años desaparecie800 especies y 11.000 • 1 están amenazadas. La pérdida de la diversidad biológica con frecuencia reduce la productividad de los ecosistemas y disminuye la pósíbilidad de obtener recursos de la naturaleza, por lo que hoy en día es un tema de gran importancia en la agenda de los científicos y los políticos. Los conocimientos sobre. la biodíversidad han aumentado mucho en la última década, lo mismo que la conciencia sobre la necesidad de a) realizar acciones. para contrarrestar la pérdida de especies, poblaciones y ecosistemas, Sin embargo, todavía nos falta aprender mucho sobre la biodiversidad y su relación con el funcionamiento de nuestro planeta. Fuentes: http://youtu.be/ DWq6aOVgLGQ; http://www.ecoportal. netjTemas_Especiales/Biodíversidad/ El_problema_de_la_perdida_de_ biodiversldad Las causas pririlcipales de la pérdida de biodiversidad son la destrucción y la modificación de los ecosistemas, la caza y la pesca excesiva, la deforestación de los bosques y selvas, la introducción i b} e} de especies e~óticas que desplazan a las nativas y la contaminación ambiental. De; todas estas causas, ¿cuál te parece peor y por qué? Según tu opinión, ¿la pérdida de la biodiversidad es un tema para especialistas o debería preocuparte a vos también? Justificá tu respuesta. En 2012, como en años anteriores, científicos, biólogos, naturalistas y estudiantes descubrieron nuevas especies. ¿Pensás que es una señal de que la biodiversidad está en alza? Argumentá tu respuesta. ¿, . ¿Cuál es la diferencia entre diversidad y riqueza de En el caso de los pastizales bonaerenses, una posible una comunidad? intervención pa1·a que la recuperación sea completa sería la remoción de las especies exóticas. ¿Por qué . Explicá de qué manera los ecólogos comprobaron que las comunidades con mayor riqueza son más estables. beneficiaría esto a las especies nativas? ¿Serviría esta sola intervención para las especies que no están por falta de semillas? He!acioné1 Generalmente en los estadios finales de las sucesio- 2:L Si representamos las diferentes formas de vida árbol, nes disminuye la diversidad y, en menor medida, la arbusto, arbustos bajos y hierbas (pastos) con los si- riqueza. ¿Por qué sucede esto? ¿Cómo se explica? guientes dibujos, ¿qué bioma representa el siguiente perfil de vegetación? Dibujá los pe1iiles de los otros :f1i0 .. En la sucesión de las islas del Delta del Paraná, el biomas. establecimiento de los juncos favorece el posterior Representación crecimiento de otras especies y da lugar a un juncal Bioma incógnita más diverso. ¿Qué tipo de efecto produce el junco en las especies que lo suceden? 11.7. ¿A qué niveles de organización (individuo, población o comunidad) corresponden los siguientes atributos: Arbol diversidad, estratega r o K, pionera, productividad se- Arbusto Arbusto Hierbas baio cundaria, tasa de mortalidad, proporción entre sexos, lnvestigá riqueza y estabilidad? 22" Los glaciares, mientras avanzan, erosionan rocas que 5.l.S. Completá el siguiente cuadro. arrastran en su frente. Cuando el glaciar se retira, quedan depósitos de rocas llamados morrenas. Estos depósitos son colonizados lentamente por plantas. ¿De qué tipo de sucesión se trata? Averiguá si esto ocurre en algún lugar de nuestro país. 23, Los manglares son bosques costeros que se inundan a diario por las crecidas de mar. Eventualmente pueden Díspón1bflictaci de nÚtnentes · (¿Baja ó·a1ud¡ ocurrir crecidas y tormentas muy fuertes que pueden da- · ñar a los manglares, pero luego estos se recuperan. a) ¿Las crecidas diarias en los manglares se pue- 1.C:" Para cada una de las siguientes afirmaciones, señalá den considerar disturbios? ¿Y las tormentas? En si es verdadera (V) o falsa (F). caso afirmativo, comparalos según su frecuencia, ai) Un deslizamiento en una ladera remueva tipo e intensidad. completamente la vegetación y el suelo, y O desencadena una sucesión secundaria. La cantidad de suelo desnudo está directamente relacionada con la insuficiencia de agua. La competencia entre las especies disminuye a medida que avanza la sucesión primaria. O O Redactá un texto breve, de cinco o seis renglones, que relate el caso de los manglares, y utilizá los términos resistencia y resiliencia. Realizá la de la página 239. Punto de partida Josefina está disfrutando de sus vacaciones de a) ¿Qué te parece que tienen en cofuún la invierno. Su tío Marcos la invitó a recorrer la exnaturaleza y la exposición que visitó Josefina? posición rural que se organiza hace más de cien ¿En qué se diferencian? años en la Ciudad de Buenos Aires. b) ¿Los conejos criados para producdón de Mientras viajan en el colectivo rumbo a la carne serán iguales o diferentes de los muestra, Josefina mira los grandes carteles que que se utilizan para aprovechar su pelo? la publicitan. Dicen que la exposición representa ¿Cómo se habrán logrado animales que tie"un retazo de naturaleza en la ciudad". nen una cualidad u otrá a partir de Al entrar en el predio, Josefina visita los pabellones ¡ una misma especie? con las distintas razas de vacas, ovejas y cabras, y i e) ¿Afectará a la naturaleza el uso de esas los animales de granja: gallinas, pavos, patos y los / máquinas agrícolas que se muestran en la tiernos conejos para la producción de carne o pelo. exposición rural? ¿En qué forma? Asombrada, mira las enormes maquinarias agrícolas. d) ¿Cuál te parece que es el óbjetivo del trabajo Si quisiera subirse a ellas, debería usar una escalera. agrario? "¡Esto no me parece que sea parte de la naturaleza!", comenta con su tío. Características de los agroecosistemas Tempranamente en la historia, las poblaciones humanas vieron la necesidad de De !a selva modificar el ambiente en su provecho. En la búsqueda de obtener más y mejores alimentos, y materias primas a partir de las cuales elaborar productos de utilidad para la vida, los seres humanos hemos modificado algunos ecosistemas naturales El prefijo silví- deriva del vocablo transformándolos en agroecosistemas, es decir, ecosistemas sobre los cuales el latín silva, que significa "selva". La ser humano ejerce un control modificando su composición biótica y abiótica. Así, silvicultura hace referencia al cultivo las personas se constituyen en las responsables de su manejo o intervención. de las selvas, montes o bosques. La agrosilvicultura o agroforestería es un sistema productivo que íntegra árboles, ganado y pastos o forraje en una misma unidad productiva. A diferencia de los ecosistemas naturales, los agroecosistemas tienen un objetivo o propósito productivo, por lo tanto cuentan al menos con una especie que resulta útil para el provecho de la humanidad. Si bien la agricultura y la ganadería son actividades fundamentales para el desarrollo humano, pueden considerarse "poco naturales", ya que consisten básicamente en la modificación de los ecosistemas naturales mediante la labranza de la tierra, la cría de ganado y el reemplazo de especies con el objetivo de favorecer aquellas de interés económico. Este proceso comenzó hace aproximadamente 10.000 años, cuando las poblaciones humanas que se organizaban como cazadores-recolectores se transformaron en comunidades que cultivaban plantas y criaban animales. Pasaron de ser nómades a sedentarios, se ubicaron en las regiones con climas más favorables del planeta, modificando marcadamente el ambiente en este proceso. Para su alimentación y vestimenta, estas comunidades comenzaron a mejorar algunas variedades de plantas y animales que resultaban de especial interés. Inicialmente, este mejoramiento sucedía en forma empírica, por cruzamientos de los organismos que mostraban los atributos valiosos, obteniendo híbridos que resultaban más agradables al gusto, con más valor alimenticio o de una mayor productividad. Además, conforme aumentó el tamaño de la población, y dado que la disponibilidad de la tierra cultivable y de cría de ganado tiene un límite, se comenzaron a La mano del hombre modifica el ambiente y convierte Jos ecosistemas naturales en agroecosistemas. desarrollar sistemas agrícolas que optimizaron el cultivo y la crianza, incorporando tecnologías que aumentaron el rendimiento con menores costos y en superficies reducidas. A esta optimización contribuyó inicialmente la genética tradicional, y más recientemente la biotecnología, con la obtención, a partir de la década de 1980, de los organismos transgénicos o genéticamente modificados. La llamada biotecnología verde permite hoy el desarrollo rápido de nuevos cultivos, la producción de mejores semillas, de variedades de ganado con características privilegiadas para la producción de carne, leche o cueros, y la obtención de peces con peculiaridades de interés. Tipos de agroecosistemas Los agroecosistemas tienen m1,1cha influencia en nuestra vida cotidiana, ya que hoy en día constit1,1yen la fuente de nuestros alimentos y materias primas para los productos de consumo. Por eso se han extendido enormemente: en la actualidad, más de la· mitad de la superficie de la corteza terrestre conforma agroecosistemas. El '.1!2% de nuestro planeta se destina a la agricultura, el 25% a la ganadería y el 15% a la silvicultura, es decir, a bosques plantados por el ser humano. 1 En ocasiones, los agroecosistemas se encuentran muy intervenidos por el ser humano, lo que se denomina manejo intensivo, y a veces la intervención humana es menor. El grado de intervención que ejerce una comunidad sobre un agroecosistema depende de decisiones que se toman sobre la base de valores, creencias y conocimientos, en el marco de un contexto socioeconómico y político determinado. Dentro de los agroecosistemas, los sistemas ganaderos surgen de la práctica e la ganadería, es decir, de la" cría de animales de interés humano. Puede tomar dos modalidades diferentes: extensiva e intensiva. · La ganadería extensiva consiste en la cría y ei mantenimiento de los animales n extensiones más o menos amplias de terreno, y en condiciones que imitan los cosistemas naturales. En los sistemas ganaderos extensivos se suelen emplear cnicas convencionales o tradicionales de explotación, que respetan el ambiente e ajustan a los ciclos biológicos naturales de los animales. Las ventajas de la nadería extensiva son: su capacidad de mantenimiento en el tiempo, la preserión de los suelos y el escaso aporte de energía en forma de combustible que uiere. Las principales desventajas son su menor eficiencia y su escasa capacipara ajustarse a las.demandas del mercado consumidor, siempre cambiantes. La avicultura es la cría intensiva de aves· en corral. n la ganadería intensiva, por el contrario, se aplican múltiples tecnologías a. conseguir el máximo beneficio en el menor tiempo posible, logrando así una iencia mayor del sistema. Se realiza en ámbitos muy concentrados, tanto que, asos extremos, los animales nunca llegan a salir de los corrales de cría. El sisa de producción animal intensivo más característico es el feedlot o engorde a al, que surgió en nuestro país durante la década de 1990 imitando un modelo stados Unidos. El objetivo básico es criar los animales confinados en corrales su engorde con alimentos especiales. Sin embargo, estudios actuales esta.indicando que esta tecnología presenta más desventajas que ventajas a la de aplicarla. Pasemos a ver por qué. tre los principales inconvenientes se destaca su elevado requerimi.ento enero (requiere mucha cantidad de alimento), gran consumo de agua y elevado po- Ganado ovino en cría extensiva. ontaminante, debido principalmente a los residuos que genera. En los feedlots cumulan enormes cantidades de heces que no pueden ser recicladas y que .ocan la contaminación del suelo y de las aguas. Estudios del Senasa (Servicio 'pnal de Sanidad y Calidad Agroalimentaria) han mostrado que en los feedlots un mayor riesgo sanitario que en la producción extensiva, ya que, debido al estrés que sufren los animales por el hacinamiento en los corrales, se vuelven vulnerables a algunas enfermedades. Esto obliga, en principio, a la aplicade una importante variedad de medicamentos en forma preventiva o curativa. ~importante aún, varias de las enfermedades de los animales pueden transmi- 1ser humano, como la leptospirosis, el hantavirus, la cepa de Escherichia coli roduce el síndrome urémico hemolítico (SHU) y la encefalopatía espongiforme , también conocida como enfermedad de la vaca loca. pecto de las propiedades nutricionales de la carne producida por esos sisten informe del INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) menciona que adería extensiva produce carnes más magras, con menos polesterol y con una n óptima de ácidos grasos omega 6 y omega 3 (sustancias que contribuyen a esr el metabolismo de las grasas en el organismo), además de una presencia maantioxidantes y anticancerígenos, si se las compara con la producida en feed/ots, uestran mayor cantidad de grasa intramuscular que no es 1fácil de eliminar. ; Recordá Relacioná 1. 2. Vinculá las siguientes palabras en una oración o texto corto que exprese alguno de los conceptos aprendidos. a) Agroecosisternas - intensivo - intervención. b} Ganadería - extensiva - eficiencia. Justificá la siguiente frase. En el norte argentino, los pueblos originarios y sus descendientes respetan a la Pacharnarna, y por eso sus agroecosisternas tienen características diferentes de los de otras comunidades de nuestro país. Agricultura Los sistemas agrícolas surgen de la agricultura, actividad humana que utiliza la propiedad de las plantas de transformar la energía lumínica del Sol en· productos de cosecha. Los sistemas agrícolas se ven condicionados por factores naturales, como la temperatura, la humedad o las plagas que afectan a los cultivos, y por el aporte de Labranza tradicional con animal de tiro. recursos externos, renovables y no renovables, como pueden ser los minerales y los combustibles fósiles. Dado que la producción vegetal está influenciada por la interacción de todos estos factores, los agricultores intervienen en el sistema para modificarlos en pos del logro del objetivo productivo que los guía. Agricultura tradicional y agricultura moderna El mejoramiento de los cultivos se ha desarrollado desde el mismo momento en que comenzó la agricultura. Desde tiempos remotos para las sociedades humanas, las especies vegetales de interés para alimentación, vestimenta y otras actividades humanas se fueron modificando por la selección de los agricultores. La necesidad de aumentar el rendimiento de la producción agrícola ha hecho virar estas formas tradicionales de la agricultura hacia formas modernas, caracteLa agricultura tradicional comprende la horticultura, usualmente destinada a la subsistencia de las familias en el campo. rizadas por el empleo de diferentes tecnologías, que incluyen la utilización de maquinarias agrícolas, la incorporación de agroquímicos y la mejora genética de las especies cultivadas. En este último sentido, si bien ya la agricultura tradicional utilizaba los cruzamientos selectivos tradicionales, recientemente, como vimos en el capítulo 7 de este libro, s~ incorporaron técnicas de ingeniería genética, que ofrecen una alternativa muy novedosa, rápida y económicamente ventajosa para el mejoramiento de las especies cultivables en su productividad o en su resistencia a las enfermedades. Con el tiempo también ha ido variando la forma de realizar los cultivos. Un requisito previo a la instalación de un cultivo agrícola es la labranza del suelo, es decir, la preparación del terreno para la siembra de la o las especies de interés. Tradicionalmente, la labranza se realizó con herramientas de mano o con el auxilio de animales de tiro. Hoy se realiza con maquinaria agrícola altamente especializada con la que son trabajadas grandes extensiones de terreno con escasísimo aporte de trabajo humano, pero que requiere el uso de combustibles en grandes Máquina sembradora. cantidades. Los sistemas agrícolas más tradicionales utilizan el recurso del suelo aplicando la rotación de los cuitivos, es decir, la alternancia del cultivo de especies diferentes, como modo de asegurar la fertilidad (al cultivar especies diferentes en forma alternada, que presentan distintos requerimientos de nutrientes, estos no se agotan y la tierra permanece fértil). A su vez, las rotaciones suprimen las plagas :porque interfieren con el ciclo de vida de los organismos que afectan los cultivos. En la agricultura moderna, la estrategia elegida para afrontar las dificultades