MÓDULO BIOLOGÍA - Universidad Nacional del Nordeste

MÓDULO
BIOLOGÍA
Módulos de trabajo para
los alumnos del último año
del Nivel Medio/Polimodal.
Dirección de Articulación de Niveles Educativos
Universidad Nacional del Nordeste
A u t o r i d a d es
Ministerio de
Educación, Ciencia y
Tecnología
Universidad Nacional
del Nordeste
Lic. Daniel Filmus - Ministro
Arq. Oscar Vicente Valdés – Rector
Dr. Juan Carlos Pugliese - Secretario de
Políticas Universitarias
Dr. Héctor J. Zimerman – Vicerrector
Lic. Gustavo Crisafulli – Responsable
Med. Vet. Oscar Maccio – Secretario
Área de Articulación
General Académico
Prof. Aldo F. Lineras – Director de
Articulación de Niveles Educativos
Gobierno de la
Provincia de Corrientes
Gobierno de la
Provincia del Chaco
Dr. Horacio Colombi – Gobernador
Sr. Roy A. Nikisch – Gobernador
Dr. Eduardo Galantini – Vicegobernador
Dr. Eduardo A. Moro - Vicegobenador
Dr. Carlos J. Vignolo – Ministro de
Dr. Jaime L. Grabow – Ministro de
C.P. Rubén A. Ojeda – Subsecretario de
Prof. Martha Fassano –Subsecretaria de
Educación y Cultura
Educación
Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología
Educación
Prof. Alejandra S. de Panseri – Directora
de Enseñanza Media y Superior
DIRECCIÓN DE ARTICULACIÓN DE NIVELES EDUCATIVOS
Prof. Aldo F. Lineras – Director de Articulación de Niveles Educativos
Prof. Mariana Ojeda – Equipo de Apoyo Técnico
Plácido Martínez 1383, Corrientes, Capital. (CP 3400)
Tel /Fax: 03783 – 425314 / 464483
E –mail: [email protected]
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ELABORACIÓN DEL MÓDULO
Coordinación Pedagógica
María Paula Buontempo
Coordinación del Módulo
Aníbal Roque Bar
Autores
Edda Inés Hang
Sonnia Gracia
Yolanda Virgina Peris
Corrección de estilo
Olga Musimessi
Diseño y diagramación
Julieta Guidici
Alberto Rolando Dahan
Octubre 2005
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Prólogo
El presente material es producto del Programa de Articulación UniversidadNivel Medio II que llevan adelante la Secretaría de Políticas Universitarias y la
Universidad Nacional del Nordeste en convenio con los Ministerios de Educación de las Provincias de Chaco y de Corrientes.
Se trata de una segunda serie de publicaciones que deben sumarse a las producidas durante 2003, como resultado de la primera etapa de nuestras acciones
de articulación. En tal sentido, el presente nos encuentra firmes en el compromiso de trabajar cooperativamente con los demás actores educativos en un
esfuerzo basado en la convicción de que la excelencia y calidad de la formación
de los egresados se consigue pensando al sistema como tal. Por lo tanto, el
tránsito desde los estudios medios hacia los superiores se constituye en espacio
de especial referencia para las políticas que buscan asegurar la igualdad de
oportunidades en educación, a la vez que son la base del mejoramiento en el
ingreso y la retención en estudios superiores.
Los equipos redactores han sido conformados con personal universitario y del
nivel medio pues se ha buscado en todo momento que los aportes teóricos disciplinares puedan ser pensados a la luz de las prácticas docentes que utilizarán
el material.
Desde la Universidad Nacional del Nordeste confiamos en que el camino que
hemos iniciado profundiza la democratización de nuestro sistema educativo
pues el éxito de estas acciones aumentará las posibilidades de los estudiantes
de encarar satisfactoriamente sus estudios superiores.
Arq. Oscar Vicente Valdés
Rector - UNNE
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Bi o l o g ía .
La ciencia de la vida
EL PORQUÉ DE ESTE TEXTO
En la cita que antecede Piaget expresa la complejidad del conocimiento
biológico, cuestión que, lejos de dificultar la comprensión de la vida y sus manifestaciones, enriquece sobremanera el debate y aporta elementos para su
discusión.
La complejidad de la vida obedece a que, no obstante ser de naturaleza
material pues se origina en procesos físico-químicos, parece estar dotada de
atributos propios y exclusivos que la hacen diferente de otros modos de expresión de la materia.
Los procesos biológicos acontecen en estructuras de variadas formas y funciones de complejidad creciente, entendiéndose ésta no como el tránsito de lo
imperfecto a lo perfecto, o de lo único a lo diverso, sino como sucesos que entrañan la idea de sistemas dinámicos y en continua interacción con su medio.
En cuanto a las ciencias biológicas,
éstas parecen sufrir una especie
de depresión epistemológica que
las condena a fluctuar entre una
humildad experimental a la que se
tiene por la virtud misma y una
pretensión “filosófica” que en ninguna
otra ciencia presenta un tono tan
polémico.
J. Piaget (1979)
Así, el propósito central en la elaboración de este material es propender a la comprensión de los fundamentos básicos de las ciencias biológicas en alumnos ingresantes en la universidad. Para ello se propone desarrollar y organizar los
contenidos en seis capítulos donde se abordarán los distintos aspectos que hacen a la Biología en general.
El primer capítulo trata cuestiones básicas sobre la naturaleza de la vida, como asimismo, la historia del conocimiento sobre los fenómenos biológicos.
El segundo capítulo aborda las nociones centrales sobre el concepto de evolución, a la vez que explica cómo incide ésta en la determinación de la biodiversidad.
La parte tercera del texto se implica en los niveles de organización de la vida, a la vez que la cuarta
lo hace sobre el concepto de célula y cuestiones elementales del metabolismo.
La parte quinta introduce al lector en el mundo de la genética, en tanto que el último capítulo, lo
hace en el ámbito de desarrollo sustentable.
EL PARA QUÉ DE ESTE TEXTO
Los contenidos antes señalados cumplen dos funciones,
por una parte, aportar a la comprensión de los conceptos
en juego en cada caso, nociones básicas necesarias para
todo alumno ingresante en carreras donde la biología
ocupa algún rol relevante. Otra función menos explícita
es el uso de éstos en relación con el desarrollo de procedimientos y actitudes, cuestiones no menos importantes
que los conceptos, y que no pueden ser aprendidas independientemente.
El trabajo de los alumnos en el marco de las actividades
que se proponen, aunque no desatiende los aspectos con-
ceptuales, persigue sobre todo el desarrollo de cuestiones
procedimentales. Éstas se construyen sobre el supuesto
del “cómo hacer”, es decir, orientados para que el alumno
realice operaciones y adquiera la destreza necesaria.
La meta en relación con los contenidos procedimentales es que los estudiantes lleguen a utilizarlos de forma
autónoma y espontánea, para lo cual tenemos en cuenta:
• Su utilidad, o sea, para qué sirven y cuándo se deben
aplicar.
• Los modelos que aportan en la solución de problemas.
• La reflexión que propician.
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QUÉ NOS PROPONEMOS
En un sentido muy general, desde lo conceptual, nuestra propuesta se orienta a:
• Explicar el origen de la vida desde las diferentes concepciones sostenidas en la historia de la Biología.
• Reseñar los mecanismos evolutivos que conducen a la
biodiversidad.
• Diferenciar los niveles de organización de la materia
viva.
• Comprender los procesos implicados en el metabolismo
celular.
• Analizar los principales mecanismos de la herencia biológica.
• Identificar los elementos propios del desarrollo sustentable.
Desde lo procedimental:
• Propender a la comprensión lectora.
• Tender a la resolución de problemas cualitativos.
• Orientar en el análisis de situaciones.
• Conducir procesos de síntesis conceptual.
• Inducir en la elaboración de ideas y conceptos propios.
Desde lo actitudinal:
• Comprender la carga ideológica subyacente en las representaciones históricas sobre el origen de la vida.
• Discernir sobre las implicancias de los procesos evolutivos en relación con las concepciones vigentes en ámbitos
extracientíficos.
• Reflexionar sobre cuestiones vinculadas con el patrimonio ecológico.
CÓMO PLANTEAMOS DESARROLLAR EL TRABAJO PROPUESTO
La estructura de este texto está comprendida por los
conceptos básicos de cada área del conocimiento biológico, precedidos por las preguntas centrales que guían su
desarrollo. El cuerpo del texto incluye también secuencias
de actividades, orientadas sobre todo a la comprensión
lectora y a la resolución de problemas de índole cualitativa.
Para la lectura del presente material se sugiere avanzar sobre los contenidos desarrollados sin dejar de lado
las actividades anexas. La finalidad de éstas es retrabajar
los contenidos, pero sobre todo partiendo de estrategias
comprensivas, y no meramente reproductivas de la información obrante en el texto.
Cada uno de los capítulos consta también de un listado
bibliográfico, tanto básico como opcional, literatura cuya
consulta se sugiere para ampliar los marcos de referencia
necesarios para una mejor comprensión.
Un elemento también presente es un glosario donde
se incluyen todos los términos técnicos que aparecen por
primera vez en el texto.
CAPÍTULO 1.
ENTRE LA CIENCIA
Y LA FILOSOFÍA.
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Módulo Biología - UNNE Articulación
BIOLOGÍA. ENTRE LA CIENCIA Y LA FILOSOFÍA
Bajo el título que antecede queremos introducir al lector en temáticas
que hacen a las ciencias en general y a la biología como caso de ésta en
particular. Para desarrollarlo proponemos responder una serie de interrogantes, a partir de los cuales se podrá ir reconstruyendo el proceso por
cual se contesta a las preguntas qué es la vida, cuáles son las condiciones
necesarias para su producción, y desde aquí a las cuestiones, qué es la
biología, y cómo se concibe la vida desde la perspectiva sistémica.
Un sistema biológico dado no es sólo
una estructura actual de espacio tiempo, sino que además presenta una dimensión temporal que lo supera de una
manera inimaginable: todas sus propiedades estructurales y funcionales sólo se
explican como la conclusión actual de
la historia íntegra de una descendencia
hasta las primeras fases de las diferenciaciones que han jalonado la historia
de la vida.
J. Piaget
1. ¿Qué es la vida?
Ésta es una pregunta nada fácil de responder, pues la vida es una entidad abstracta que sólo se concreta en los seres vivos. Dicho de otro modo,
lo único observable y tangible son los organismos vivos, no la vida.
Podemos reconocer un ser vivo, e inclusive, identificar en ellos una serie de propiedades, no obstante es ésta una tarea no siempre sencilla, toda
vez que la frontera entre lo vivo y lo no vivo no está claramente demarcada. Por ejemplo, el metabolismo es una propiedad de la organización
viva, al igual que la reproducción. Los virus se reproducen, aunque no
disponen de un aparato enzimático para metabolizar. Nos preguntamos
entonces sobre qué clase de entidad son los virus, ¿son o no seres vivos?
Si no es posible responder en forma fehaciente sobre la vida, busquemos otras preguntas más precisas y menos complejas.
2. ¿Bajo qué condiciones se genera la vida?
Las primeras cuestiones sobre la naturaleza de la vida no nacieron en
la ciencia sino en el campo del mito y de la religión, ni tampoco durante
la modernidad sino mucho antes.
Desde tiempos antiguos el hombre se pregunta sobre la vida, naciendo
así las primeras explicaciones sobre ella. Todos los pueblos, independientemente de su desarrollo tecnológico, poseen mitos fundacionales que dan
cuenta del origen del mundo y de la vida. La tradición judeo-cristiana,
por su parte, lo hace a través del Génesis o Primer Libro del Pentateuco
(primeros cinco libros del Antiguo Testamento).
Los presocráticos (siglos VI y V a C.) o filósofos griegos anteriores a
Sócrates suponían que la realidad material, entre ellas los organismos
simples, provenían del libre juego de fuerzas interactuantes en el universo
y que en este marco, la vida surgía espontáneamente (generación espontánea) sin correlato con las generaciones precedentes ni ulteriores. Así,
los organismos más elementales constituían hechos únicos e irrepetibles
sin relaciones entre sí.
Después de Sócrates, otro filósofo notable fue Aristóteles (384-322
a C.), quien incidió frecuente y profundamente sobre el pensamiento de
Occidente. Aristóteles se preguntaba:
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“Por qué razón, pues ciertas cosas parecen producirse de esta manera,
es decir, parecen generarse cíclicamente, por ejemplo, la lluvia y el viento
– pues si había nubes- es necesario que llueva, y si ha de llover, es también necesario que haya nubes, y, en cambio, los hombres y los animales
no vuelven a sí mismos, de tal manera que vuelva a nacer el mismo? Ya
que, no porque tu padre exista, existirás tú; pero es necesario que él exista
si existes tú. Esta generación parece verificarse en línea recta”.
De Aristóteles. Obras Libro II, Cap. 11. Capítulo de la Generación y la
Corrupción. Ed. Aguilar. 1973
En la cita que antecede, Aristóteles alude a dos maneras de entender el
tiempo, como cíclico o como lineal. En relación con ésta, te proponemos
la actividad N° 1
Aristóteles, si bien de formación netamente filosófica, no deja de preguntarse por aquellas cuestiones aparentemente cotidianas o más observables, cual es el mundo de la naturaleza.