productivas debido~ enfermedades, el ataque de los insectos o porque las malezas que crecen en: las parcelas establecen relaciones de competencia por los 1 nutrientes del suelo o por el agua con las especies cultivadas, es el empleo de agroquímicos: los pesticidas, los herbicidas y los fertilizantes. Lamentablemente, a pesar de los beneficios que aportó el uso de estas sustancias (aumento de la producción de alimentos, mayor rentabilidad de las producciones agrarias), muchas de ellas son nocivas para el ambiente y la salud humana. Si no son correctamente utilizadas pueden producir graves problemas ambientales y sanitarios. El cultivo de la soja en nuestro país Un ejemplo clave de la transformación del proceso agrícola de la forma tradicional hacia la moderna en n·uestro país es el cultivo de la soja. Hasta la década de 1970, la soja casi no se cultivaba en nuestro país. En la actualidad esta oleaginosa constit~ye la mitad de todos los granos que se producen en la Argentina. Esta expansión ha colocado a nuestro país como uno de los principales productores del poroto de soja como materia prima, pero también como el principal abastecedor mundial en aceites de soja y alimento balanceado para animales. La soja que hoy se cultiva en nuestro país es transgénica. El objetivo de su mejoramiento mediante la ingeniería genética fue lograr una planta resistente a un herbicida, el glifosato. Este producto químico elimina malezas, dado que inhibe la acción de enzimas sustanciales para la síntesis de algunos aminoácidos que forman parte de las proteínas necesarias para el desarrollo y crecimiento de las plantas. La soja transgénica es tolerante al glifosato ya que posee, inserto en su material genético, un gen aislado de la bacteria Agrobacteríum tumefacíéns, que produce una enzima que no es inhibida por el glifosato. Por lo tanto, si se aplica a una parcela este herbicida, todas las hierbas mueren, salvo aquellas resistentes o tolerantes como la soja transgénica. En nuestro país, la superficie sembrada con soja ha aumentado hasta superar los 16 millones de hectáreas sembradas en 2008, y se incrementa en medio millón de hectáreas cada año. Este proceso se produce a partir de la ampliaeíón de la frontera agropecuaria que avanza sobre los bosques, ya que estos son desmontados para sembrar soja. Este fenómeno es particularmente marcado en las provincias de Santiago del Estero, Salta, Córdoba y Chaco. Paralelamente, el área destinada a campos de producción ganadera se ha reducido, al igual q1,.1e el número de cabezas de ganado que se crían. El proceso de reorganización de la agricultura de nuestro país hacia el monocultivo ha deteriorado otras producciones tradicionales provocando el desábastecimiento del mercado interno de productos que ahora deben ser importados o se han encarecido. Además, la agricultura se ha tornado dependiente de insumos importados cuya disponibilidad y precios son controlados monopólicamente por empresas extranjeras. A la vez, se observa un proceso de despoblamiento de las áreas rurales como consecuencia del menor requerimiento de mano de obra. Estas consideraciones han generado opiniones contrapuestas sobre las ventajas o desventajas que la "sojízación" propone, que pueo den ser sintetizados por el concepto de desierto verde, que alude a sus consecuencias . sociales y ambientales, o al de oro verde, eón un enfoque absolutamente productivo. Los datos clent1ficos ocupan un lugar muy importante en las ínvestígaciones, y síempré son necesaríds. Se obtletien de muy diversas formas, a partir dé observaclonés y medfélas que se realizan a lo largo dé una investigación. Una vez que han sldo, analizados é interpretados, se utltlt~n como evidencias que permiten validar o no una hipótesis, es decir, una respuesta ptobable y provisional a una pregunta científica. Para enunciar hipótesis, los clentíficos emplean los conocimientos que ya tienen sobre el téma y también su créatividad: · cornparaii datos, realizan inferencia~, proponen módelos, etc. Solo cuando una hipótesis es validada por las evidencias puede establecerse como un nuevo conoeimiénto. La Argentina atraviesa actualmente un proceso de sojización muy marcado: áreas que antes se destinaban a otras producciones, tanto agrícolas como ganaderas, ahóra se utilizan exclusivamente para e} cultivo de soja. Relacioná 3. Leé las afirmaciones y señalá cuáles son verdaderas (V) y cuáles falsas (F). Justificá tus decisiones. a) En la agricultura tradicional se emplea abundante maquinaria. O b) La agricultura moderna requiere una importante inversión económica. D e} En la agricultura moderna es frecuente el monocultivo. d) La agricultura tradiciottal suele ocasionar graves modificaciones en el ambiente. D D Ecosistemas naturales y agroecosisternas Los ecosistemas naturales y los agroecosistemas poseen características en común y otras que los diferencian fuertemente. Ambos sistemas están constituidos por distintas formas de diversidad biológica organizadas en diversos niveles tróficos, en donde se fija, transforma y transfiere la energía, se sintetiza y degrada materia orgánica, se asimilan y metabolizan nutrientes. Sin embargo, los sistemas agrícolas; por ejemplo, se ven alterados por las labores agrícolas, el riego, la aplicación de los agroquímicos y la extracción de la producción en forma periódica. Las características principales que poseen los agroecosistemas, y que los diferencian de los ecosistemas naturales, son cinco: • requieren fuentes auxiliares de energía, que pueden provenir de la acción humaEl trabajo agrícola constituye un aporte de energía externa al agroecosistema. na, animal y/o de combustible para aumentar la productividad; su diversidad biológica puede ser muy reducida, incluso a una única especie; • los animales y las plantas que dominan son seleccionados artificialmente por el ser humano; • los controles del sistema son en su mayoría externos, ya que se ejercen por medio de aportes de energía auxiliar al sistema; • los agentes sociales (particulares e instituciones que intervienen en el proceso productivo agrícola y ganadero) les dan las características a los agroecosistemas, ya que son ellos lo que les asignan propósitos y objetivos, según las condiciones, vigentes o históricas, y su interacción con el contexto socioeconómico y político. Para todos los ecosistemas, la fuente de energía principal es el Sol, a partir de la cual -como ya estudiaste- los productores primarios transforman el agua y el dióxido de carbono en carbohidratos. Así, la energía solar inicialmente procesada es posteriormente transferida a los demás organismos del sistema. A través de los componentes del sistema, la energía del. Sol fluye en forma unidireccional, y en este flujo, aunque no se pierde, va cambiando de éalidad, modificando paulatinamente su capacidad de generar trabajo. Los agroecosistemas no escapan a este esquema básico del flujo de energía que caracteriza a todos los ecosistemas. Sin embargo, el Sol no es el único aporte energético que reciben. Por ejemplo, el combustible que utilizan las maquinarias agrícolas es un suministro adicional de energía al sistema, y puede medirse en calorías como la luz solar. Toda fuente de energía adicional a la del Sol en un agroecosistema se denomina subsidio de energía. En sistemas altamente industrializados, también son subsidios de energía la utilización de fertilizantes, plaguicidas, riego artificial y la tarea humana. La eficiencia energética del agroecosistema es una ecuación entre la energía invertida y la energía producida, es decir, la de los alimentos o productos que se obtienen de la producción del sistema. Toda la actividad ag_rícola, es decir, tanto la agricultura como la ganadería, podría verse como una alteración del flujo de energía en un ecosistema para que sea aprovechable por el ser humano. La provisión de los 1alimentos para el consumo humano y la sustentabilidad de . 1 los a'groecosistemas 1depende de la capacidad del hombre para manejar correctamente el flujo de energía en los agroecosistemas. En esta tarea debe ser muy cuidadoso, ya que podría suceder que el subsidio de energía aplicado en un ambiente sea útil y productivo, mientras que la misma práctica pueda ser inservible o aun perjudicial en otro. Por ejemplo, la labranza del suelo en la región Pampeana mejora la calidad de la producción, mientras que la misma labor en el nordeste más húmedo provoca la pérdida rápida de nutrientes, lo que puede afectar seriamente a las sucesivas cosechas. La energía en los cultivos Como ya se mencionó, parte de la energía solar es interceptada por las plantas y utilizada en la fotosíntesis para producir compuestos carbonados. Estos compuestos son metaboiizados en la respiración celular, y la energía generada permite la síntesis de estructuras o de sustancias de reserva, acumulándose como biomasa vegetal. Los herbívoros, como consumidores primarios, utilizan parte de esa bíomasa, de modo que una parte de la energía pasa a este nivel trófico superior. El resto de la biomasa vegetal no consumida caerá al suelo y es aprovechada por los organismos descomponedores. En el siguiente nivel trófico, parte de la energía acumulada por los herbívoros pasa a los consumidores secundarios o carnívoros. Recordemos que en cada nivel trófico hay parte de la energía que se pierde en forma de calor y parte que queda disponible para el siguiente nivel. En un agroecosistema, por ejemplo, en un cultivo de maíz, el ser humano aplica un insecticida que disminuye el consumo de los granos por parte de insectos. Estos son consumidores de primer orden, de modo que al ser eliminados se modifica Cuando el ser humano interviene en un agroecosistema aplicando un insecticida para desviar el flujo de la energía a la producción primaria: la energía queda "retenida" en el grano y no pasa a los consumidores primarios, en este caso, los insectos. el flujo de energía en ese ecosistema. Esta desviación, que se produce a expensas de la aplicación de una energía externa a la de la luz solar, logra aumentar la producción de granos, que es el objetivo de la intervención humana. El aporte de energía externo aumenta el flujo de energía en un sentido en particular, a expensas de otras formas posibles. Dependiendo del objetivo de la producción agrícola será el tipo de suplemento energético que deba aplicar. Así, por ejemplo, para el cultivo de un grano debe minimizarse el consumo de los herbívoros, en este caso, a través del control de los insectos por la aplicación del insecticida. La energía en la ganadería En el caso de la ganadería, se desea aumentar el flujo de energía hacia los consumidores de primer orden. Al aplicar, por ejemplo, un tratamiento sanitario sobre el ganado vacuno, los animales invertirán menor cantidad de energía en desarrollar mecanismos de defensa para combatir el agente infeccioso contra el que protege el tratamiento aplicado. Al eliminar parásitos o controlando los depredadores, se elimina el nivel trófico superior, y como consecuencia se favorece la acumulación de la energía (y también de materia) que se persigue: la producción de carne, de lana, de leche, etcétera. En todos los casos, el éxito de la producción depende del balance de costos entre la aplicación de la energía externa al sistema, en la forma de vacunas, combustibles, insecticidas, trabajo humano, y el beneficio obtenido por el producto cosechado, ya sean los granos, la carne o la lana. De tal modo que solo se justificará la aplicación de energía externa en aquellos sistemas en los que el producto obtenido sea lo suficientemente valioso o el aumento en la cantidad producida sea suficientemente alto. Recordá 4. Copiá el texto en la carpeta y completalo. La actividad agrícola puede verse como una -~-' del flujo de energía en un , de manera de que sea aprovechable por el ser humano. ~n los agroecosistemas se incorpora energía como la que se genera mediante la utilización de combustibles para hacer funcionar los tractores o las maquinarias que producen el riego artificial. Un agroecosistema es eficiente si la energía producida es que la energía invertida. Resolvé 5. Detectá la o las formas de energía externa que son aplicadas al agroecosístema en las siguientes situaciones. a) En un potrero donde pasta el ganado, el rodeo se traslada de un sitio a otro para permitir que el pastizal se recupere. b) Los agricultores de una zona árida de nuestro país se organizan para construir una acequia que derive el agua del arroyo cercano hacia los campos. e) Por un campo cultivado pasó un avión fumigando con un producto insecticida. - de agroecosistemas La acción humana para modificar las condiciones ambientales con el objetivo de obtener beneficios tiene un importante impacto en los ecosistemas naturales. La modernización de la agricultura incrementó ese impacto desestabilizando el delicado equilibrio en la relación agricultura-ecología. Existen importantes evidencias de que el actual sistema agrícola de explotación intensiva altamente tecnologizado, si bien ha sido extremadamente productivo y competitivo, a la vez - ha generado una crisis ambiental que acarrea problemas económicos, sociales y ambientales serios. Una de las tendencias más marcadas en los agroecosistemas actuales es el monocultivo, caracterizado por una expansión geográfica de los suelos dedicados a la producción de una sola especie, que se repite año tras año. Como resultado hay menos parcelas pero más extensas, más especializadas y que requieren de un aporte de energía muy importante. Desde el punto de vista ecológico, los ciclos de la materia, la energía, el agua y los desperdicios se han modificado sustancialmente. En especial, se observa cada .r del b'?sque chaqueiio Olrecc1ón de fa e:>i:¡Íansíón vez una mayor dificultad en el reciclado de los residuos. Los desechos anímales no pueden ser reincorporados como nutrientes porque los sitios de producción y de Áreas de nuestro país cultivadas con soja. uente: Reboratti, Carlos. "Un mar~ soja: la nu\)Va gricultura en la Argentina y sus co~secuencias';". En: 'ev1sta de Geografía N0rte Gr8nde, 45. Sontiago de Chile, 010. aprovechamiento están geográficamente cada vez más distantes. La aparición en el mercado de una variedad agrícola que está mejorada en su productividad, por ejemplo, por su resistencia a insectos o enfermedades, suele ser de efímera vigencia. Se comporta según lo económicamente esperado por un período de tiempo, y luego su productividad comienza a decaer, hasta ser reemplazada por una nueva variedad más prometedora. Así, la estabilidad de la agricultura moderna depende de la continua introducción de nuevas variedades. Si bien muchos estudios realizados indican que no necesariamente las prácticas agrícolas conducen a consecuencias indeseables, se ha documentado un conjunto de desequilibrios ecológicos asociados a las producciones de tipo intensivas, que incluyen la erosión, la pérdida de fertilidad del suelo, su salinización y alcalinización, la contaminación de los sistemas de aguas, la disminución de las especies silvestres, la aparición o reaparición de plagas por eliminación de los enemigos naturales o por resistencia a los pesticidas. Controlar estos desequilibrios requiere de un incremento de los costos enorme, que en ocasiones puede sobrepasar el beneficio producido. Otro de los graves problemas es la expansión de la frontera agrícola, que tiene como consecuencia en muchas regiones un importante proceso de deforestación. La creciente demanda global de alimentos y de productos derivados de plantas contribuye de manera significativa a este proceso. Ante diferentes presiones políticas y económicas, muchas comunidades que ven limitadas sus posibilidades de crecimiento económico generan deforestación en sus bosques para obtener une;¡ ampliación de sus tterras de cultivo. Esto tiene innumerables consecuencias para el ambiente y para ia misma producción agrícola en ei largo plazo, ya que Jos suelos de los bosques, .'una vez perdida su cobertura, no son Jos más aptos para 1 la agricult!Jra. Existe hoy una crecie¡nte preocupación acerca de la sustentabilidad a largo plazo de los sistemas de producción agrícola actuales. Se plantean serios debates en donde todos los actores involucrados presentan sus argumentaciones y sus propuestas. Es esperable que, por medio de estos debates, se llegue a conclusiones "'"',..": ,.. ,. ~ ~ ·a 8o ~ .,," ~ ~ :E :2 e ,,. a. "'~ ... _,>",,; c. Q