Respecto del desarrollo embrionario del pollo, Aristóteles describe:
“La generación a partir del huevo se produce de idéntica manera en todas las aves, aunque difieren los períodos completos desde la concepción
al nacimiento, como ya se ha dicho antes. En la gallina común, el primer
indicio del embrión se tiene después de tres días y tres noches; con aves
mayores, el intervalo es más largo, con las menores, más corto. Entretanto, la yema cobra ser, elevándose hacia el extremo más puntiagudo, donde
está situado el extremo primordial del huevo, y por donde se produce la
eclosión; y aparece el corazón, semejante a una mota de sangre, en la
clara del huevo. Este punto late y se mueve como si estuviera dotado de
vida, y desde él parten dos conductos venosos, que contienen sangre, y
que tienden siguiendo un curso sinuoso (conforme la sustancia del huevo
continúa creciendo, hacia cada uno de los tegumentos circunyacentes), y
una membrana provista de fibras sanguinolientas envuelve ahora la yema,
partiendo de los conductos venosos...”
Harré R. Grandes Experimentos Científicos. Ed. Labor. 1986. Pág. 25.
Sobre el texto precedente, te proponemos la segunda actividad.
3. ¿Qué es la Biología?
Durante el siglo XVII, la aparición de la biología como ciencia que estudia la vida, dio lugar a que la pregunta sobre las condiciones del inicio
de ésta trascendieran el plano mítico o filosófico para incorporarse ahora
a la discusión científica. No obstante esto, la biología naciente carecía
todavía del cuerpo conceptual y metodológico actual, de manera que estas primeras aproximaciones a la noción de la vida fueran excesivamente
básicas o rudimentarias.
En 1667, un belga llamado Jan Van Helmont diseñó un experimento
Módulo Biología - UNNE Articulación
para producir ratones y lo difundió a través de una publicación. El texto
original rezaba así:
“ ...Las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos
son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor
con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún días el olor
cambia, y el fermento, surgiendo de la ropa interior y penetrando a través
de las cáscaras de trigo, cambia el trigo en ratones. Pero lo que es más notable aún es que se forman ratones de ambos sexos, y que éstos se pueden
cruzar con ratones que hayan nacido de manera normal.... pero lo que es
verdaderamente increíble es que los ratones que han surgido del trigo y la
ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni deformes ni defectuosos, sino
que son adultos perfectos ...”
Ortus Medicinae, 1667.
Relacionado con la experiencia descrita, te presentamos la tercera
actividad...
A pesar de las deficiencias del dispositivo experimental, no puede
negarse el intento de Van Helmont de dar elementos objetivos para la
comprensión del origen de la vida. Esta concepción que nació en la antigüedad se mantuvo vigente hasta el siglo XIX, cuando la teoría de la
generación espontánea fue finalmente derrotada en 1864.
No obstante las dificultades para negar la generación espontánea en
el marco histórico del siglo XVII, hubo quienes no-conforme con ella intentaron establecer modos de ponerla a prueba. Uno de ellos fue Franceso
Redi, quien en 1668 publica un libro denominado “Experienze in torno
de la generazione deg’ Insetti” donde cuenta la experiencia de introducir
carne en tres clases de recipiente, uno de ellos cubierto con una tapa, otro,
con una gasa, y un tercero, sin cobertura alguna. Observó que los gusanos
sólo se desarrollaban en los frascos destapados, los únicos a los cuales
habían tenido acceso las moscas. De esto Redi infiere que los gusanos no
son otra cosa que larvas de mosca y que, por lo tanto, éstos no se generan
espontáneamente de la carne en descomposición.
La experiencia descrita, si bien básica y poco rigurosa en cuanto a la
manipulación de las variables intervinientes, no fue menos meritoria en
lo que respecta al aporte que produjo a los debates que se generaron en
torno de la generación espontánea. Otro elemento adicional importante
a la cuestión fue la elaboración de un diseño que incluye por primera vez
el control a través de un caso testigo.
3.1. Vitalismo versus mecanicismo
A principios del siglo XVIII nacen dos modos de concebir los fenómenos biológicos, posturas conocidas con el nombre de vitalismo y mecanicismo. Los primeros, herederos de quienes sostuvieron la generación
espontánea, los segundos, seguidores del cartesianismo y del movimiento
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iluminista.
El vitalismo suponía que la vida, no obstante tener parte de sus raíces
en la materia, no estaba constituida sólo por ésta, sino que contenía en sí
algo que la hacía esencialmente diferente de lo inanimado. La diferencia
radicaba en un principio vital o entelequia que la gobernaba y era el motor de sus determinaciones. Cada organismo estaba destinado a cumplir
funciones determinadas en el ámbito que le tocaba participar, o dicho
de otro modo, obedecía a un plan preconcebido. Cada una de las partes
constituyentes de un organismo o fenómeno no tenía sentido en sí mismo, sólo en la totalidad, o sea, cada parte contribuía al sostenimiento del
todo. Esto último no debe entenderse como un todo surgido de la mera
agregación de partes, sino un todo donde las partes se integran entre sí.
Por su parte, los mecanicistas abrevaban en la idea de que tanto la
materia viva como la inanimada estaban determinadas por las mismas
leyes, es decir, por aquellas de naturaleza fundamentalmente física y/o
química, y que el desarrollo de las funciones biológicas dependía de factores fundamentalmente externos. Desde este modo de ver la cuestión, no
existía finalidad alguna, sólo organismos pautados por procedimientos
más o menos rígidos y en el marco de programas análogos con el que
utilizan las máquinas simples. De manera similar a cómo se explica el
funcionamiento de éstas, cada parte es independiente, y la suma de las
acciones de cada una de ellas resulta en la acción conjunta del todo. Debe
hacerse explícito que en este marco el todo es simple suma de partes.
Si bien ninguna de ambas posturas pudo dar cuenta en forma absoluta
sobre la vida y sus determinaciones, cada una de ellas por su parte contribuyó con algunas ideas a las perspectivas integradoras que aparecerán
a mediados del siglo XX.
No es hasta avanzado el siglo XIX que la generación espontánea cae
definitivamente ante los experimentos de Pasteur:
“...Entre los muchos experimentos que realizó Pasteur para desechar la
generación espontánea, hay uno que merece especial énfasis por su gran
simplicidad y su carácter decisivo. Pasteur usó matraces con cuello de
cisne que permitían la entrada del oxígeno, elemento que se creía necesario para la vida, mientras que en sus cuellos largos y curvados quedaban
atrapados bacterias, esporas de hongos y otros tipos de vida microbiana.
De esta manera se impedía que el contenido de los matraces se contaminara. Pasteur mostró que si se hervía el líquido en el matraz, matando a
los organismos ya presentes, y se dejaba intacto el cuello del frasco, no
aparecería ningún microorganismo. Solamente si se rompía el cuello curvado del matraz, permitiendo que los contaminantes entraran en el frasco,
aparecerían microorganismos....”
Curtis H. et al. Biología. Historia y Epistemología: preguntas sobre la vida.
Versión en CD. Ed. Panamericana. 6° edición en español. 2004.
A partir del texto que antecede, responde a la cuarta actividad propuesta...
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Tanto el mecanicismo como el vitalismo tuvieron fortalezas y debilidades.
El mecanicismo tuvo la virtud de sentar las bases del diseño experimental, sobre todo en lo que hace al papel de éste en la justificación de
las hipótesis; aunque el concepto de vida quedó circunscrito a la materia
y a la energía, sin diferenciar las dimensiones que éstas tomaban en la
organización de lo viviente. Dicho de otro modo, el mecanicismo no pudo
o no supo desprenderse del modelo que le dio origen, la máquina del siglo
XVII; ésta no es más que un dispositivo simple que difícilmente pueda dar
cuenta de la complejidad de la vida.
El vitalismo, por su parte, presentaba como aspecto favorable la idea
de meta o finalidad relacionada con la función, noción tan característica
de los procesos biológicos, pero no lograba explicar qué tipo de cosa era
la fuerza vital presente en los organismos, ni cómo se instituía la finalidad, cuestiones ambas que conllevaron a concebir explícita o tácitamente, la imagen de Dios o alguna entidad de orden superior.
La batalla ganada a los vitalistas en el marco de la biología del siglo
XIX significó la victoria temporal de los mecanicistas. Decimos temporal,
ya que pasarán más de ochenta años hasta el nacimiento de las teorías
sistémicas como una nueva manera de comprender los fenómenos biológicos.
3.2. Las teorías sobre el origen de la vida
Aunque los vitalistas enunciaron y ensayaron procedimientos para generar vida, no es hasta el siglo XX que aparecen teorías verdaderamente
científicas que postulan los modos en que ésta nace y evoluciona. Una
de ellas es la teoría de Arrhenius (1909), la que postula que la vida en
la Tierra habría surgido de esporas o bacterias provenientes del espacio
exterior. Si bien este autor da cuenta de la vida en la Tierra, no hace más
que trasladar las explicaciones sobre el origen a otros planetas, con lo
cual no explica verdaderamente el proceso.
Entre 1922 y 1929, Oparin y Haldane, independientemente uno del
otro, afirman que previo a la vida transcurrió un período de evolución
química. Dicha fase se caracterizó por la ausencia de oxígeno y por la
disponibilidad de los elementos que forman la materia viva, tanto en la
atmósfera como en el agua de la Tierra primitiva.
Según ambos autores, existía una importante carga de energía circulante. El calor incrementaba sobremanera los procesos de evaporación, a
la vez que la energía eléctrica catalizaba reacciones entre las sustancias
más simples. Simultáneamente, la radiación solar y los procesos radiactivos originados en el interior de la Tierra descargaban en la atmósfera,
dando como resultado la constitución de moléculas orgánicas, que ante
la ausencia de oxígeno no se oxidaban, permaneciendo al principio como
tales, aunque integrándose entre sí más tarde.
Algunos de estos agregados de materia orgánica lograron cierta estabilidad en el medio, se separaron de éste a través de membranas y dieron
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inicio a un tipo de metabolismo muy básico. Estas primeras estructuras
denominadas coacervados, derivaron en protoorganismos o protobiontes,
los precursores de la vida organizada.
La evolución que sigue a la denominada química, es la prebiótica, o
sea, el período de tránsito entre lo puramente químico y lo netamente
biológico.
Si bien la teoría antes expuesta no puede ser comprobada fehacientemente dado que aborda hechos irrepetibles en las condiciones actuales,
puede citarse el experimento de Miller (1953) como una manera de aportar elementos a la aceptación de las afirmaciones de Oparin y Haldane.
Miller creó un dispositivo mediante el cual se simulaban las condiciones primitivas de la Tierra a través de un “océano” y una “atmósfera”
artificial conteniendo hidrógeno, vapor de agua, metano y amoníaco, en
presencia de descargas eléctricas. Por acción del calor, el agua del océano se evaporaba formando “nubes” que al condensarse volvían al agua
arrastrando consigo las moléculas orgánicas constituidas. A las 24 hs. de
iniciado el proceso, casi la mitad del carbono que se hallaba bajo la forma
de metano, se había transformado en moléculas orgánicas, de las cuales
una de ellas, los aminoácidos, son precursoras de las proteínas.
Otro autor, Fox, propone una alternativa a la teoría de Oparin y
Haldane, aceptando las condiciones ambientales de la Tierra primitiva,
pero afirmando la presencia en ésta de otras estructuras diferentes de los
coacervados, a las que denominó microsferas. Éstas derivarían de polímeros constituidos por monómeros de aminoácidos en presencia de soluciones salinas. Las microsferas crecen y se multiplican por gemación, de
manera análoga a los organismos vivos más elementales. Si bien éstas no
son células, su conformación y modo de actuar sugiere una organización
básica, similar a la que podrían haber mostrado los primero organismos.
Además de formas distintas, los coacervados y las microsferas poseen
diferencias funcionales, los primeros son más diversos en lo que hace a
reacciones implicadas en la degradación de sus compuestos; en tanto que
los segundos, son más estables. No obstante, ambas estructuras muestran
que las velocidades de las reacciones en su interior difieren de las que se
verifican en el medio externo. Esto último da elementos a quienes ven en
ello a un esbozo de metabolismo celular.
Otras teorías postulan que la materia viva no se inicia con las proteínas, sino con sustancias más simples, pues se sabe que éstas no tienen la propiedad de copiar ni transmitir información de generación en
generación. Una de ellas, la de Eigen, enuncia que ésta se origina en el
ARN, constituyente del aparato genético más primitivo y precursor de las
primeras células. Más recientemente, Cech y Altman comprobaron que
algunos segmentos de ARN podían catalizar reacciones que implicaban
cortes y reempalmes de su propia secuencia. Dicho de otro modo, el ARN
podía comportarse a la manera de una enzima, motivo por el cual sus
descubridores lo denominaron ribozima.
Cairns-Smith, por su parte, aporta a la idea de que las primeras estructuras vivas derivarían de cristales componentes de arcillas. Dichos
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cristales sintetizarían enzimas a las que absorberían en sus superficies
para luego, en forma conjunta (cristales y enzimas) y de manera similar a
como lo hace el ADN, producir membranas celulares.
En función de lo reseñado precedentemente, te proponemos resolver
la actividad N° 5.