u ~ ~ "' .E :e e ll. "O ¿ ~ ~ e ~ e ~ E acerca de la necesidad de promover cambios en las prácticas que conduzcan a una i/}> agricultura económicamente viable y, a la vez, ambientalmente segura. l!!J "' ""' "' Q Suelos Como hemos mencionado, una de las principales consecuencias del impacto de la agricultura en la naturaleza es la modificación de los suelos. Al contrario de lo que ocun·e en los sistemas naturales, én los agroecosistemas el ciclo de la mate1·ia tiene una dinámica lenta, que debe ser auxiliada por el ingreso externo de nutl'ientes mediante fertilizantes orgánicos o inorgánicos par-a reponer la materia que se extrae del sistema por la cosecha. Se estima que se pierden anualmente entre 5 y 7 millones de hectáreas de suelos agrícolas por erosión hídrica y eólica. Esto sucede por diferentes factores, por ejemplo, debido a la tala de bosques, al cultivo sobre laderas muy pronunciadas, por la eliminación de la cubierta vegetal por la acción de un sobrepastoreo animal Fenómeno de desertificación por erosión del suelo. o por el escaso uso de fertilizantes orgánicos. Si se utiliza el riego artificial, uno de los riesgos es que los suelos que tienen insuficiente drenaje se inunden o encharquen. Cuando el agua se evapora por acción del Sol, las sales minerales contenidas en el suelo afloran a la superficie, provocando la salinización del suelo y disminuyendo así su productividad. A su vez, en suelos desertificados, la acción del viento puede contaminar el aire al entrar en suspensión gran cantidad de partículas. Aguas El uso excesivo de plaguicidas y fertilizantes que son arrastrados por el agua de lluvia puede producir la contaminación de ríos y aguas subterráneas. Los fertilizantes inorgánicos poseen la ventaja de encontrarse inmediatamente disponibles para ser aprovechados por las plantas por ser solubles en agua. Sin embargo, la porción que no es absorbida se escurre hacia los acuíferos y ecosistemas acuáticos. Una de las consecuencias de esto suele ser la eutrofización de las aguas, que consiste en la modificación de la composición, estructura y dinámica del ecosistema por una abundancia anormal de nutrientes, lo que conduce a un aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la biodiversidad. Por ejemplo, se puede producir una sobreabundancia de algas verdes que enturbia el cuerpo de agua limitando la cantidad de luz que penetra en él. Esto hace imposible la fotosíntesis y consecuentemente disminuye la acción de organismos aeróbicos, produciendo un cambio en el ambiente que hace inviable la vida de muchas especies provocando una mortandad general. En la aplicación del glifosato, que en comparación con otros agroquímicos es de mediano riesgo por su toxicidad moderada, suele suceder que los productores utilicen aditivos que mejoran la absorción del producto y resultan ser más tóxicos para el ambiente que el mismo herbicida. Algunos aditivos para el glifosato son tóxicos para peces y otras especies acuáticas. Además, en zonas secas y soleadas se suelen utilizar aguas subterráneas para ,. el riego. Una sobreexplotación de estas aguas va secando los acuíferos que se han ' formado con el transcurso de muchos años. Por ese motivo se ~gotan los surgentes naturales, o bien se secan los humedales o se salinizan las aguas subterráneas si se encuentran cerca del mar, ya que las aguas salobres van penetrando en ellas. Relacioná b} 6. q:;) ¿Qué vínculo encontrás entre los conceptos planteados en cada opción? a) Agroquímicos y contaminación de aguas. Fertilizantes inorgánicos y eutrofización. Riego artificial y salinización de aguas subterráneas. ill) Disminución de especies silvestres y herbicidas. Impacto sobre la biodiversidad Como seguramente sabés, la biodiversidad o diversidad biológica se define como la variedad de seres vivos. Depende del tipo de ecosistema y de las condiciones climáticas en que se desarrolla. Por ejemplo, un ecosistema selvático presenta mayor biodiversidad que una estepa. Ahora bien, como ya sabemos, en un agroecosistema el ser humano interviene para reemplazar las especies silvestres por unas pocas o una sola especie de in- La agricultura moderna disminuye la biodiversidad natural. En esta foto se observa cómo en un cultivo se desarrollan ampliamente dos especies en detrimento de otras. terés agrícola. Por lo tanto, la agricultura moderna disminuye la biodiversidad y se caracteriza por una mayor uniformidad. En un ecosistema, es importante diferenciar el concepto de riqueza con respecto al de biodiversidad. Veamos por qué. La riqueza se refiere al número de especies que lo integran, mientras que en la biodiversidad también se considera la proporción de esas especies en el sistema. De este modo, un agroecosistema vegetal puede estar integrado por diez especies, de las cuales una sola constituye el 90% de la superficie cultivada y las nueve restantes ocupan el 10%, mientras que otro posee sus diez especies distribuidas uniformemente. Este último agroecosistema es más diverso que el primero, aunque en riqueza de especies sean iguales. Pero ¿por qué es importante la biodiversidad? Fundamentalmente, porque las diferentes especies cumplen roles muy distintos en el ecosistema: el control natural de las plagas, el reciclado de nutrientes, su descomposición y degradación, etc. Existe una relación entre la biodiversidad en los agroecosistemas y su estabilidad productiva. Por ejemplo, si en un cultivo se produce una única variedad de una sola especie, puede ser más susceptible a una variación ambiental o al ataque de una plaga o enfermedad que una parcela policultivada. En sistemas con más componentes, un disturbio externo puede disiparse, controlarse o morigerarse en su efecto de forma más inofensiva que en sistemas simples con menos componentes. Por lo tanto, un agroecosistema variado logra una mayor estabilidad que uno menos diverso, lo cual puede ser productivamente muy importante. En la Argentina, el proceso de sojización ha instalado este monocultivo, en detrimento de otros, sobre todo de cereales. A su vez, el uso del glifosato elimina cualquier maleza que pudiera crecer en los cultivos. Si bien este proceso se ha instalado por la altísima conveniencia económica del sistema, ha reducido al mínimo la biodiversidad en enormes extensiones de nuestro territorio. La alta rentabilidad del cultivo de soja también motiva a los productores a sembrar fuera de sus propiedades, por lo que utilizan incluso las banquinas y los bordes de caminos con fines productivos. Esta práctica es otra de las causas que favorece la uniformidad del paisaje y la pérdida de diversidad. Otros de baja variabilidad son los agroecosistemas intensivos en la producción de frutilla, apio o toma;te, que .se cultivan en terrenos previamente tratados con un gas esterilizante del suelo, el bromuro de metilo, que no deja proliferar ninguna otra especie que no sea et cultivo. Alrededor de 14 millones de hectáreas de bosques tropicales muy ricos en biodiversidad se pierden; cada año cuando son quemados intencionalmente para destinar el terreno a la agricultura. La superficie así conseguida permite obtener unas pocas cosechas, abonada por las cenizas, hasta que el suelo se empobrece y se vuelve improductivo, lo que induce a los agricultores a quemar una nueva porción de bosque. Esto podría evitarse con el uso de procedimientos que garanticen un uso sustentable, como un régimen de tala selectiva de árboles en el bosque, lo que salvaría millones de hectáreas al año. Agroquímicos Como hemos mencionado, una estrategia para el aumento de la productividad de los agroecosistemas ha sido la utilización de agroquímicos, sustancias que afectan el crecimiento animal y vegetal y que abarcan tanto los abonos o fertilizantes como los plaguicidas (herbicidas, insecticidas, fungicidas y rodenticidas). Muchas de estas sustancias pueden resultar tóxicas y presentan como efecto indeseable la contaminación del ambiente debido a que permanecen residuales en los suelos o son arrastradas a cursos de agua como ríos, lagos, aguas subterráneas o mares. En cuanto a la salud humana, la afectan en forma indirecta y directa. Indirecta- Aplicación de fertilizantes en un cultivo. mente, pues los tóxicos pueden permanecer en frutos o granos de consumo humano. En forma directa, por el riesgo para la salud de los trabajadores rurales o de las poblaciones vecinas a los campos tratados, por el contacto directo dei tóxico que ingresa en el organismo a través de la piel o las vías respiratorias. Particularmente en el uso de los plaguicidas, hay varios inconvenientes superpuestos. Por un lado, los plaguicidas no solo actúan sobre la plaga que intentan combatir, sino que afectan en mayor o menor medida a diferentes organismos. Esto genera desequilibrios ecológicos que pueden ser difíciles de recobrar. En ocasiones puede producirse el crecimiento desmedido de una especie por eliminación de sus competidores naturales, que debido a esta proliferación se transforma en un efecto búmeran. Además, tras el uso prolongado de plaguicidas quedan presentes los individuos resistentes, que son muy difíciles de eliminar, debiendo para ello aumentar la dosis del plaguicida o cambiar de producto químico. Existen en el mercado distintos tipos de herbicidas. Algunos de ellos poseen un efecto contaminante muy alto, debido a que persisten durante mucho tiempo ~n el ambiente. Otros, entre los que se encuentran el glifosato, el glufosinato y el bromoxinilo, tienen un efecto menos perdurable. La concientización sobre el daño que estos tóxicos producen en el ambiente ha inducido una paulatina sustitución de los herbicidas más tóxicos por aquellos que presentan una toxicidad dos a tres veces menor y son menos persistentes en el medio. Un importante efecto de la moderna agricultura intensiva es la contaminación de los suelos y las aguas debido a la utilización de fertilizantes o plaguicidas que .contienen metales pesados. Los fertilizantes fosforados pueden contener cinc, arsénico, cadmio y plomo. Algunos plaguicidas contienen arsénico, plomo, mercurio, cobre o cinc. También 1 cinc y el cobre pueden estar presentes en los suplementos dietarios que se frecen a los animales, o en productos desinfectantes que se utilizan para el condicionamiento de las instalaciones o en la maquinaria agrícola. Relacioná 7. Se conocen más de 100.000 agentes polinizadores:naturales, entre los que se destacan las abejas, las mariposas, coleópteros, pájaros, moscas y murciélagos. Comentá cuál podría ser el efecto de la disminucióh de la biodiversidad en un agroecosistema en referenbia a 1 los agentes polinizadores naturales. Resolvé 8. Mauricio va todos los años con su abuelo a pescar a la Laguna de Chascomús. Pero este año hubo .Poca captura. Su abuelo reflexiona: "¡Cada vez hay menos peces y cuesta más trabajo pescarlos!". A Mauricio le parece que el agua de la laguna está menos transparente este año. Sobre la base de lo que conocés y las observaciones de Mauricio y su abuelo, elaborá una hipótesis sobre lo que puede estar sucediendo con el ecosistema. ¿Cómo la pondrías a prueba? . lnvestigá 9. Buscá información sobre alguna región de nuestro país donde se utilicen agroquímicos, y las consecuencias que su uso ha tenido sobre el ambiente y los.seres vivos. Reducción del impacto de los agroecosistemas Para intentar disminuir los aspectos negativos que la intervención del ser humano tiene sobre el equilibrio natural, se han estudiado y promovido diferentes estrategias que privilegian el cuidado del ambiente sobre la productividad de los La papa andina es un cultivo tradicional del norte argentino. Hay gran variedad, con formas, colores y tamaños diferentes. En muchas regiones se la continúa cultivando de manfrn tradicional. en. condiciones de cultivo orgánico. agroecosistemas. Veamos algunas de ellas. Cultivos orgánicos La agricultura orgánica es aquella en la cual se obtienen alimentos orgánicos, es decir, aquellos que no poseen aditivos químicos, cultivados con la mayor protección del medio mediante el uso de técnicas de bajo impacto ambiental o no contaminantes. En este tipo de agricultura son fundamentales las prácticas de enriquecimiento de los suelos, como la rotación de cultivos, los cultivos mixtos, la labranza mínima y la utilización de fertilizantes orgánicos. Al respecto, la prohibición del uso de productos sintéticos que se sustituyen por fertilizantes orgánicos como el compost, el abono verde o el estiércol de animales reduce la contaminación de aguas y suelos. Estos aditivos orgánicos mejoran además la formación del suelo y su estructura, incrementan la permanencia de los nutrientes y aumentan la capacidad de retención de! agua. En términos de la preservación del ambiente global, la agricultura orgánica reduce la utilización de energía de fuentes no renovables al disminuir la necesidad de agroquímicos, cuya síntesis depende de combustibles fósiles, lo que contribuye a mitigar el efecto invernadero y el calentamiento global. Control biológico de plagas Se considera control biológico a las técnicas que permiten controlar a las plagas a través de la manipulación de sus enemigos naturales con el objeto de reducir o eliminar el uso de químicos con acción plaguicida. La técnica requiere de una secuencia de pasos: 1. Identificación de la plaga que afecta al cultivo de interés. 2. Identificación de sus enemigos naturales (puede ser uno solo). 3. Estimación de la población de la plaga. 4. Estimación de la población de los enemigos naturales (puede ser uno solo). 5. Introducir o modificar la población de los enemigos naturales. 6. Controlar correctamente la eficacia del tratamiento. La biotecnología también ha desarrollado una ventaja ambiental en la protección de los cultivos contra el ataque de insectos. En la Argentina se utilizan plantas de algodón y maíz Bt, variantes transgénicas que poseen inserto un gen de Bacil/us thuringiensis. Esta bacteria, que habita el suelo normalmente, es inocua para la salud humana y el ambiente, y se la ha utilizado durante muchos años en la agricultura orgánica para el 9ontrol biológico de plagas. Esto se debe a que contiene normalmente proteínas que son tóxicas para los insectos, las proteínas Cry, que afectan el sistema digestivo de las larvas de los insectos adhiriéndose al epitelio de su intestino, provocando su parálisis, lo que ocasiona que la larva deje de alimentarse y muera. Las toxinas Cry son consideradas inocuas para mamíferos, pájaros e insectos que ho son blanco. Actualmente, casi el 65% del maíz cultivado en la Argentina es Bt, y se siembran anualmente 1.300.000 hectáreas de algodón con este transgénico. Si bien el aumento en la productividad de los cultivos debido al control de los insectos, con una disminución de los costos en insecticidas, es un gran beneficio para los productores, la ventaja más interesante es el cuidado de la salud de los trabajadores rurales y la reducción de la contaminación del ambiente. Formas alternativas de cultivo Una de las formas alternativas de cultivo que reducen el impacto de los agroecosistemas es la organización sobre la base de poiicultivos o cultivos múltiples, que han demostrado ser más productivos que los monocultivos. Los po!icultivos pueden definirse como la producción de dos o más cultivos en una superficie en el mismo año, y se puede lograr sembrando varias especies en forma consecutiva o en asociación, lo que podría ser una forma de imitar la biodiversidad que presentan los ecosistemas naturales. El hecl10 de cultivar varias especies optimiza el uso de la maquinaria agrícola y de la mano de obra. Para los agricultores, la coexistencia en una parcela de varias especies puede ser económicamente ventajosa, ya que una especie puede resultar más remune- Campo en el que se cultivan distintas especies. Los policultivos imitan la diversidad de los ecosistemas naturales. rativa que otra en un determinado momento, lo cual puede permitir sortear con éxito situaciones económicas difíciles que se presentan cuando el precio de un cultivo disminuye mucho. En los policultivos, la velocidad de distribución y multiplicación de las plagas es menor que en las parcelas monocultivadas, ya que actúan como barreras físicas modificando el ambiente con sustancias propias de cada una, que aportan olores o colores diferentes al medio. En la actualidad, se utiliza una práctica que reduce en forma importante la degradación del suelo por erosión: la siembra