3.3. Las teorías sobre la diversidad celular
Las teorías desarrolladas antes explican cómo se origina la vida, en
tanto otras logran precisar cómo las primeras células se complejizan para
dar lugar a la diversidad del mundo celular. Una de estas teorías es la de
Schopf y Oehler, la que propone que las células procariotas (sin núcleo)
habrían dado origen a las eucariotas (con núcleo) por procesos de evaginación de sus propias membranas celulares, las que además de formar el
núcleo, constituirían el retículo endoplasmático que conecta éste con el
citoplasma.
Por su parte, Margulis, afirma que los flagelos, las mitocondrias (orgánulos de función respiratoria) y los cloroplastos (orgánulos de función
fotosintética) fueron originariamente organismos procariotas, que por
procesos endosimbióticos se incorporaron en otras células. Según esta
autora, las fases implicadas son las siguientes:
• Un procariota heterótrofo (los que se nutren de materia ya elaborada),
de tipo anaerobio (los que no consumen oxígeno durante la respiración)
y ameboide toma otro procariota heterótrofo aerobio (los que consumen
oxígeno en la respiración) del medio sin digerirlo, convirtiéndose este
último en las primeras mitocondrias y adquiriendo así la respiración aeróbica (primeras células aeróbicas).
• Algunos de estos organismos se relacionan con otros del tipo de las
espiroquetas actuales, adquiriendo así la capacidad de movimiento activo
y de reproducirse mitóticamente (primeras células animales).
• Ciertas células animales toman del medio organismos procariotas fotosintéticos, transformándose en células autótrofas (que elaboran su propia
materia nutricia), antecesoras de algas eucariotas y plantas (primeras
células vegetales).
Cavalier Smith plantea que la diferenciación intracelular se vincula con procesos de endocitosis seguidos de compartimentación. Cada
compartimiento se especializaría, dando lugar a orgánulos con funciones
específicas.
3.4. Otra manera de entender la vida. Las teorías sistémicas
En los apartados anteriores vimos cómo se concibe el funcionamiento de los seres vivos, para luego incursionar en las teorías que explican
cómo nace la vida en el planeta. A fines de la década del ’40 Ludwig von
Bertalanffy publica su obra denominada “Teoría General de Sistemas”
donde presenta una novedosa manera de concebir los fenómenos biológicos, esto es, como sistemas.
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4. ¿Qué es un sistema?
Un sistema es un conjunto de partes interrelacionadas que presenta las
siguientes propiedades:
• Primacía del todo sobre la parte: En un sistema “el todo es más que
la suma de las partes” por cuanto incluye tanto las partes como sus relaciones. Como resultante de esto, el todo tiene propiedades que no están
presentes en las partes. Así, un tejido tiene atributos que están ausentes
en las células que lo constituyen. Estas propiedades se denominan “emergentes”, y son características de cada nivel.
• Organización: Un sistema para ser tal debe estar ordenado, es decir sus
partes deben relacionarse obedeciendo a un cierto modo. La organización,
independientemente de la forma que adopte, se halla dispuesta según una
estructura jerárquica. Tomando nuevamente el ejemplo anterior, cada
tipo de célula posee una ordenación de estructuras diferente de las que
constituyen otros tejidos.
• Jerarquía: Que la estructura sea jerárquica significa que adopta una
organización en niveles de complejidad creciente. Las partes del mismo
nivel se relacionan entre sí, constituyendo estructuras de mayor nivel. Por
ejemplo, las células forman tejidos, y éstos a su vez, conforman órganos.
• Mutua dependencia: Ninguna parte es independiente, pues todas contribuyen a la organización del todo, no obstante, cada parte conserva
relativa autonomía, en tanto no “atente” contra la organización de la
totalidad. Así, cada célula no es independiente del tejido que la sustenta,
ni éste es autónomo respecto de ellas.
• Comunicación entre partes: Una de las claves del éxito de la organización de una determinada estructura reside en los niveles de información
de las partes entre sí, de éstas al todo, y del todo nuevamente a las partes.
Volviendo al mismo ejemplo, no sólo las células intercambian información entre ellas, sino que también el flujo de información “se mueve”
hacia el tejido total, y de éste a las células.
• Acciones dirigidas a metas: Las acciones que cumple el sistema parecen estar orientadas al logro de objetivos, o lo que es lo mismo, a resolver
situaciones, tanto en relación con el medio externo como interno. Estas
acciones o funciones no están predeterminadas, salvo algunas pocas,
sino que surgen por ensayo y error en los intercambios del sistema. Por
ejemplo, en los animales sólo las conductas instintivas y reflejas tienen
base genética, las demás se construyen por las interacciones que éstos
realizan con el medio.
• Historia: Todo sistema atraviesa una serie de fases durante las cuales
se transforma, adquiriendo nuevas estructuras y conductas o, por el contrario, perdiéndolas. En el caso de los seres vivos, la historia de la especie
recibe el nombre de evolución.
• Flexibilidad de las condiciones operativas: Cada acto que realiza un
sistema debe enmarcarse en parámetros poco rígidos, pues tal laxitud
le permitirá no desequilibrarse en demasía ante cada contingencia del
ambiente. La plasticidad del sistema dependerá en estos casos de dos
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mecanismos alternativos: la equifinalidad y la multifinalidad. La primera implica que una diversidad de estímulos puede provocar una misma
respuesta. Por el contrario, la multifinalidad alude a la diversidad de respuesta para un mismo estímulo. Así, una célula que pueda desarrollarse
con pocos requerimientos y con gran versatilidad de estrategias, tendrá
mayores probabilidades de éxito.
• Causalidad circular o en circuitos de retroalimentación: Las relaciones
entre causa y efecto al interior de un sistema adoptan forma circular, lo
que quiere decir que el efecto vuelve sobre la causa y la retroalimenta. Tal
vez sea más apropiado hablar de verdaderas redes causales, ya que las
relaciones entre causa y efectos superan más de las veces el mero círculo.
Esto implica que cualquiera sea el estímulo que se aplique sobre alguna
parte del circuito, éste incidirá en mayor o menor medida sobre las variables implicadas en él.
• Autoregulable: Que el sistema puede autoregularse significa que evita
el desequilibrio merced de sus propias estrategias y que, por lo tanto,
aunque el ambiente ejerza influencia sobre él, no lo determina absolutamente.
• Regido por principios de equilibrio dinámico: Si bien los seres vivos
guardan equilibrio con su ambiente, no es menos cierto que éste lejos de
ser estático, es fluctuante, o sea, no permanece inalterable sino que cambia cada vez que los factores ambientales se modifican.
• Neguentrópicos: Según el Segundo Principio de la Termodinámica, lo
único que se incrementa espontáneamente en un sistema cerrado es el
desorden (entropía). Mantener ordenado un sistema implica tomar materia, energía e información del medio externo, proceso que lleva necesariamente a mantenerlo abierto. Los sistemas vivos logran no incrementar
la entropía a costa del medio externo.
Que los organismos vivos adopten forma sistémica significa que disponen de estrategias adaptativas y que éstas les permiten desarrollarse
convenientemente en el medio. El organismo vivo es un sistema que se
desenvuelve en otros sistemas mayores, cada uno con sus propios mecanismos y propiedades emergentes, y a los cuales les cabe todos los atributos enunciados antes.
En función de lo desarrollado previamente, te proponemos la actividad
N° 6
La concepción sistémica no refiere sólo a los fenómenos biológicos,
sino también a los de otra clase, cuales son los físicos, sociales o culturales; pero aún va más allá, pues incluye, además de las entidades de naturaleza concreta, a los entes abstractos como la ciencia. Así, un sistema es
tanto un objeto o un proceso tangible, como aquello abstracto o inasible
a los sentidos.
21
4.1. La Biología es un sistema conceptual y los fenómenos biológicos son sistemas concretos
Si intentamos identificar los sistemas en los cuales se inscribe la vida,
nos encontraremos con que ésta adopta una diversidad de formas, que no
obstante su variabilidad morfológica y funcional, se organiza básicamente
de dos maneras, individual u organísmica, o supraindividual o ecológica.
Cada una de estas formas básica se puede expresar del siguiente modo:
4.1.1. Los niveles de sistema biológico
•Nivel individual
•Nivel ecológico
Individuo unicelular
Individuo pluricelular
Población
Comunidad
Ecosistema
Biosfera
Organizado en una sola célula
Organizado en tejidos
Organizado en órganos
Organizado en sistema de órganos
Conformada por individuos de la misma especie
Conformada por poblaciones
Conformado por comunidades/ambientes
Conformada por todos los seres vivos/espacio
4.1.2. Los niveles de conocimiento de los sistemas biológicos
• Biología (conocimiento de la organización individual de la vida)
Biología de los organismos unicelulares
Biología de los organismos estructurados en tejidos
Biología de los organismos estructurados en órganos
Biología de los organismos estructurados en sistemas de órganos
• Ecología (conocimiento de la organización social de la vida)
Tradicionalmente la vida bajo la forma individual ha sido el objeto de
estudio de la Biología en pos de clasificar a los seres vivos. Dicha tarea
estuvo a cargo de una rama de ésta, la Taxonomía, ciencia que ordena a
los organismos en función de sus relaciones filéticas o caracteres afines.
La Taxonomía es en sí un sistema de clasificación que categoriza las formas de vida en cinco grandes grupos o Reinos:
• Monera: organización celular. Procariotas. Heterótrofos. Diferenciación
celular incipiente. Ej. bacterias.
• Protista: organización celular. Eucariotas. Autótrofos o heterótrofos.
Clara diferenciación celular. Ej. protozoos y algas unicelulares.
• Fungia: organización tisular. Eucariotas. Heterótrofos. Ej. hongos.
• Plantae: organización tisular o en órganos. Eucariotas. Autótrofos. Ej
plantas.
• Animalia: organización tisular, en órganos o en sistema de órganos.
Módulo Biología - UNNE Articulación
Eucariotas. Heterótrofos. Ej. animales.
Los nombres de cada uno de estos Reinos tienen dos acepciones, una
en relación con el conjunto de organismos que poseen esas características
(sistema concreto), y otra, vinculada con los conceptos que definen a cada
grupo real (sistema conceptual).
Cada uno de los reinos incluye una gran diversidad de estructuras y
funciones biológicas, las que se clasifican en categorías hasta el nivel más
elemental que constituye la especie o unidad taxonómica.
En los capítulos siguientes se podrá examinar cómo se halla conformado el sistema célula, como asimismo, las diferentes expresiones de la
biodiversidad, hasta las propiedades del sistema mayor, la biosfera.
LAS ACTIVIDADES QUE TE PROPONEMOS
Actividad 1
El tiempo cíclico y el tiempo lineal
1)¿Cómo definirías los conceptos de tiempo cíclico y tiempo lineal?
2)¿Se pueden dar ejemplos de ambos conceptos, diferentes de los enunciados
por Aristóteles?
3)¿Qué concepción de tiempo está implicada en los conceptos de evolución, circulación de la sangre, respiración y reproducción? Fundamenta.
4)En lo que respecta a los procesos biológicos, ¿de qué depende que prime un
tipo de concepción sobre otra? Para responder la cuestión revisa la respuesta a la
pregunta 3, ya que ésta te dará elementos necesarios a dichos fines.
Actividad 2
Desarrollo embrionario del pollo
1)En la descripción sobre el desarrollo embrionario del pollo, Aristóteles relata
minuciosamente cada una de las fases del proceso. ¿Cuál se cree fue el procedimiento seguido para lograrlo?
2)¿Era común en la Grecia antigua tal manera de proceder?
3)¿En qué se asemeja o difiere la forma en que trabajó Aristóteles con el método
especulativo propio de la filosofía?
Actividad 3
Los primeros experimentos
Tanto en el desarrollo embrionario del pollo, como en el hecho descrito en esta
página, se relatan situaciones acontecidas en momentos históricos determinados.
El primero constituye una observación espontánea, el segundo, un experimento.
Compara ambos procesos y responde:
1)¿Pueden manipularse o manejarse a voluntad del investigador las variables o
factores que intervienen en cada uno?
2)¿Para qué se realizaron ambas observaciones?
3)¿Qué críticas pueden hacerse?
4)¿Cómo definirías observación sistemática y experimento?
23
Actividad 4
La caída de la generación espontánea
1)¿Por qué se dice que el experimento descrito produjo la caída de las concepciones sobre la generación espontánea?
2)Compara el experimento de Pasteur con el de Redi (pág. 17) en lo que hace a
objetivos del diseño experimental, materiales utilizados, variables o factores que
intervienen en cada caso, resultados obtenidos, y concordancia o discordancia
entre objetivos y resultados.
Actividad 5
¿Las teorías sobre el origen de la vida son mecanicistas o vitalistas?
1)Indica cómo clasificarías a cada una de las teorías descritas, si como mecanicistas o como vitalistas.
2)Supone que una nueva clasificación de las teorías las coloca en otra categoría,
opuesta a la seleccionada en la respuesta anterior. ¿Cómo describirías cada proceso desde esa concepción?
Actividad 6
¿Concepción mecanicista, vitalista o sistémica de la vida?
1)Elabora un cuadro sinóptico o mapa conceptual donde se pongan de manifiesto concordancias y divergencias entre las tres concepciones reseñadas.
¿Cómo podría caracterizarse la evolución desde cada una de las tres perspectivas
de análisis?
CAPÍTULO 2.