directa, también conocida como labranza cero. Consiste en una forma de siembra en la que está disminuido al mínimo el trabajo del suelo: la semilla se aplica en el suelo sin remover en demasía la tierra, de modo que la maquinaria agrícola no pasa reiteradamente por Siembra directa de soja. la parcela, y se evita así la compactación del suelo colaborando con el mantenimiento de la cubierta vegetal del mismo. De este modo, se conserva la humedad y disminuye el escurrimiento del agua. También se mantiene el rastrojo, lo cual incrementa el contenido de nutrientes del suelo. Todos estos factores disminuyen el riesgo de la erosión, el campo se mantiene productivo y disponible para la siembra de un nuevo cultivo más rápidamente, facilitando así la rotación sucesiva. En contrapartida, las principales desventajas de este tipo de labranza, es que requiere de mayor aporte de herbicidas previo a la germinación, y que además algunos nutrientes se agotan, por lo cual deben compensarse con el agregado de fertilizantes. La agricultura familiar toma fuerza en la Patagonia La Patagonia tiene características muy particulares: su inmensidad, · sus diversas comunidades, su escasa densidad demográfica, sus· paisajes deslumbrantes que del oeste hacia el este viran de la cordiJleJ ra al llano. En esa particularísima región del país, entre todas sus posi~ bilidades productivas, el 45% de Jos productores pertenece al grupo de la agricultura familiar. En la ciudad de Plottier, en la provincia del Neuquén, el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) asesora a la pequeña agricultura familiar para el rescate, desarrollo, adopción de herramientas y tecnologías con el foco puesto en la agroecología. Las líneas de trabajo del INTA en esta región comprenden el uso del agua, la mejora de las condiciones del hábitat de la familia rural, una puesta en valor de los recursos genéticos locales, la comercialización de la producción y su transformación en origen, así como el desarrollo de mercados alternativos. Esencialmente, a partir de las premisas de trabajar en una producción respetuosa del ambiente y que garantice la inocuidad de los alimentos con enfoques como la agroecología. Fuente: http://intainforma.inta.gov.ar • ¿A qué se refiere el texto cuando menciona que en la Patagonia hay diversas comunidades? • Averiguá cuáles son los principales cultivos que se desarrollan en Plottier. $ ¿Por qué será importante la participación de instituciones estatales como el INTA en el asesoramiento de los productores agrícolas? Desarrollo sustentable El desarrollo sustentable de un sistema depende de fa integración de tres esferas: ambiente, economía y sociedad. Las distintas propuestas que tienen como objetivo el desarrollo de sistemas agrícola-ganaderos de bajo impacto se denominan en conjunto estrategias agroecológicas o de desarrollo sustentable. Se caracterizan por reconocer la existencia de una interrelación entre tres esferas: el ambiente, la economía y la sociedad. Una manera de seguir el desarrollo sustentable es a través de indicadores de sustentabílidad, que se construyen comparando las características del ecosistema real con las de un agroecosistema sustentable de referencia. Permiten conocer las particularidades de cada agroecosistema, evaluar cómo se puede mejorar la productividad y disminuir los riesgos, proteger los recursos naturales, prevenir la degradación de suelos, agua y biodiversidad, promoviendo los beneficios socioeconómicos del sistema. Un esquema de trabajo podría incluir los siguientes pasos: 1. Caracterización del agroecosistema, definiendo sus particularidades y cualidades, sus límites y de qué modo fluye la energía en él. Por ejemplo, dónde se ubica, qué se cultiva, cuáles son las condiciones climáticas, qué tipo de insecticidas o fertilizantes se utilizan, de dónde obtienen el agua para el riego si lo hubiere, quiénes son las personas que trabajan en él, y otras características comprendidas dentro de las tres esferas mencionadas. 2. Determinación de sus puntos críticos, estableciendo fortalezas y debilidades. Una debilidad podría ser si algún insumo utilizado es muy oneroso o si el trabajo está desorganizado. En cambio, podría ser una fortaleza si los residuos orgánicos que produce un corral de cerdos son utilizados como fertilizante naturnl del campo cultivado. 3. Selección de indicadores estratégicos, determinando los parámetros óptimos entre los que pueden oscilar. Un indicador podría ser el estado nutricional del suelo, o el costo de producción de los insumos externos, por ejemplo el combustible. 4. Diseño de herramientas para la obtención de información relevante en relación a la medición y monitoreo de los indicadores. Para los indicadores mencionados en el punto anterior, podrían ser la toma de muestras de suelo a intervalos regulares en el tiempo, o el registro de la oscilación del precio de los combustibles utilizados en un determinado período. 5. Presentación e integración de resultados. En esta etapa se compendia toda la información obtenida, evaluando qué indicadores deben ser modificados. 6. Elaboración de sugerencias para favorecer la sustentabilidad del sistema. Como resultado del análisis, se implementan actividades que permitan realizar los ajustes necesarios que conduzcan a mejorar la sustentabilidad. Los pasos se repiten cíclicamente, y en cada ciclo el sistema estará más cerca del ideal. Estas estrategias resultan útiles para el debate y la toma de decisiones a distintos niveles: así como lo,s agricultores pueden implementar medidas para mejorar la sustentabilidad, también el Estado puede obtener información que permita construir políticas agrarias ¿ue tengan influencia en el logro de los objetivos propuestos. Las pasturas dentro del bosque pueden ser utilizadas por el ganado mientras se desarrollan nuevas plantaciones. La biodiversidad y los bancos de germoplasma ........................................................................................................................................................................_.. ,................................................... La agricultura como una gran revolución verde per- Norte se instaló la Bóveda Mundial de Semillas mitió el desarrollo de muchas variedades vegetales y de Svalbard. Inaugurada en 2008, por Nikolái animales de alto rendimiento, adaptadas a distintos Vavílov, en ·esta "Arca de Noé de las especies tipos de ambientes. Sin embargo, a medida que la vegetales" hay semillas representativas de las práctica se fue consolidando con el paso del tiempo, colecciones de los 1.400 bancos de semillas que los agricultores dejaron de cultivar las variedades hoy existen en el mundo. La bóveda está ubica- originales, lo que redujo la diversidad biológica. da una zona permanentemente helada y libre de Con el objetivo de preservar la biodiversidad na- terremotos, a 122 metros sobre el nivel del mar, tural, se consideró que guardar en un lugar seguro lo que garantiza que las semillas estarán secas la mayor cantidad de semillas de estas variedades incluso si se derriten los hielos de los casquetes originales podía ser una buena estrategia. La idea polares. inicial la tuvo, a principios del siglo pasado, un botánico ruso, Nikolái Vavílov. Hijo de un comerciante ¿Quién debería custodiar la Bóveda Mundial de de Moscú, había crecido en una aldea pobre y abru- /as Semillas? mada por la pérdida recurrente de las cosechas y por la escasez de alimentos. Vavílov recorrió entre En la·· Argentina también se trabaja en este 1920 y 1930 los cinco continentes, recogiendo sentido: el INTA conserva más de 30.000 especies semillas de variedades silvestres de plantas cul- vegetales en la Red de Bancos de Germoplasma. tivadas y de las variedades menos conocidas de La colección está formada por especies silvestres las plantas de consumo. Su objetivo fue preser- y emparentadas con cultivos, variedades obsole- var los genes de las especies que confieren ca- tas y tradicionales, razas locales producto de la racterísticas tan importantes como la resistencia selección empírica en áreas de producción, va- a las enfermedades y las plagas, y la capacidad riedades modernas actualmente en uso, líneas de soportar condiciones climáticas extremas. Su avanzadas y materiales genéticos especiales ob- colección es considerada el primer banco mundial tenidos a través de investigaciones. El rescate de de germoplasma, y se conoce hoy que estuvo en .fas especies tradicionales permite, por ejemplo, la riesgo durante la segunda guerra mundial. Docu- reforestación de sitios degradados por la explota- mentos históricos revelan que mientras el ejérci- ción de los hidrocarburos en la Patagonia mediante to alemán asediaba San Petersburgo, Hitler había la resiembra de especies de arbustos nativos, o la encargado a una de sus unidades la misión de apo- recuperación por los pueblos originarios de varie- derarse del banco de semillas de Vavílov. Para pre- dades ancestrales de maíz o papa que se habían servarlo, un grupo de científicos guardó en cajas : dejado de cultivar. muestras representativas de las semillas, las llevó Todas las muestras se guardan en condiciones al sótano y estableció turnos para vigilarlas hasta apropiadas de conservación para permitir que se el fin del asedio en la primavera de 1944. encuentren disponibles indefinidamente para las 1 ¿Cuál pudo haber sido el interés de Hitler en conservar el banco de semillas de Vavílov? Inspirada en la idea de Vavílov, en la isla noruega de Spitsbergen, a 1.125 kilómetros del Polo generaciones futuras. Desde el punto de vista socioeconómico, ¿qué otra cosa pensás que se debería preservar para las generaciones futuras en relación con /as especies nativas? ... No hay dudas de que la humani- esta actividad humana con cultivos y espacio, y generar grandes benefi- dad llegó hasta donde llegó gracias transgénicos, como el maíz resisten- cios económicos, pero ha reducido a la agricultura. Nos permite obtener te a herbicidas y a virus vegetales. la cantidad de mano de obra en los comida, bebida y vestimenta, entre De esta manera la manipulación campos. Además, esta alta produc- otras cosas . genética aumentó las cosechas por tividad necesita un gran consumo unidad de superficie. energético, generalmente de com- Sin embargo, en los últimos setenta años, y luego de la Segunda Sin embargo, lo que más revolu- Guerra Mundial, se desarrolló una cionó a la agricultura industrial fue bustibles fósiles. Algo que genera hoy una gran inmensa batería de productos quí- la incorporación de la maquinaria polémica y es tema de debate es micos sintéticos, como pesticidas y agrícola, principalmente del tractor que este tipo de agricultura tiene un fertilizantes, que permitió el aumen- y de la cosechadora. Los equipos fuerte impacto sobre el ambiente. to de la producción de alimentos a agrícolas son un grupo de aparatos El uso intensivo de fertilizantes una escala nunca antes vista. La diseñados para abrir surcos profun- genera contaminación con nitrógeno, incorporación de procesos mecani- dos en la tierra, remover y desmenu- fósforo y magnesio en ríos, lagos y zados y tecnológicos permitió años zar el suelo, fertilizar y sembrar. aguas subterráneas. Además. el cul- más tarde la creación de grandes A principios del siglo xx, en Estados tivo de una sola especie vegetal, o monocultivos en todo el mundo. Na- Unidos, se necesitaba un agricultor monocultivo, estimula el aumento de ció así la denominada agricultura para obtener alimentos para dos a las invasiones de insectos yrnalezas, industrial, cinco personas. Hoy, debido al uso que generan plagas especializadas altamente tecnificada. La agricultura no solo provee de ali- de la tecnología, los agroquímicos que reducen el rendimiento agrícola. mento para los seres humanos y los y el mejoramiento de las semillas, Para compensar estas pérdidas eco- animales domésticos. También pro- con el trabajo de un granjero es nómicas, los productores recurren al duce flores, plantas ornamentales, posible alimentar a 130 personas. uso de pesticidas y herbicidas, que madera, combustibles (como etanol Esta agricultura industrializada, ba- poseen una acción rápida, son de fá- . y biodiésel) y productos farmacéuti- sada en sistemas intensivos, tiene cil aplicación y tienen una larga vida cos. Además, gracias a la ingenie- por objetivo producir grandes canti- activa, pero producen efectos secun- ría genética, se ha complementado dades de alimento en menos tiempo darios no deseados, como la contaminación del suelo, el aire y el agua. La agricultura industrial va agotando los nutrientes del suelo y facilita su desertificación, obligando a abandonar esos terrenos para arar otros nuevos que, a su vez. se agotan, lo que crea un círculo vicioso. Un ejemplo de esto es la progresiva deforestación de la selva del Amazonas y de la selva misionera en nuestro país. En un comienzo, los rendimientos producidos por la agricultura industrial beneficiaron tanto a la industria alimenticia como a la población, pero hoy los niveles de producción han disminuido y se ha convertido en una agricultura no sustentable, ya que el suelo es un recurso renovable, pero no inagotable. Para protegerlo, existe otro tipo de agricultura: la sustentable. La agricultura sustentable tie- de realizar un cambio en el pa- que las soluciones deben pensarse ne como objetivo obtener un mejor trón de producción que ha venido siguiendo la agricultura industrial. de acuerdo con las necesidades y las endimiento de los cultivos pero uidando el ambiente. Por ejemplo, iene enormes beneficios para los La agricultura sustentable es beneficiosa para el medio ambiente, el uelos, ya que favorece la reduc- agricultor y el resto de la sociedad, ión de la erosión, el incremento en · s niveles de materia orgánica que ya que da respuestas a los excesos de la tecnología y a Jos patrones de vorecen su fertilidad natural, adeás de una mayor capacidad de rención del agua y un riesgo menor inundaciones. Este tipo de agricultura no solo ne en cuenta los factores econó1'cos y ecológicos, sino también los comercio y consumo dominantes, Por último, ya es claro para todos los actores sociales del sector que no existe una única manera de intervención tecnológica para el posibilldades de las comunidades, y en relación con las condiciones tanto biológicas como físicas y socioeconómicas en las que cada una de estas comunidades se emplaza. Fuentes: http://agriculturasustentable ysostenible.blogspot.com.ar/2011/04/ agrícultura-sustentable.html; http://www.greenpeace.org/espana/ es/Trabajamos-en/Transgenicos/ Agricultura-industrial/ desarrollo de los agroecosistemas, y clales. Considera la satisfacción las necesidades humanas y la jora de la calidad de vida de los ricultores y de la sociedad. Frente una agricultura intensiva, la sustable representa una alternativa ra mantener en pie a las econos rurales regionales, ofrecer bllidad a una agricultura soclal y nar la tendencia hacia una procción industrial sin agricultores. Un tema de debate actual es si puen convivir la agricultura sustentable industrial en un mundo cada vez .:s necesitado de alimentos. En los irnos años, la producción sustenta- e ha experimentado un aumento en extensión y una gran aceptación muchos lugares del mundo. En ralelo, continúa existiendo un molo de producción industrial basado el monocultivo de variedades de Teniendo en cuenta la crisis energética y medioambiental actual, ¿qué te paree.e más adecuado para el ambiente: una agricultura industrial o ura agricultura sustentable? Debatí con tus compañeros. o rendimiento y en la dependencia 1 uso de agroquímicos, a los que se e un elevado nivel de mecanización specialización productiva. A medida que pasen los años, rá indispensable lograr un mejor provechamiento del suelo. En ese entido, la agricultura sustentable conoce la existencia finita de los cursos naturales y la necesidad . 1:1) e} ¿Qué revolucionó más a la agricultura industrial, la aparición del tractor o el desarrollo de los cultivos transgénicos? Justificá tu respuesta. La agroecología es la ciencia que integra los conocimientos científicos de la ecología con la agronomía y que considera al campo como una unidad, como un ecosistema agrícola. Según lo visto en estas páginas, ¿creés que es una ciencia con futuro? ¿Por qué? Recordá 1~. Uní cada concepto con su definición. y reemplazada por los cereales a la llegada de los españoles, a pesar de constituir un alimento básico de la población a través de muchas generaciones. a) ¿Con qué tipo de agricultura sería cultivada la quinua en la época de los incas? b} ¿Con qué criterios fueron desarrolladas las distintas variedades de quinua? e} ¿Colocarías la quinua silvestre en el arca de Noé de las semillas? 11. Ordená la secuencia de pasos que deben seguirse para implementar e! control biológico de una plaga en un cultivo. Identificación de enemigos naturales - Identificación de la plaga - Control de la eficacia del tratamiento Introducción de los enemigos naturales - Estimación de la población de la plaga - Estimación de la población del o de los enemigos naturales. 12. Construí una tabla en la que se muestren las diferencias entre un agroecosistema y un ecosistema natural. 13. Vinculá las siguientes palabras en una oración o texto corto que exprese alguno de los conceptos aprendidos a lo largo del capítulo. a} Agroecosistemas - intensivo - intervención. b) Mejoramiento - biotecnología - producción. e) Ganadería - extensiva - eficiencia. Re!acioná 14. Leé el siguiente texto y respondé las preguntas. La quinua, una plahta andina, muestra la mayor distribución de formas, diversidad de genotipos y de progenitores silvestres, en los alrededores del lago Titicaca de Perú y Bolivia. Existen evidencias de que su domesticación tomó mucho tiempo !lasta conseguir la planta cultivada a partir de la silvestre, proceso que probablemente se inició como planta usada principalmente por sus hojas en la alimentación y luego por las semillas. Posteriormente, la especie fue adaptada· a diferentes condiciones: para su cultivo desde el nivel del mar hasta los 4.000 metros de altura y para usos diversos en las diferentes comunidades étnicas de acuerdo con sus costumbres y necesidades alimentarias. La quinua fue cultivada y utilizada por las civilizaciones prehispánicas, Resolvé 15. Observá el siguiente esquema, que representa una cadena alimentaria, y respondé. Algodón Insectos Aves Yagua reté a) lndicá qué representan las flechas. b) lndicá quién cumple la función de productor, de e) d) e) f) g) consumidor primario, de consumidor secundario y de consumidor terciario. Si el algodón fuera Bt, ¿cómo afectaría a los insectos que se alimentan de él? Campará tu respuesta anterior con otra si se sembrara algodón tradicional y se aplicara una dosis de insecticida. ¿Qué podría sucederles a las aves que se alimentan de los insectos? ¿Qué efecto tendrían los cultivos Bt sobre los consumidores secundarios o terciarios? Campará lo que sucedería en un agroecosistema sin cultivo transgénico desde el punto de vista del impacto ambiental. lnvestigá 16. Buscá ejemplos de la llamada biotecnología verde. 17. Averiguá por qué es importante saber, en los agroecosistemas en los que se cultiva eucaliptus, la relación que existe entre otras dos especies, como Phoracantha semipunctata, un escarabajo apodado "el taladro de los eucaliptus", y la avispa Avetianel/a longoi. · :Rea/izá la de la página 240.: Para aprender entre todos ¿Qué es ·un proyecto? .·........................'~ ................................................ 214 Proyecto 1 Recopilar recetas ... con salud ............_.................................................. 215 Proyecto 2 . 1 Informar... adelantos biotecnológicos ):Jien argentinos ............................ 219 Proyecto 3 Argumentar... por un ambiente mejor .................................................... 223 En muchas ocasiones de nuestra vida cotidiana elaboramos proyectos. Vos mismo lo hacés cuando planificás con un grupo de compañeros la salida del fin de semana o acordás con varios amigos la participación en un campeonato de fútbol. .. Elaborar un proyecto consiste en planificar una serie de actividades o tareas con el interés de lograr un objetivo. Es una actividad que se conforma con una sucesión de pasos, es decir que se trata de un proceso. En ese proceso deben ponerse en juego las distintas habilidades y conocimientos que poseemos. Si necesitamos algún conocimiento que no poseemos para lograr los objetivos propuestos, debemos hacer todo lo necesario para adquirirlo. Así, un proyecto es un motivo para seguir aprendiendo. En todo proyecto se parte de un punto inicial en el que se plantea un problema, una pregunta o una inquietud, y a partir del que se realiza un diseño evaluando con qué se cuenta y adónde se pretende llegar. Luego hay que concretarlo mediante distintas actividades de desarrollo, para finalmente volcarlo en el producto terminado, ocasión en la que deberemos evaluar si se cumplió el objetivo propuesto. En esta sección, les proponemos tres proyectos para realizar en forma grupal y colaborativa. Tienen como propósito la adquisición y el afianzamiento de habilidades relacionadas con la comunicación de la ciencia, como explicar, describir, definir, argumentar, leer para confrontar, leer para ampliar información, etc., sin descuidar, en todos los casos, el uso adecuado del vocabulario científico. No es lo mismo contarle a un amigo cómo fue tu fin de semana que explicarle en qué se fundamenta un trabajo científico. La expresión de las ideas en ciencias requiere de un lenguaje preciso, objetivo y, a veces, nuevo o de uso poco frecuente. Con estas premisas, les planteamos tres proyectos: • Hacer un recetario de comidas típicas argentinas que incluya el o los nutrientes principales que aporta cada plato, describiendo y explicando la importancia de una alimentación saludable. Redactar un informe periodístico sobre los avances biotecnológicos en nuestro país, justificando y explicando el porqué de su relevancia para la comunidad. Realizar un debate dramatizado a modo de "Juicio a la agricultura moderna", en el que distintos participantes intepreten diferentes roles en un agroecosistema y argumenten claramente cuál es su postura. Etapas de un proyecto Para que puedan concretar estos proyectos, les proponemos que en cada uno de ellos sigan una guía de tareas: ./ El planteo de un objetivo a través de una situación simple' y cotidiana, acompañada de Preguntas para arrancar, a partir de;;las cuales se diseña el trabajo. r ./ La realización de las tareas planificadas, teniendo en cuenta la consulta de sitios de Internet mediante el Espacio tecnolügico, y proponiendo preguntas para ir evaluado el proceso en la plaqueta ¿Cómo vamos? ./ La presentación de lo producido, incluyendo una consideración crítica del trabajo realizado completando las plaquetas ¿Cómo nos íue? A Pablo le gusta cocinar. Su familia, que procede del norte de nuestro país, disfruta mucho de reunirse los fines de semana y en las fiestas patrias. No hay 25 de Mayo sin jugosas empanadas ni 9 de Julio sin un suculento locro. La que más sabe de comida tradicional es la abuela Ana, encargada de la cocina familiar. De ella, Pablo ha aprendido mucho. iA Ana le encanta charlar cuando cocina! Según cuenta la abuela, sus hijos -salvo por un resfrío o una gripe- siempre fueron chicos fuertes y sanos, nunca se enfermaban. Y esto fue así porque siempre les cocinó variado y aprendieron a comer bien. En la escuela, Pablo ha estudiado el tema de la alimentación, la salud y la cultura, y sabe que la salud integral de una persona depende mucho de su nutrición. Desde esa charla con su abuela, le andan rondando por la cabeza algunas ideas que no sabe cómo concretar. Tendría que hacer un libro con todo lo que su abuela sabe de cocina y la buena alimentación. Anteayer, cuando la profesora de Biología pidió a los estudiantes que eligieran un tema para realizar un proyecto vinculado con la alimentación, no lo dudó ni un instante: trabajará en la realización de un recetario de comidas típicas que se preparan a lo largo y ancho de la Argentina. Varios compañeros se sumaron al proyecto. Preguntas para arrancar . e ¿Cuál es la diferencia entre los términos comida, alimento y nutriente? ¿Cuáles son las funciones de los nutrientes? • ¿A qué se llama "composición nutricional de los alimentos"? ;e ¿Cuáles son las diferentes composiciones químicas que pueden presentar los nutrientes? • ¿Qué cualidades debe tener la alimentación para que resulte saludable? e ¿Por qué se habla de una cultura alimentaria? En este primer proyecto, les proponemos recolectar información sobre distintas recetas tradicionales de nuestro país y escribir 1.m recetario indicando la importancia nutricional de cada plato. Esta compilación resultará útil no solo para ustedes sino también para sus familias y para la comunidad en general. En este trabajo tendrán que poner en juego ciertas habilidades lingüísticas, como la descripción y la explicación, necesarias para transmitir la información en forma adecuada. Además, adquirirán conocimientos vinculados con la alimentación saludable, es decir, con conocer cuáles comidas son aconsejables y cuáles no. Al final del proyecto les pedimos que evalúen su trabajo para que puedan advertir cuáles fueron sus avances y cuáles los puntos que deben mejorar. Como primera actividad, formen equipos de trabajo. Con el asesoramiento del docente, y teniendo en cuenta lo visto en "Preguntas para arrancar", cada grupo elegirá un tema. Más allá de incluir en el recetario la información referida a la alimentación saludable, algunos temas posibles para destacar podrían ser: ./ Cultura alimentaria argentina . ./ Influencia de otras culturas en nuestra alimentación . ./ Preparación de comidas y acceso a determinados alimentos en diferentes regiones del país. A continuación, planifiquen entre todos cómo llevarán a cabo la búsqueda de información. Luego, en cada grupo distribuyan las actividades. 1.º Dividan un mapa de la República Argentina en las diferentes regiones geográficas: Litoral, Noroeste, Patagonia, Cuyo, Pampa húmeda. 2.º Busquen informacióo sobre lo que se cocina y lo que se come en cada región. Para conseguir más información, pueden recurrir a fuentes tradicionales como libros y diarios, o a páginas de internet. También será importante buscar información oral. Pueden organizarse para conversar con diversos referentes culinarios y tomar nota de las distintas formas de preparar las comidas argentinas. ~ Luego de conseguir la mayor cantidad de información, reúnanse para discutir qué recetas estarán incluidas en el recetario y cuáles no. Pueden utilizar diferentes criterios para realizar esta selección. Dado que el objetivo de este recetario es considerar cóm'o se vinculan alimenta; ción y salud, quizá uno de los criterios que .deberán tener en; cuenta para definir qué platos deben integrarlo sea considerar aquellas preparaciones más equilibradas nutricionalmente o que mejor se ajustan a las leyes de la alimentación de Pedro Escudero o a las guías alimentarias de la AADYND (Asociación Argentina de Díetistas y Nutricionistas Dietistas). Una vez elegido el o los criterios de selección, acuerden qué recetas compondrán el recetario. ¿Fue fácii accedE:r a la informació:> culinaria? ¿Hay mucha información dispo 11ibie acerca de la composición nutriciona! de los alimentos? ¿Hubo participantes que no pudieron cumplir con la tarea asignada? ¿Cómo lo solucionaron? ' ¿Fue interesante realizar las entrevistas con las personas que tenían información por su propia experiencia? Elalioración del recetario Para este trabajo necesitarán fotos e ilustraciones, cámara fotográfica, papel o anotador, computadora, tijeras, adhesivo, lapicera, fibras de colores y cartulina. ~ Al comenzar con el desarrollo del recetario tendrán que decidir cómo será su diseño. 1.º Reúnanse para conversar qué formato le darán al recetario. Hay varias posibilidades, por ejemplo, que cada receta sea una hoja removible para que se pueda separar mientras se la lee (tipo fichas), o bien todas juntas y anilladas para que ninguna se pierda. 2.º Junten todas las recetas que consiguieron, c/asifíquenlas y escriban el índice. Esto los ayudará a ordenar la información. 3.º Si deciden acompañar recetas con fotos o ilustraciones, pueden obtenerlas fotografiando a algún familiar mientras cocina, elegir imágenes de uso libre de la Web o dibujar. Designen el grupo que se encargará de las imágenes. Una vez planificado el recetario, será conveniente hacer un borrador. Aunque sea aun sin contenido, es muy útil armar un "simulacro" que contenga el mismo número de páginas que el definitivo, para determinar qué longitud abarcarán las distintas recetas con sus imágenes, el orden de aparición, la ubicación relativa. Este borrador se suele denominar "mono". ¡No se olviden el diseño de la portada, que será la carta de presentación del trabajo! Algunas páginas que pueden consultar en Internet: Mitos en alimentación saludable www.cofatuc.org.ar/ap allmentacion saludable.php Factores sociales y culturales en la nutrición htlp:l/www.fao.org/docrep/006/w0073s/w0073s08.htm Recetario tradicional argentino 1www.allmentaclon-sana.org/informaclones/chef/argentlna. Alimentación Saludable en la Argentina htm wwVí,illsal.gov.ar/argentina-saludable/lin~~~ftlllment'li<iQtl,J1tml www.argentina.gQ_b.ar/informaclon/cultura/10Q-comldast%C3%ADpic~ Asociación Argentina de Nutricionístas www.aadynJ:!.&rg,_ar/confiltlgs-allmentaclon Ahora, a escribir. Esta es la parte más importante del recetario, ya que cada texto deberá ser claro, sencillo y completo. 1.º Escriban cada receta en borrador y no se olviden de incluir el o los nutrientes principales que aporta. Al hacerlo, tengan en cuenta que, en cada una, los pasos a seguir deben estar bien descriptos y explicados de modo que, cuando una persona se disponga a cocinar con ella, tenga que poder reproducirlos sin inconvenientes. ¡Piensen bien cómo redactar cada uno! 2.0 Muestren su trabajo a los docentes de Biología y de Lengua, para que lo corrijan y hagan sugerencias que permitan mejorar el producto final. Seguramente ustedes deberán hacer modificaciones, las que conducirán a la versión definitiva del recetario. 3.º Pasen en limpio las recetas utilizando la computadora (si no disponen de una, escríbanlas en letra imprenta y prolija). 4.º Ubiquen las ilustraciones o fotos junto a cada receta y ajusten el texto si es necesario. 5.º Impriman más de una copia y armen el recetario en el formato final elegido. 6.º Con la cartulina preparen la tapa y contratapa. Pueden ponerle un nombre de fantasía e imágenes. ¡Ya está listo el recetario! 7.º Ahora, habrá que darle difusión, repartiéndolo en la escuela, en las casas. Quizá sea interesante conversar con los médicos y nutricionistas de la salita del barrio para ponerlo a disposición de los que allí asisten. Todas son buenas opciones para la difusión de su trabajo. ¿Cómo nos fue? ¿Están satisfechos con el trabajo realizado? ¿Todas las decisiones tomadas fueron acertadas? ¿Qué deberían haber mejorado? ¿Les parece que puede mejorar la salud alimentaria de quienes lo utilicen? Valoramos nuestro trabajo Hacé una evaluación de cómo fue tu desempeño en este trabajo marcando con una X la casilla que refleje tu opinión acerca de tu propia participación. ,.,. "' ,..",.. ~ ~ <lJ ...J N ~ > c. • ,ci ~, . 