LA VIDA EN LA
TIERRA
25
Módulo Biología - UNNE Articulación
LA VIDA EN LA TIERRA
1. ¿Cómo se explica la evolución?
1.1.La primer teoría
¿Qué se pensaba acerca de la presencia de la gran diversidad de formas
vivientes en el mundo? ¿De dónde provenían? ¿Estaban emparentadas?
Bernard Russell sintetiza la situación de la siguiente manera:
La teoría de los biólogos, antes de Darwin, era que en el cielo estaba
encerrado un gato ideal, y un perro ideal y así sucesivamente; y que los
actuales gatos y perros son copias mas o menos imperfectas, de esos tipos
celestiales.
Cada especie corresponde a una idea diferente de la Mente Divina, y
por eso no puede haber transición de una especie a otra, ya que cada especie procede de un acto separado de creación.2
Dos infatigables naturalistas, Mr.
Charles Darwin y Mr. Alfred Wallace,
independientemente y desconociéndose
el uno del otro, arribaron a la misma
muy ingeniosa teoría que da cuenta
de la aparición y la perpetuación de las
variedades y de las formas específicas
sobre nuestro planeta: por lo que ambos
justamente reclaman el mérito de ser los
autores originales de esta importante
línea de investigación.....
(Presentación realizada por Lyell y
Hooker en el Foro de la Sociedad
Linneana de Londres – 1858)
Steno (físico danés 1638-1687), sugirió que los fósiles eran restos de
plantas y animales que según el relato bíblico, habían sido arrastrados y
enterrados como consecuencia del Diluvio Universal, lo que justificaba
que se hallaran fósiles de organismos marinos en regiones montañosas.
Pero el anatomista George n Cuvier (1769-1832) fue quien propuso que las
diferentes partes de un organismo estaban correlacionadas, y lo explicaba
diciendo que los mamíferos con cuernos y pezuñas son todos herbívoros
y que a este tipo de animales les corresponde un tipo de dientes fuertes y
aplanados. Esto posibilitó la reconstrucción de los organismos a partir de
evidencias fragmentadas y permitía intuir las características externas, los
hábitos y los ambientes en el que vivía el animal fósil encontrado.
Cuvier consideraba que las especies habían sido creadas simultáneamente por un acto sobrenatural o divino, y que, una vez creadas se mantuvieron fijas o inmutables. Esta teoría se llamó Fijismo, y constituyó el
pensamiento dominante en el siglo XVIII.
Por el estudio de los fósiles Cuvier, reconoció que muchos pertenecían
a formas ya no existentes, entonces propuso que esas especies habían sido
exterminadas por sucesivas catástrofes.
Era necesario dar una explicación frente a la evidencia de que la vida
tuvo un origen y que los seres vivos fueron cambiando, complejizándose
y diversificándose a través del tiempo. De esta idea de cambio era posible imaginar que nuevas especies se fueron originando de otras especies
existentes, mediante mecanismos y procesos naturales.
Fue Sir Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) quien, por primera vez
propuso una teoría para explicar el cambio de los seres vivos a través del
tiempo. Los principales aspectos de su propuesta son:3
• Existe un sentimiento interior intrínseco de los organismos, que impulsa a todo ser vivo a transformarse hacia el perfeccionamiento y hacia una
mayor complejidad.
27
• Las alteraciones del entorno producen nuevas necesidades en los organismos.
• Los órganos o estructuras que se utilizan más frecuentemente se fortalecen. Mientras que aquellos que no se utilizan tienden a debilitarse hasta
desaparecer.
• Las características individuales que adquiere un organismo, dadas por
los accidentes, enfermedades y ejercicios musculares que ha experimentado a través de su vida, pueden ser heredadas por su descendencia. Este
mecanismo se conoce como herencia de los caracteres adquiridos.
Otro aspecto significativo de la Teoría de Lamarck, es su consideración
del problema del origen de la vida. Proponía que la vida se originaba
mediante generación espontánea, por un proceso de organización de la
materia orgánica. Lamarck decía:
La eclosión de la vida a partir de lo inanimado representa un proceso
de desarrollo progresivo de la materia. ....Entre los cuerpos orgánicos
debieron aparecer formaciones semilíquidas extraordinariamente diminutas de consistencia muy fluida, posteriormente estos pequeños cuerpos
semilíquidos se convertirían en formaciones celulares, provistas de receptáculos con fluido en su interior, adquiriendo de esa manera los primeros
rasgos de organización”
El proceso de transformación de Lamarck, claramente se parece a una
escalera mecánica, en la que, los escalones ascienden constantemente a
niveles superiores mientras en la base y en los peldaños inferiores, la generación espontánea repone nuevos organismos que son la materia prima
para el cambio.
1.2. Los aciertos y errores de Lamarck
El concepto de “herencia de los caracteres adquiridos” es el planteo
por el cual más se critica a Lamarck. Pero resulta que analizando su teoría
de forma global, no es el aspecto más destacado de su argumentación.
Lo destacable de su teoría es haber puesto el concepto de mecanismo de
herencia en el contexto de una explicación para el cambio evolutivo, lo
cual justifica que en la actualidad se mencione este tipo de herencia como
“herencia lamarckiana”
¿Te acuerdas del ejemplo del cuello de jirafa como modelo de herencia
de los caracteres adquiridos?
Lamarck, ilustraba su Teoría, en relación con las costumbres y la talla
de las jirafas (Camelo pardalis): sabemos que este animal, el más grande
de los mamíferos, habita el interior de África, y que vive en lugares en que
la tierra, casi siempre árida y sin hierbas, lo obliga a pacer el follaje de los
árboles, y a esforzarse continuamente para alcanzarlos. De esta costumbre
resulta, después de largo tiempo, en todos los individuos de su raza, que
sus piernas de adelante se han vuelto más largas que las de atrás, y que
su cuello se ha alargado de tal forma que la jirafa, sin levantarse sobre
Módulo Biología - UNNE Articulación
sus patas traseras, eleva su cabeza y alcanza seis metros de altura.
La teoría de Lamarck se menciona en muchos textos como “transformismo”.
Es la primera propuesta teórica organizada que intenta explicar las
transformaciones de las especies a través del tiempo.
1.3. Darwin, una mirada superadora
Después del eclipse de las ideas de Lamarck se produjo un largo letargo
del pensamiento evolucionista iniciado con él.
En 1858 la Sociedad Linneana de Londres tuvo el privilegio de ser el
foro donde se expusieron ensayos pertenecientes a los naturalistas ingleses con vidas extrañamente paralelas: Alfred Russell Wallace (1823-1913)
y Charles Robert Darwin (1809-188). Ambos estuvieron en Sudamérica
y estaban familiarizados por las conclusiones de Robert Malthus, sobre
la población (1798), donde llama la atención sobre la inexorable lucha
entre las criaturas debido a que, mientras los recursos del medio crecen en
forma aritmética, las poblaciones lo hacen geométricamente.