2 .E ¡;:¡ ~ "' :¡; ¿ § ,,"' .;; ~ •e " o u 'o e o.. «'. v; "'e: ~ e ~ g :y " ~ ~~ Francisca mira la televisión con su papá. Están viendo un programa en el que se presentan diferentes proyectos de investigación que se están llevando adelante en nuestro país. Ambos están muy interesados y sorprendidos. En el programa de hoy están informando sobre el desarrollo a través de biotecnología de una vacuna para el tratamiento del cáncer de pulmón en etapas avanzadas. Al terminar el programa, el papá comenta: ''Qué bueno sería que todos los adelantos biotecnológicos se conozcan y difundan". Francisca se va a su habitación con la frase en la cabeza. Es una chica inquieta a la que le gustan los medios de comunicación en general. Piensa que qui- _, zá, cuando termine la escuela secundaria, sería bueno estudiar y dedicarse al periodismo. Se recuesta un rato en la cama, disponiéndose a escuchar un poco de música, pero el comentario de su papá le suscita atención todavía. A la mañana siguiente, en la hora de Biología, la docente les propone que hagan un trabajo grupal sobre el tema que están tratando en este trimestre, la biotecnología. Francisca se acuerda de la conversación con su papá la noche anterior, y propone realizar una investigación sobre los adelantos biotecnológicos en el país y, con la información, escribir un informe periodístico. Su grupo acepta pronto su propuesta. Será su primer trabajo como periodista científica. Preguntas para arrancar ¿Por qué se dice que la biotecnología es una interfa- ¿Qué rol tienen la genética y la bioquímica en la se entre la ciencia y la industria? ¿En qué consiste? biotecnología moderna? ¿Por qué se considera que hay una biotecnología tra- ¿En qué campos de la industria puede aplicarse la dicional y otra moderna? biotecnología? Nuestro trabajo La propuesta en este caso es realizar un informe periodístico sobre los avances de la biotecnología en la Argentina. Tendrán que escribir un guion, seleccionar imágenes o videos, leer y elegir trabajos científicos, tomar testimonios de científicos. En primer lugar, es importante que discutan en el grupo de trabajo a quién estará dirigido el informe periodístico que están proyectando hacer. Podría ser para la comunidad en general, como los informes que prepara el programa que veían Francisca y su padre, o bien para los compañeros estudiantes de los últimos años del nivel secundario de la escuela, o quizá para el nivel primario. Es clave esta definición porque de eso dependerá el tipo de informe a realizar. Además, el punto de partida para la elaboración de un informe consiste en sa~ ber qué se quiere contar. Es decir, habrá que realizar una búsqueda bibliográfica muy exhaustiva para tener a mano toda la información posible sobre el tema. ¿Qué tema? Eso también es importante de definir. Un tema muy extenso probablemente dé lugar a un informe muy largo y tal vez pueda resultar aburrido o tedioso. Un tema muy restringido quizá sea insuficiente para un informe con cierto peso. Por eso es importante leer detenidamente toda la información disponible para luego decidir. Al finalizar, les proponemos que evalúen su trabajo en equipo e individual. Jlro- Como primera actividad, decidan entre todos a quién estará dirigido el informe periodístico y debatan sobre qué quieren informar. Algunos de los temas que pueden tratar en el informe son: ./ La biotecnología en la Argentina durante los últimos años . ./ La aplicación de biotecnología a determinada industria . ./ La relación de los hallazgos biotecnológicos con la salud humana. Jlro- Jlro- Luego de la discusión, comenten sus decisiones con la docente de Biología. En función del tema elegido, planteen el o los objetivos de trabajo y divídanse en grupos para abordar los objetivos propuestos. Una vez definidos los objetivos generales del. informe, habrá que comenzar a buscar en todas las fuentes disponibles la mayor cantidad de información posible. Algunas páginas de Internet para consultar: Cámara Argentina de Biotecnología www.cabiotec.com.ar Colegio Argentino de Biotecnólogos colegloargentinodeblotecnologos.blogspot.com.ar/ Centro Argentino-Brasileño de Biotecnología · www.mlncyt.gob.ar/acclon/cabblo-centro-argentlno-brasile~ Redbio redbloargentina2013.com.ar/ no-de-biotecnologla-6452 Elaboración del inforrne Toda Ja información obtenida debe ser leída en profundidad por cada uno de los grupos de trabajo. Si algún dato no es comprensible, pidan ayuda al docente para aclarar algún concepto, o que les facilite alguna bibliografía adicional que les permita entender completamente la información recolectada. 1iJ>- Reúnan la información que obtuvieron con su investigación y analicen cuál les sirve para redactar el informe periodístico. Sería útil que cada grupo pueda hacer una síntesis de la información con la que cuenta para compartirla con los otros grupos y detectar, por ejemplo, si una misma información ha sido hallada en diferentes fuentes. También es posible que surjan discordancias en los datos. Si así sucediera, corresponderá que se busquen datos adicionales para arribar a la información correcta y apropiada. Una vez que todos los estudiantes que realizan el informe están al tanto de todos los datos que recolectaron, evaluarán en conjunto si las decisiones que tomaron en la planificación del trabajo fueron acertadas o no. pi. Detecten si hay algún tema que les interese en forma particular. A veces, en una determinada región de nuestro país, hay una inquietud particular, por ejemplo, en el Litoral existe preocupación por la instalación de las fábricas de pasta de celulosa junto al río Uruguay, y quizá resulte interesante analizar los delantos biotecnológicos vinculados con la reducción de los desechos de estas inustrias. O bien, conocer qué fármacos son obtenidos por biotecnología en nuestro aís o, en su defecto, qué proyectos hay en marcha sobre. este tema. JI> Clasifiquen el tema según algún criterio que elijan. Un criterio importante de clasificación podría ser en qué ámbito de la ciencia fue levado a cabo cada uno de Jos avances biotecnológicos. Podría ser un experimento ealizado en el ámbito de alguna universidad pública, en algún laboratorio pertene)ente al Conicet u otro organismo de promoción de la actividad científica, o quizá e haya hecho en el ámbito privado, en una empresa nacional o internacional. Este s un criterio, pero es probable que puedan surgir otros. Muchas veces lo que parece más fácil resulta lo más difícil; tómense su tiempo para pensar qué título le pondrán al informe. • ¿Qué dificultades encontraron en la búsqueda de la infotmación? ¿Todas las fuentes consultadas fueron confiables? • En las fuentes de información, ¿encontraron Jos.datos e;n forma organizada o desorganizada? ¿Todos los integrantes del grupo de trabajo cumplieron con las tareas asignadas? ¿Hubo grupos que, en función de la tarea abordada, tuvieron mayor trabajo que otros? ¿Cómo lo solucionaron? Redacción de! informe Para escribir el informe, previamente deberán hacer una serie de actividades. 1.º Busquen otros trabajos periodísticos de la misma naturaleza aunque difieran en la temática para ver cómo debería estar conformado el de ustedes. Observen si tiene secciones, si se acompañan de imágenes, gráficos o esquemas explicativos, o si solo consiste en un texto escrito. 2.º Comparen si el formato que tienen los informes que están revisando se adap- .... ta a los objetivos y el tema que se han propuesto. Por ejemplo, si el informe va a ser comunicado oralmente, carecerá de sentido que tenga gráficos o fotografías, pero sin duda serán muy ilustrativos si se tratase de un informe que será comunicado gráficamente. 3.º Elaboren un esquema general del contenido del informe, proponiendo el formato que tendrá. Piensen si es conveniente que tenga una introducción, un desarrollo y conclusiones, o si desean que finalice como un resumen de toda la información. 4.º Redacten un borrador de cada sección utilizando un lenguaje sencillo pero apropiado al destinatario del informe. 5.º Cuando esté listo el informe, muéstrenselo al docente de Biología y al de Lengua para que se los corrija. 6.º Finalmente, realicen la escritura y el diagramado final. ¿Cómo nos fue? ¿Cuál fue la principal dificultad que se presentó en el trabajo? ¿Todos los participantes pudieron dar su opinión? • ¿Los debates que se plantearon fueron interesantes? • ¿El informe resultó completo y claro? • ¿Qué habrían hecho diferente si tuvieran que volver a pensar la tarea? Valoramos nuestro trabajo • Hacé una valoración crítica de tu participación en este trabajo y marcá con una X cómo estuviste. "' O'l "::"' ~ ~ E _,">- '~ '~ Q. ] .s 8 8 ,,:¡;" "'"'""' :§ " :e .<: ~ .E n.e '1 "'e ~e"' " i,". ~.;::e "' Q V> 19 Soledad adora las novedades tecnológicas, siempre está enterada de los últimos adelantos en materia de ciencia y tecnología. Está suscripta a páginas de ¿Sabes lo que comes? Internet que periódicamente la informan sobre avances biotecnológicos. Por su parte, Martina es una estudiante que este año se incorporó a su curso, ya que se mudó del campo a la ciudad. Se crió entre plantaciones de girasol y trigo, sabe cómo cuidar un corral de aves y reconoce cuándo una planta está afectada por alguna plaga. Su familia vendió el campo donde vivía, que ahora es explotado para la siembra de soja transgénica. En la clase de Biología estuvieron estudiando el tema de los agroecosistemas. El docente preguntó acerca de las ventajas y desventajas de la intervención, por parte del ser humano, en los ecosistemas, y Soledad y Martina tenían opiniones muy diversas acerca del impacto ambiental que producen los adelantos que la ciencia propone para la producción agrícola. Tanto se entusiasmaron los chicos con la discusión que el profesor les propuso organizar un debate dramatizado que podría llamarse "Juicio a la agricultura moderna", en el que habrá defensores y acusadores, y en donde participarán distintos personajes como productores, trabajadores rurales, fumigadores, defensores de la ecología. entre otros, cada uno argumentando a favor o en contra de los modernos agroecosistemas. Preguntas para arrancar ¿Qué diferencias hay entre un ecosistema natural y un agroecosistema? ti ¿Qué ventajas trajo a los productores la modernización de la agricultura? ¿Qué características tienen los agroecosístemas ¿Qué desventajas están asociadas a esta moderni- intensivos, en comparación con los extensivos? zacíón? ¿Qué relación hay entre la agricultura tradicional y la ¿Las ventajas y desventajas atañen solamente a los agricultura moderna? productores? ¿Por qué? En este proyecto proponemos realizar un debate dramatizado. Se trata de la representación de un diálogo de carácter argumentativo, en el que dos o más per- sonajes exponen su parecer sobre un determinado tema. En este caso, el debate será parecido a un juicio oral. Seguramente, alguna vez vieron alguna película en el cine o la tele en donde se muestra este tipo de juicios, que son habituales en otros países. En algunos lugares de la Argentina también se utilizan, aunque en general es un tribunal de jueces el que modera las presentaciones y toma la decisión final o veredicto. En estas instancias judiciales, son citados a declarar diferentes testigos o peritos, los que dan su parecer respecto de distintas preguntas que los abogados de una y otra parte les proponen. Los dos abogados representan intereses contrapuestos. Pues bien, van a representar un juicio oral en el que se plantee el debate entre los que atacan a la agricultura moderna y los que la defienden. ~ En primer lugar, dividan el curso en dos grandes grupos, que van a representar las dos diferentes posturas. "" Elijan un moderador, un director y ayudantes para la organización del debate. 1.º Anoten en una lista los nombres de los compañeros que participarán en cada grupo y quiénes serán los moderadores, el director y los ayudantes. 2.º Piensen en qué lugar pondrán realizar el debate y consigan 1.os elementos necesarios (el equipo de sonido, escritorios, sillas). 3.º Cada equipo deberá pensar qué personajes serán parte del debate, y luego, asignar cada rol a un compañero. 4.º Entre todos los integrantes del equipo deberán hacer una breve descripción de las características más notorias de cada personaje, indicando qué postura tendrá y en qué basará esta toma de posición. 5.º Al finalizar, deberán consultar su propuesta con el profesor. Como ya les comentamos, algunos de los personajes que podrían participar del juicio son: los productores agropecuarios, los empresarios que comercializan semillas o agroquímicos, los vecinos de los campos cercanos a la región donde se fumiga o se aplican agroquímicos al suelo, los funcionarios del Estado, como el ministro de agricultura, o sus representantes a nivel provincial y local, e investigadores del INTA que participan de los desarrollos tecnológicos aplicables a la agricultura. ¡:¡ ",..,.. ~ ¿Cómo vamos? ¿Qué paso de este trabajo resultó más dificultoso? : ¿Todos los compañeros estuvieron a gusto con la téirea que les tocó? ¿Hubo que revisar la asignación de los roles? 1 El trabajo en equipo requiere del compromiso de todos. ¿Cómo fue la experiencia en este respecto? ¿Fueron autosuficientes o la tarea requirió de mucha ayuda de profesores, amigos o familiares? m ~ ~ . ~ _,> ·ao~ .!§ ~ E .E V a ,,• ;§ .r:. e o. ..; "'• " ~ ~" E g Q 8 ~ ~ ~ .e e o.. ...; "'e: "' .!!! ~ e: <'11 (9 Pa1·a comenzar con el desarrollo del trabajo, ies proponemos que se organicen para !levar adelante los siguientes pasos. :'"'/ Busquen información sobre el tema. Si se fijan en el cuadro de espacio tecnológico, podrán encontrar algunas páginas de Internet donde, desde diferentes ángulos, se aborda este tema. Es importante que se realice una exhaustiva búsqueda de información, porque a partir de lo que lean irán diseñando cada uno de los personajes que entren en escena. 2.º A partir de la información que encontraron, cada grupo debe realizar una selección de aquellos datos que pueden ser de utilidad. 3.º Redacten los lineamientos principales de cada personaje y la argumentación que usarán para fundamentar la postura elegida. Recuerden que un argumento adecuado prueba o demuestra una idea o proposición. Quien argumenta intenta siempre convencer a alguien de aquello que afirma o niega. 4.º Todos reunidos, comiencen a escribir un esquema general del debate, organizando la secuencia de eventos que sucederán mientras ocurra. 5.º Piensen qué personajes estarán siempre en el debate, quiénes ingresarán o saldrán y en qué momento. 6.º Definan la cantidad de momentos o escenas que tendrá el debate para que realmente cada personaje pueda transmitir su postura del tema basándose en los datos encontrados. ·1.0 Designen y nombren a cada personaje, y descríbanlos. 8.º Escriban el guion del debate. 9.º Revisen los guiones con el docente de Biología, y también pueden hacerlo con el de Lengua. Será necesario que utilicen un lenguaje sencillo pero ajustado a la temática. Por ejemplo, si un abogado le hace una pregunta a un productor con relación a cómo almacena el grano que se cosecha en su campo, el productor deberá contestar con el término apropiado: deberá decir que utiliza "silobolsa", antes que referir el uso de nailon o polietileno, u otro término que no sea el usual para ese personaje. Algunas páginas web para consultar: La soja en la Argentina www.oel.es/salactsl/waltern.btm www.econ.1.Lba.ar/www/serviclos/Blblioteca/bibllotecadlgltalL !rLd!ce%20alfabetico/archlvos/Apuntes%20cerca%20 .de%2Qla%20hlstoria%20de%201a%20soia%2Qen%2Q i~QArgentlna.%2QElementos%20oara%20delineª1:.%ZQ fil5J.lerienclas%20comgar~ Engorde a corral www.fcagr.unr,edu.ar/Exte1:1slon/AgromensaJes/32/3AM32. - · www.blodjyersldadla.org/Prlncjpal/Coberturas especiales! Cobertura es1H1cial lmrmcto de los feedlots en Argentina Agroecosistemas 'www.agrotecnicounne.t:;Qm.ar/biblloteca/blbliografla· lntroducclon-a-las·cienclas-agrarias/Cag4-AgroecosistemasSarnndonJ:1.gf_ www,agro.unc.es!Y.&rf...::1illllJ.o/AGROECOLOGIA2f:lJ,¡;¡gf Presentación det ULiUª'-"'' ~ Pai-a reali::ar el debate, previamente deberán hacer una serie de actividades. 1.'' Cada participante debe aprender el texto del guion que le corresponda. Es conveniente comenzar los ensayos en grupos pequeños, en los que intervengan los personajes que dialogan entre sí. 2.º Determinen cómo se vestirá cada personaje, qué elementos requiere el espacio donde realicen el debate. Todos juntos, a medida que van ensayando, irán anotando en un papel qué materiales pueden servir como escenografía para la representación y el vestuario que se utilizará. En los placares de las casas de la familia siempre hay algún atuendo interesante para construir a cada personaje. 3.º Conversen con los directivos de la escuela para ver en qué momento y lugar sucederá la representación final, y si participarán como espectadores otros compañeros de la escuela o se invitará solo a las familias. 4.º Verifiquen que su representación esté completa, que no sea confusa y que se entienda el papel de cada personaje. Recuerden que el éxito dependerá de la manera en que presenten la información. 5.0 Una vez ubicado el espacio físico donde se desarrollará la presentación, deberán hacer un ensayo general en el que todo esté listo y preparado, tanto los actores como el espacio y la iluminación. 6.º Finalmente, lleven a cabo el juicio frente a sus compañeros o a personas de la escuela o de la comunidad. Luego, intercambien opiniones con el docente acerca de su desempeño. ¿Cómo nos fue? ¿El público reaccionó como esperaban? ¿Faltó algo para que todo saliera bien? ¿Sucedió algo inesperado? • ¿Qué deberían mejorar para el próximo proyecto? Valoramos nuestro trabajo .._ Hacé una valoración crítica de tu participación en este trabajo y marcá con una X cómo estuviste. Para realizar entre todos ¿Por qué experiencias? ....................................................................... 228 Experiencia inicial Procedimientos científicos .................................................................... 229 Experiencia 1 Fotosíntesis ......................................................................................... 230 Experiencia 2 Espirómetro ......................................................................................... 231 Experiencia 3 Pulsó arterial ....................................................................................... 232 Experiencia 4 Vitamina e en los alimentos ...............................................:................. 233 Experiencia 5 Actividad enzimática ............................................................................ 234 Experiencia 6 • Transporte a través de membranas .... 235 Experiencia. 7 Biogás .............................................../. ................................................. 236 Experiencia 8 ' 1 Compost ............................................................................................. 237 Experiencia 9 Horno solar ......................................................................................... 238 Experiencia 10 Ciclo del agua en el ecosistema ......... ~ .................................................. 239 Experiencia 11 Mini-agroecosistema ............................................................................ 240 J ............................................... El estudio de la Biología nos zambulle en la maravillosa aventura de conocer el mundo, de hacernos preguntas y de buscar respuestas. Sin embargo, para este aprendizaje, es necesaria otra forma de pensar y de mirar el mundo: con ojos de científico. Por eso, en esta sección, les proponemos la realización de algunas experiencias para que se aproximen al trabajo de los científicos. ¿Y qué es realizar una experiencia? En pocas palabras, llevar a cabo una experiencia consiste en reproducir o alterar controladamente las condiciones naturales de modo de abstraer rasgos distintivos de un objeto de estudio o de un problema planteado. Ese control otorga seguridad y confiabilidad al trabajo científico. La experimentación debe seguir ciertas reglas: • El fenómeno que se estudia debe poder aislarse, ya sea de manera formal o real. • La experiencia debe ser reproducible y durar un tiempo apropiado para que se produzca el fenómeno deseado. • En cada experiencia algunas condiciones o variables se irán alterando a voluntad (variables independientes) para ver en qué grado se modifican otras (variables dependientes). En las experiencias que les vamos a proponer en esta sección se requiere el uso de instrumentos de medición (termómetros, cronómetros, etc.) y también de materiales de laboratorio (tubos de ensayo, embudos, pinzas). Durante su realización, un registro organizado .de los datos obtenidos (por ejemplo, en tablas o gráficos) les facilitará su interpretación con el propósito de obtener resultados válidos y necesarios en la elaboración de conclusiones. Finalmente, la expresión oral y escrita de los resultados de estas experiencias es fundamental para contrastarlos con los obtenidos por otros grupos y de esta manera aprender a debatir y defender las conclusiones experimentales. En otras palabras, ¡imposible olvidarnos del informe experimental! Normas de seguridad Es muy importante que, al realizar una experiencia, lo hagan con responsabilidad y respetando ciertas normas de seguridad. Estas normas tienen como objetivo asegurar que la actividad se realice en forma adecuada, sin dañar los instrumentos, y disminuyendo el riesgo para el experimentador y el ambiente. Algunas de estas normas de seguridad son: la higiene del experimentador, la limpieza y el orden del lugar de trabajo, y el uso de herramientas de seguridad, como antiparras, guantes y barbijos. Ahora ya están listos para comenzar a realizar sus experiencias como científicos ... ¡Manos a la obra! • ¿Qué significa poner a prueba una hipótesis? ¿Cualquier hipótesis puede ponerse a prueba? La investigación científica posee aspectos comunes: hacer preguntas, realizar observaciones, plantear hipótesis y probar esas hipótesis mediante experimentos. Sin embargo, para que una pregunta pueda contestarse científicamente y conduzca a una hipótesis válida, debe estar definido lo que se desea saber, poderse experimentar y contener factores que puedan ser medidos. Estos factores que afectan un experimento se conocen como variables. Las variables independientes son las que pueden manipularse, como la temperatura o el pH. Las variables dependientes son afectadas por los cambios de /as variables · independientes; por ejemplo, el peso de una persona (variable dependiente) es afectado por fa cantidad de comida que consume (variable independiente). Las variables controladas son aquellas que deben mantenerse constante durante el experimento. ¿Qué necesitan? Un papel, un lápiz, una mesa cómoda y buena iluminación. ¿Cómo lo hacen? 1.0 Reúnanse en pequeños grupos y elijan cuáles de las siguientes preguntas pueden ser contestadas a través de hipótesis que puedan ser probadas o refutadas mediante procedimientos científicos. Expliquen su elección. • ¿Están relacionadas las malas posturas en la edad escolar con los dolores de espalda en la adultez? ® Cuando una persona está apurada, ¿el colectivo tarda más en llegar? • ¿Por qué los brotes de un tipo de planta soh blancos cuando crecen debajo de las piedras y verdes cuando crecen fuera? • ¿Para que el cabello crezca fuerte hay que cortarse las puntas una vez al mes? 2.º Formulen una hipótesis válida para una de las preguntas elegidas en el punto anterior y piensen de qué manera podrían ponerla a prueba. 3.º Identifiquen las variables dependientes, las independientes y las controladas. 4.º Diseñen un experimento para poner a prueba la hipótesis seleccionada y anoten los instrumentos de medición que deberían utilizar. 5.º Expliquen cómo podrían organizar y analizar los datos obtenidos. '6.º ¿Cuáles son los resultados que probarían que su hipótesis es verdadera o falsa? Escriban una conclusión de la experiencia. Elaboren una conclusión que responda las preguntas iniciales y justifiquen sus respuestas. • Investiguen cómo se logra reducir el error experimental. Discutan en clase sobre el tema. Indiquen ejemplos de variables controladas de un ex~ perimento y qué instrumentos usarían para medirla.s. • Escriban alguna inquietud que tengan sobre algún fenómeno natural y planteen una hipótesis. 1 • ti ¿Se puede demostrar que las plantas producen oxígeno durante la fotosíntesis? ¿Las plantas pueden considerarse sistemas abiertos o cerrados? Las plantas son seres vivos que elaboran su propio alimento mediante ta fotosíntesis. Durante este proceso, absorben agua y dióxido de carbono del ambiente y /os combinan en una reacción química que requiere fa energía de la luz del Sol. Producen así carbohidratos y oxígeno, el cual liberan al ambiente. La elodea es una planta acuática que tiene fa capacidad de generar grandes cantidades de oxígeno durante la fotosíntesis. ¿Qué necesitan? Una pecera pequeña, un embudo de vidrio, un tubo de ensayo, una lámpara, una planta elodea, agua y bicarbonato de sodio. ¿Cómo lo hacen? 1.º Pongan agua en Ja pecera de modo de llenar las % partes de su capacidad. 2.º Agreguen una cucharadita de bicarbonato de sodio al agua y agiten hasta que se disuelva (el bicarbonato en agua lib·era dióxido de carbono). 3.º Coloquen dentro del embudo uno o dos tallos de la planta elodea. 4.º Sumerjan el embudo en la pecera con agua, con la boca hacia abajo y el vástago apuntando hacia arriba. Procuren que el o los tallos de elodea queden completamente sumergidos. 5.º Llenen el tubo de ensayo con agua. Uno de Jos integrantes del grupo tapa la boca del tubo con un dedo. 6.º Inviertan el tubo con agua y colóquenlo en el vástago del embudo como muestra la fotografía, con mucho cuidado de que no se escape el agua. 7.° Ubiquen el dispositivo en algún lugar donde reciba la luz directa del Sol o bajo la lámpara. Observen lo que ocurre durante cinco minutos. 8.º Retiren el dispositivo de la luz y observen lo que ocurre. Registren todas las observaciones. 9.º Repitan el experimento pero sin exponer el dispositivo a 1.a luz. Mencionen las diferencias observadas en los resulta- Analicen los resultados e intenten elaborar una con- dos del experimento con luz y sin luz. clusión que responda las preguntas iniciales. Indiquen cuáles son los materiales que la planta Respondan la siguiente pregunta formulando la toma del ambiente y cuáles los que libera. respuesta como una hipótesis e indiquen cómo po- Expliquen cómo se relaciona este proceso con la drían comprobarla mediante una experiencia senci- nutrición en el ser humano. lla: ¿qué ocurriría en la experiencia si no le agregan bicarbonato de sodio al agua? ¿Qué factores influyen en la capacidad respiratoria del ser humano? ¿Es diferente esta capacidad entre varones y mujeres? El espirómetro es un instrumento que se utiliza en medicina para estimar nuestra capacidad pulmonar y diagnosticar posibles alteraciones. Permite medir el volumen de aire que nuestro sistema respiratorio es capaz de expulsar durante la espiración. (, Un botellón de plástico de 5 litros de capacidad, una probeta de 500 mi, una manguera de goma, una palangana o cubeta, agua, un marcador para vidrio, un pie universal, una agarradera metálica, hilo, alcohol y gasa. ) 'V :J.•º Llenen la probeta con agua y vuelquen su contenido dentro del botellón y marquen la graduación de volumen. 2.º Repitan el procedimiento hasta llenar el botellón, marcando cada vez las graduaciones de volumen de 500 en 500 mi. Luego, sin medir, pueden realizar Botellón de plástico otras marcas que representen graduaciones intermedias; por ejemplo, 250 mi. º Agreguen agua en la palangana o cubeta, como muestra la imagen de la derecha. Q.•º Uno de ustedes tape el botellón con la palma de la mano e inviértalo sobre la cubeta, retirando luego la mano. Sujétenlo en esta posición invertida con hilos a una agarradera sujeta al pie universal. 5.º Introduzcan un extremo de la manguera dentro de la boca del botellón invertido. Dejen libre el otro extremo. Listo el espirómetro. 6.º Uno de ustedes coloque el extremo libre de la manguera en la boca y sople con toda la fuerza de una sola vez hasta que se le acabe el aire (espiración forzada). En esta instancia, observen cuánto bajó el nivel de agua en el botellón y anoten el volumen desplazado por cada participante. Cubeta 7.º Limpien bien el extremo de la manguera con una gasa embebida en alcohol y dejen secar. Repitan el procedimiento completo de modo que todos utilicen el espirómetro. '"( v. Nota: las flechas indican la entrada y salida de aire. Registren en una tabla el nombre y el volumen de eliminan en cada espiración. Completen la tabla an- aire espirado de cada participante teniendo en terior agregando dos columnas (una para cada gas) cuenta el sexo. con los valores de toda la clase. Con los datos obtenidos, confeccionen un gráfico Analicen todos los datos de la tabla y los gráficos, e para mujeres y otro para varones. Si es preciso, intenten responder las preguntas iniciales. pidan ayuda al docente. Piensen entre todos: ¿cómo modificarán otros fac- Si alrededor del 14% del aire espirado es oxíge- tores la capacidad respiratoria de una persona? no y el 5,5% es dióxido de carbono, calculen cuá- ¿Cómo podrían comprobarlo? les son los volúmenes de ambos gases que se • ¿Cuántas pulsaciones por minuto tendrá una persona en estado de reposo? • ¿Qué efecto tiene el ejercicio físico sobre el pulso arterial? Cada vez que los ventrículos se contraen, una onda se transmite a través de las paredes arteriales. En algunas zonas de nuestro cuerpo es posible percibir esta onda como una dilatación rítmica de la arteria o pulsación. A esta expansión rítmica de una arteria se la denomina pulso arterial. ¿Qué necesitan? Un reloj o cronómetro, una libreta de anotaciones y una calculadora. ¿Cómo lo hacen? 1.º Antes de iniciar la experiencia, deben permanecer durante al menos 5 minutos en estado de reposo, es decir, sentados y tranquilos. 2.º Luego, reúnanse con otro compañero. Van a contabilizar las pulsaciones que tiene cada uno durante un minuto. 3. 0 Uno de ustedes busque su pulso arterial colocando los dedos índice y mayor (juntos) sobre la arteria de la parte interior de la muñeca o sobre la arteria carótida, al lado de la garganta (en la parte alta del cuello), tal como se muestra en las primeras fotografías. 4.0 Seguidamente, el mismo integrante toma el cronómetro y con la mano libre ubica el pulso de su compañero. 5.º Una vez que encuentra el pulso, contabiliza dura un minuto (60 segundos) el número de pulsaciones y las registra. 6.º Luego, intercambian los roles dentro del equipo de trabajo y registran. 7.º Ahora, corran y salten durante al menos 3 minutos. 8.º Vuelvan a realizar los pasos del 3.º al 6.º y anoten los resultados. 9.º Calculen el tiempo que cada uno tarda en recuperar el pulso que tenían en reposo. Registren los resultados obtenidos. Organicen en una tabla todos los resultados obte- Analicen los resultados e intenten elaborar una con- nidos, en reposo y luego del ejercicio. Calculen el clusión que responda las preguntas iniciales. tiempo promedio que tardan en recuperar el pulso. ¿Cómo se imaginan que variará el pulso arterial ¿Cuál es el menor y el mayor valor de pulsaciones por cuando están dormidos o cuando tienen un susto? minuto que obtuvieron en reposo y luego de realizar la actividad física? Calculen también el valor medio de pulsaciones por minuto para cada estado. Además del aumento del pulso arterial, ¿qué otros efectos observaron en su cuerpo al realizar actividad física? En relación con la experiencia realizada, planteen 1 las posibles hipótesis para cada situación y diseñen experiencias para ponerlas a prueba. ,_ ¿La vitamina C está presente en el jugo exprimido del limón? ¿Y en los jugos artificiales? ¿Es posible comprobar la acción antioxidante de la vitamina C? La vitamina C (ácido ascórbico) está presente en alimentos como los cítricos. Los médicos la recomiendan por su acción antioxidante, es decir, impide reacciones de oxidación que dañan al organismo. La identificación de vitamina C se puede realizar mediante la reacción con una solución de yodo y almidón. ¿Qué necesitan? Pastillas de vitamina C, una naranja, una manzana, agua, solución de yodo (1 gota de tintura de yodo en 9 gotas de agua), suspensión de almidón (10 gramos de almidón en 90 mi de agua), jugo comercial líquido con vitamina C, un gotero, un cuchillo, un mortero, una varilla de vidrio, dos platos, un cronómetro y un marcador para vidrio. ;Cómo ? l.""' Identificación de vitamina C 1..º Rotulen cuatro tubos de ensayo con los números 1, 2, 3 y 4. 2.º Coloquen 15 gotas de agua en los tubos 1 y 2. 3.º En el mortero, rompan una pastilla de vitamina C hasta obtener un polvo, colóquenlo el tubo 2, y mezclen bien con la varilla de vidrio. 4.º Coloquen 15 gotas del jugo artificial líquido en el tubo 3. 5.º Expriman una naranja y coloquen 15 gotas de su jugo en el tubo 4. 6.º Añadan una gota de solución de yodo a cada uno de los tubos de ensayo, agiten con la varilla de vidrio, observen y registren lo que ocurre. 7.° Añadan cinco gotas de la suspensión de almidón a cada uno de los tubos de ensayo y esperen 2 minutos. Luego, observen y registren lo que ocurre. 11. Comprobación del poder antioxidante de la vitamina e 1.º Corten dos porciones iguales de una manzana y colóquenlas sobre dos platos. 2.º Cubran una de las porciones con el polvo de una pastilla de vitamina C. 3.º Dejen ambas porciones durante 1 hora a temperatura ambiente. Observen y registren lo que ocurre. El yodo reacciona con el almidón dando un complejo Analicen los resultados e intenten elaborar una con- azulado, pero en presencia de vitamina C esta solu- clusión que responda las preguntas iniciales. ción se decolora. Teniendo en cuenta esto, analicen: Diseñen experiencias que sirvan para poner a prue- ¿cuál de los tubos ensayados contiene vitamina C? ba las siguientes hipótesis: la vitamina C pierde su ¿Cuál es la función de los tubos 1 y 2? actividad antioxidante cuando se la expone al calor Con lo observado, respondan qué rol tiene la vitami- y esta vitamina se "escapa" del jugo exprimido si no na C sobre ia manzana cortada. se lo torna inmediatamente. • ¿Cómo afecta el pH (acidez o alcalinidad) la actividad enzimática? ¿La actividad enzimática es afectada por la temperatura? Las enzimas aceleran /as reacciones químicas. Cada enzima funciona mejor en determinadas condiciones de temperatura y de pH. La cata/asa es una enzima que se encuentra en la mayoría de las células y facilita la descomposición del agua oxigenada en oxígeno gaseoso y agua, generando burbujas. ¿Qué necesitan? Una papa cruda, una papa cocida, agua oxigenada, un gotero, nueve tubos de ensayo, un mortero o rallador, limón, vinagre, solución de bicarbonato de sodio (una cucharadita en 250 mi de agua), infusión de té, un termómetro, agua, hielo, agua caliente, un cronómetro y un marcador para vidrio. ¿Córno lo hacen? l. Efecto del pH sobre la actividad enzimática 1.º Rotulen cinco tubos de ensayo con números del 1 al 5. 2.º Coloquen 40 gotas de cada reactivo en los tubos de ensayo, como se indica en la tabla de la derecha. 0 3. Machaquen en el mortero o rallen la papa cruda y coloquen una cucharadita en cada uno de los tubos. Agiten. 4.º Uno de ustedes agregue 20 gotas de agua oxigenada al tubo 1, mientras que otro activa el cronómetro. Contabilicen el tiempo que pasa hasta que comienza la generación de burbujas en el tubo. 5.º Repitan este procedimiento con los otros tubos y registren los tiempos. 11. Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática. 1.º Rotulen cuatro tubos de ensayo con números del 1 al 4. 2.º Agreguen 40 gotas de agua en cada uno de los tubos. 3.º Coloquen el tubo 1 en un baño de hielo hasta que el agua alcance los 10 ºC. Los tubos 3 y 4 se mantienen a temperatura ambiente. 4.º Llenen un vaso con agua a una temperatura entre 60 ºC y 80 ºC. Coloquen el tubo 2 dentro del vaso con agua caliente y déjenlo repos~r tres minutos. 5.º Añadan una cucharadita de papa cruda a los tubos 1, 2 y 3; y una cucharadita de papa cocida en el tubo 4. 6.º Repitan el procedimiento detallado en los pasos 4. 0 y ¿Cómo afecta la temperatura de cocción de la papa 5; de la parte l. 0 • Después de haber realizados estas experiencias, la acción de la enzima catalasa? respondan las preguntas iniciales. Realicen un gráfico de pH versus tiempo de reacción y otro de temperatura versus tiempo de reacción. tesis: "Cada enzima es específica para su sustrato". Diseñen un experimento para probar la siguiente hipó- - ¿Qué función cumple una membrana semipermeable? ¿Cómo ingresan las sustancias en las células para ser aprovechadas? ¿Cómo salen los desechos? La difusión pasiva es el pasaje de sustancias a través de una membrana semipermeable "a favor de un gradiente de concentración'~ es decir, del lugar donde hay más hacia el lugar donde hay menos. La ósmosis es la difusión pasiva de moléculas de agua y es muy importante para el metabolismo celular. ¿ necesitan? Una zanahoria cruda grande, un plato hondo, solución concentrada de glucosa, glucosa en polvo, un cuchillo, una cuchara de sopa, agua, reactivo de Fehling A y B, un gotero, tubos de ensayo, un plato chico, un recipiente para calentar, un mechero y fósforos. 1.º Rotulen cuatro tubos de ensayo con los números 1, 2, 3 y 4. 2.º Tomen la zanahoria cruda y con el cuchillo rebanen los extremos. 3.º Coloquen 50 gotas de la solución concentrada de glucosa en el tubo 1. 4.º Con una cuchara realicen un agujero en uno de los extremos de la zanahoria como se muestra en la fotografía. Apóyenla en el plato con el agujero hacia arriba. 5.º Agreguen una cucharada sopera de solución concentrada de glucosa en el agujero y luego llenen el plato con agua. Dejen reposar durante 3 h, observen y registren lo ocurrido. 6.º Pasen 50 gotas de la solución de glucosa que está adentro de la zanahoria al tubo de ensayo 2. 7.° En el tubo 3 disuelvan una cucharadita de glucosa en agua y en el 4, agreguen solo agua. 8.º A cada uno de los cuatro tubos, agreguen primero 20 gotas del reactivo de Fehling A y luego 20 gotas del reactivo de Fehling B. Observen y registren el color de los tubos. 9.º Con mucho cuidado, y utilizando la pinza, calienten los tubos sobre el mechero. Observen y registren cualquier cambio de coloración. Nota: si el resultado es una coloración verde o amarilla, significa que el contenido de glucosa es bajo. Expliquen brevemente qué creen que ocurrió en el Analicen los resultados y elaboren una conclusión experimento. ¿Qué tipo de transporte ocurrió a tra- que responda las preguntas iniciales. vés de las membranas? Piensen qué agregarían al experimento para investi- Con los datos de tabla de esta página, interpreten gar y responder la siguiente pregunta: ¿cómo sabe- las observaciones y los resultados obtenidos. mos que la glucosa no se fue de la zanahoria hacia el agua del plato? Indiquen la función que cumplen los tubos 3 y 4 en la experiencia. ¿De qué manera es posible aprovechar los microorganismos en beneficio de las personas y del ambiente? ¿Los restos de materia orgánica pueden transformarse en energía? Los microorganismos anaeróbicos consumen restos orgánicos y producen, entre otros gases, metano. La degradación microbiana es aprovechada en la producción de metano, un gas combustible conocido como biogás. ¿Qué necesitan? Tres sifones de plástico de 2 litros, mangueras de goma, pinzas, plastilina, un mechero, restos vegetales (cáscaras de fruta, yerba, etc.), estiércol seco de caballo o de aves, agua hervida (sin cloro), un recipiente con agua de cal, fósforos, un invernadero o una pecera con tapa y dos portalámparas con lámparas. ¿Cómo lo hacen? Nota: para juntar el estiércol y para realizar todo el procedimiento utilicen guantes descartables y barbijo. 1.º Coloquen los restos vegetales y el estiércol dentro de cada sifón has. ta la mitad de su capacidad. 2.º Agreguen el agua hervida, previamente entibiada, dentro del sifón hasta cubrir 5 cm por encima del nivel de la materia orgánica. 3.º Cierren el sifón con su tapa y coloquen la manguera en el pico. Sellen con la plastilina todas las uniones para evitar pérdidas del material. 4.º Conecten la manguera al mechero y cierren la manguera con la pinza. 5.º Conecten los portalámparas con las lámparas a la corriente eléctrica. 6º. Coloquen todos los sifones y los portalámparas en el invernadero. Las lámparas deben permanecer encendidas para mantener la temperatura alrededor de los 40 ºC. ¡Listo el biodigestor! 7.º Dejen trabajar el biodigestor durante 7 a 10 días. 8.º Sumerjan el extremo de la manguera en un recipiente con agua de cal y abran la manguera para dejar salir parte del gas. Si el agua de cal se pone turbia, indica que salió el dióxido de carbono (C02) producido en el sifón. Estrangulen el sifón hasta eliminar la mayor cantidad de C02 presente. 9.º Vuelvan a cerrar la manguera y dejen que el biodigestor siga trabajando hasta observar que se producen burbujas y que el s\fón se hincha. 10.º Para comprobar la producción de biogás, abran la manguera y prueben encender con precaución el mechero con un fósfoto. ¿Por qué la temperatura del biodigestor debe mantenerse en 40 ºC y el agua no debe contener cloro? Expliquen la finalidad de estrangular el sifón y cómo se relaciona con la producción de biogás. Analicen los resultados y elaboren una conclusión que responda las preguntas iniciales. Diseñen un proyecto para comprobar alguna otra de las aplicaciones biotecnológicas que estudiaron. - r; ¡' ¿De qué modo los restos orgánicos vuelven al ciclo de la materia en un ecosistema? ¿En qué se transforma la materia orgánica dentro de un ecosistema? El compost, utilizado como fertilizante en agricultura y jardinería, se obtiene mediante la descomposición aeróbica (en presencia de oxígeno) de restos orgánicos debido a la acción de algunos microorganismos. Esta transformación de la materia también ocurre en los ecosistemas de modo natural. ¿Qué necesitan? Una maceta (o un botellón de plástico), cinta aisladora, un pulverizador de agua, una tapa de cartón, tierra de jardín, papel de diario, papel de cocina, hojas secas y desechos orgánicos como: cáscaras de frutas o de huevos, restos de café o té, etc. No usen restos de carne, huesos, frutas podridas, excremento, metales, plásticos ni vidrios. 1 hacen.? ¿Como 10 n t 1.º Dividan tres grupos de materiales: hojas secas, papel y restos orgánicos. Nota: para realizar todo el procedimiento utilicen guantes descartables. 2.º Corten todos los materiales en trozos pequeños y resérvenlos. 3.º Agreguen en la maceta (o botellón); tierra y capas alternadas de cada material de 3 cm cada una. Si la tierra está muy seca, pulvericen con un poco de agua. 4.º Marquen el nivel alcanzado sobre la maceta con un marcador. Tengan en cuenta que no deben llenarla más de la mitad. 5.º Una vez finalizado el proceso, tapen la maceta con un cartón y séllenla con la cinta aisladora. 6." Coloquen el "compostador" en un lugar cálido y soleado. Registren semanalmente los cambios de color, aspecto, textura y volumen observados. 1.º Si la mezcla está muy seca, abran la maceta y pulvericen con agua. En cambio, si está demasiado húmeda, quiten la tapa y dejen que se airee para evitar la putrefacción. 8.º Cuando observen un material bastante uniforme, el compost estará listo. ¿Por qué no puede llenarse la maceta completa- ' Planteen una hipótesis sobre lo que pasaría si se mente? colocasen monedas, latas, material plástico o vidrio Analicen los resultados y elaboren una conclusión ; dentro del compostador. que responda las preguntas iniciales. Diseñen una experiencia para comprobar que el compost que fabricaron funciona como fertilizante. ¿La energía solar puede reemplazar a otras fuentes de energía en los usos cotidianos? ¿Cuáles son las ventajas del Sol como fuente de energía? La luz del Sol es utilizada por /as plantas para realizar el proceso de fo- tosíntesis. Pero también puede ser aprovechada y transformada en energía .... ¡ l 1 ,. w ' térmica, que se emplea para calefaccionar ambientes, calentar agua o coci- ~ nar alimentos. f t ¿Qué necesitan? l Una caja de cartón o recipiente plástico, un cartón rectangular (más ancho y más alto que la caja), papel de diario, papel de aluminio, film de polietileno, un reloj, un jarrita metálico, una fuente metálica y alimentos para cocinar (una rodaja de pan, una porción de queso fresco, un huevo, aceite). ¿Cón10 lo hacen? 1.º Tapicen el interior de la caja con bollos de papel de diario para impedir que el calor escape. Luego cubran todo el interior de la caja con papel aluminio como muestra la fotografía. 2.° Forren con papel aluminio el cartón y péguenlo a un lateral de la caja como una tapa. Este será nuestro "horno solar". 0 3. Ya están listos para probar el "horno solar" con estos ejemplos: • Gratinar queso: coloquen sobre una bandeja metálica una rodaja de pan y encima queso. Freír huevos: pongan dentro de un jarrita metálico una cucharada de aceite, rompan el huevo y colóquenlo sobre el aceite. 4.º Ubiquen el recipiente con el alimento en el centro del "horno" y luego cubran el horno con el film de modo que quede bien sellado. 5.º Ubiquen el "horno" al Sol, en las horas de mayor radiación solar. Traten de que la tapa del horno forme un ángulo con la caja de modo que los rayos solares sean redirigidos hacia el centro del horno y sobre los alimentos. 6.º Registren el tiempo que tarda en cocinarse cada alimento. Expliquen de qué manera es aprovechada la energía solar en la experiencia. • ¿Qué función cumple el papel aluminio en este "horno solar"? ¿Y el film? Comparen los tiempos de cocción, el sabor y el aspecto de los alimentos cocidos en el "horno solar" con los mismos alimentos hechos en la cocina tradicional. ~ Analicen los resultados y elaboren una conclusión que responda las preguntas iniciales. Propongan algunas modificaciones en el diseño del "horno solar" para aprovechar mejor la energía del Sol y lograr un proceso más eficiente. Investiguen de qué manera puede emplearse la luz del Sol para generar electricidad. i ,¡ 1 1 j 'I ¿Es posible que una planta sobreviva sin necesidad de regarla periódicamente? ¿De qué manera los ciclos de los materiales, como el agua, estabilizan los ecosistemas naturales? Los componentes de un ecosistema interaccionan en forma permanente. Los ciclos de la materia, como el ciclo del agua, mantienen su equilibrio. Un terrario es un ecosistema en pequeña escala que permite estudiar estas interacciones, los ciclos naturales y los efectos de la modificación de sus condiciones. ¿Qué necesitan? Dos peceras, una tijera, papel film, piedras pequeñas, arena, tierra, un recipiente pequeño, agua, un retazo de tul, cinta adhesiva, varias plantitas, lombrices, bichos bolita y hormigas. ¿ Córno lo hacen? 1.º Rotulen las peceras como "Terrario 1" y "Terrario 2". 2.º En cada uno, coloquen las piedritas y, sobre ellas, un poco de arena. Luego rellenen con tierra y siembren las plantitas que eligieron. 3.º Agreguen las lombrices, los bichos bolita y las hormigas. 4.º Pulvericen con agua ambos terrarios para aportar la humedad inicial. 5.º Ubiquen en ambos terrarios el recipiente con agua. 6.º Cubran el Terrario 1 con el film y el Terrario 2 con el retazo de tul y sujétenlo con la ayuda de cinta adhesiva. 7.º Ubiquen los terrarios en un sitio donde reciban suficiente luz solar. 8.º Observen y registren lo que ocurre con los componentes del terrario. 9.º Mantengan el recipiente con agua. Si es necesario, abran los terrarios y completen con agua. Registren cada cuánto deben reponer el agua en ambos sistemas. Indiquen las diferencias que observaron entre los ¿Qué otros ciclos de la materia se producen en am- terrarios durante la experiencia. bos terrarios? ¿En cuál de los dos terrarios debieron agregar agua ¿Cómo pueden relacionar esta experiencia con los con mayor frecuencia? temas estudiados en el capítulo? ¿Qué función cumplen las piedritas y la arena coloca- Analicen los resultados y elaboren una conclusión das al fondo de ambos terrarios? Describan el ciclo que realizó el agua dentro del que responda las preguntas iniciales. ~;i ¿Qué pasaría con ambos sistemas si variamos la Terrario 1. ¿Con qué fenómenos de la naturaleza pue- luz solar que les llega? Respondan esta pregunta den relacionar este proceso? formulando una hipótesis. ¡ 1 • ¿La biodiversidad se ve afectada en un agroecosistema? • ¿Es posible diseñar agroecosistemas que respeten el ambiente? La agricultura es una actividad productiva fundamental para el desarrollo humano. Los seres humanos han intervenido en !os ecosistemas naturales transformándolos en agroecosistemas para favorecer la producción de algunas especies. Un mini-agrosistema puede modelizar esta situación. ¿Qué n~cesitan? Un cajón grande de madera o de plástico, piedras pequeñas, arena, tierra nueva, agua, una regadera, varias cucharas, un rastrillo, compost (el que fabricaron en la experiencia 8), cuatro estacas de madera, un pedazo de tul, un termómetro, un tipo de semilla (soja, lentejas o porotos) y vaquitas de San Antonio. ¿Cómo lo hacen? 1.º Remojen en agua las semillas durante 24 horas. 2.º Preparen el terreno de siembra mezclando una parte de arena, cuatro partes ae tierra nueva y cinco partes de compost. 3.º Coloqueh en el fondo del cajón las piedritas y rellenen con la mezcla que prepararon en el punto 1.º. 4.º Rastrillen la tierra y realicen con la cuchara hoyos separados unos 3 cm entre sí. Rieguen la tierra para aportar la humedad inicial. 5.º Siembren las semillas en los hoyos a unos 2 cm de profundidad. G.º Cubran con tierra, rieguen nuevamente y agreguen las vaquitas de San Antonio. 7.º Coloquen las estacas en los cuatro vértices del terreno y sostengan con ellas el tul, para evitar que ingresen insectos. 8.º Ubiquen la siembra en un sitio con suficiente luz solar. Diariamente controlen la humedad de la tierra y eliminen los yuyos, malezas e insectos. Observen y registren lo que ocurre en los siguientes días. Indiquen para qué agregan compost al terreno del ( • Analicen los resultados y elaboren una conclusión que responda las preguntas iniciales. cultivo. • ¿Por qué es necesario quitar malezas y evitar que¡ ¿Qué función cumplen las vaquitas de San Antonio ingresen insectos? en el mini-agroecosistema? • ¿Qué diferencias encuentran entre esta siembra y la ¿Qué parámetros deberían medir para comprobar o de la experiencia 10? ¿Cómo se relaciona esto con la refutar la siguiente hipótesis: "La rotación de cultivos productividad de una cosecha? mejora la calidad del terreno y evita su desgaste"? r1 11