¿Cuál fue la propuesta de Darwin?
Darwin, logró unir en la Teoría de la Evolución Biológica tres conceptos fundamentales:
a. El concepto de especie, según las creencias predominantes cada
una había sido creada especialmente y se mantenían inmutables hasta
el presente por la capacidad de reproducción; Darwin introdujo en “El
Origen de las Especies” un fuerte cuestionamiento al enfoque dualista
tradicional: creación y reproducción y lo sustituyó por un único principio
formador: la reproducción.
b. El concepto de adaptación, la teología natural impulsaba un ideal
optimista, una creencia en la bondad del Creador. Darwin y Wallace,
tomaron la generalización empírica de Malthus. Darwin la quitó del contexto teológico original y generó la idea de la lucha por la existencia, que
constituye uno de los pilares de la teoría de la evolución.
c. El concepto mismo de evolución, llegó a través de la geología evolucionista de Lyell, es allí donde se desprende del carácter especulativo
y entra en el dominio de la ciencia, por medio del reconocimiento de los
efectos de los procesos geológicos específicos en la determinación de los
procesos de la naturaleza. Darwin, observó el paisaje geológico de Sudamérica y puso a prueba el “uniformismo” de Lyell. La distinción planteada por Darwin entre el evolucionismo de los predecesores y el propio se
centraba en el mecanismo del cambio evolutivo. La solución planteada por
Darwin, la selección natural, constituía un silogismo elemental deducible
de las hipótesis aceptadas por todos.
1.4. La selección natural, mecanismo del cambio evolutivo
Aunque la selección natural no puede ser directamente observada
como se pueden observar algunos de los cambios geológicos, Darwin la
29
infirió teóricamente a partir de otros tipos de observaciones, como:
a. La variación hereditaria, cualquier característica, tanto estructural,
funcional o conductual de una especie, presenta variaciones.
b. La multiplicación, esas variaciones individuales son hereditarias en
alguna medida, y se transmiten de generación a generación.
c. La lucha por la supervivencia, los organismos se multiplican siguiendo tasas que siempre exceden la capacidad del medio para mantenerlos, por lo que el excedente poblacional debe sucumbir.
¿Cómo operan, la selección natural y la adaptación para el cambio
evolutivo?
Ambas están ligadas, un organismo está adaptado a sus condiciones
de vida si elude la barrera entre las generaciones sucesivas. “Adaptación”,
es capacidad de reproducción en un medio dado.
Así este concepto desde la perspectiva de la selección natural se halla
subordinado a las presiones ambientales a las que están sometidos los
organismos.
Darwin en la sexta edición de El Origen de las Especies, introdujo los
términos de Herbert Spencer “la supervivencia del más apto”. Esto indica
que:
Aquellos que sobreviven se reproducen, y a posteriori son denominados
“los más aptos” que aquellos que no lo consiguen: la selección natural es
la pérdida diferencial de sujetos constituidos de distinta manera. La eliminación de sujetos de cada generación debe ocurrir varíen o no, a causa de
la lucha por la vida. En cada generación la capacidad de reproducirse es
retenida necesariamente sólo por los supervivientes últimos, de modo que
lo importante en la evolución es no ser seleccionado negativamente.
2. ¿Qué es la evolución?
2.1. El proceso evolutivo
Cuando en biología hablamos de evolución, nos referimos a dos procesos diferentes de cambio en el tiempo:
• Los que ocurren a lo largo de la vida del individuo, desde la concepción
hasta la muerte.
• Los que involucran a las poblaciones, especies, comunidades y ecosistemas.
Además de diferenciar los procesos de cambios que operan a nivel
individual de aquellos que explican los cambios a través de las generaciones, se hace aquí necesario introducir una nueva reflexión acerca de la
naturaleza de la evolución biológica.
Existen dos diferentes significados a los que se refiere el término evolución:
• Un proceso objetivo de la naturaleza.
• Las hipótesis y teorías que la ciencia propone para explicar los mecanismos que operan durante ese proceso, en particular la teoría de la
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evolución mediante la selección natural.
Según Darwin, los dos procesos deben analizarse por separado, a pesar
de estar relacionados.
En cuanto al primero, es necesario definir, sobre la base de las evidencias, si el proceso ocurrió o no; es decir, si la evolución es un hecho
natural, y por lo tanto susceptible de ser estudiado.
En cuanto al segundo, la pregunta se refiere a cómo ocurrió ese proceso, incorporando el análisis crítico de las hipótesis propuestas por Darwin
para explicar el comportamiento y los resultados del proceso evolutivo.
Hoy la ciencia no discute que los cambios evolutivos son objetivos, y
se admite que la evolución es un hecho, como lo es la existencia de la reproducción sexual, o el movimiento de los planetas en el sistema solar.
2.2. La Evolución como teoría científica
Como sabemos, la tarea de la ciencia es describir la realidad y descubrir las conexiones que se presentan entre ciertos fenómenos. De manera
que construye teorías generales que explican los fenómenos por medio de
leyes particulares.
En síntesis, las teorías son hipótesis de explicación cuya verdad puede
ser puesta a prueba. Pueden ser corroboradas, aunque provisoriamente, o
refutadas y reemplazadas por nuevas hipótesis que las superen.
Ha dicho Ernst Mayr, la revolución darwiniana, es la más fundamental de todas las revoluciones intelectuales de la historia de la humanidad.
Mientras que las revoluciones a las que dieron origen Copérnico, Newton,
Lavoisier o Einsten afectaron solamente una rama particular de la ciencia
o a la metodología de la ciencia en algunos casos, la revolución darwiniana ha afectado todo el pensamiento humano. La concepción del mundo
predominante antes de 1859 fue necesariamente diferente por completo
de cualquier visión del mundo concebida después de 1859.
¿Cómo se valida la teoría evolutiva?
De la evolución histórica de la vida surgen varias evidencias, pero tres
son las fundamentales:
a. La observación directa: Los cambios evolutivos no pueden ser
determinados antes de que ocurran. La evolución produce cambios apreciables después de operar durante largos períodos. En general la teoría
evolutiva constituye una buena herramienta para interpretar los procesos
que han ocurrido en el pasado.
• Es posible observar cómo una población natural cambia a través del
tiempo. Ej. Biston betularia (polilla del abedul). Referir a Actividad Nº 3
de este libro.
• La evolución puede ser producida experimentalmente, es una selección
artificial, en la que una nueva generación es producida a partir de unos
pocos miembros de la generación anterior, portadores de características
que se requieren incrementar en esa población. Se utiliza en zootecnia, y
agricultura.
31
• Muchas especies naturales muestran gran variación, cuando una especie ocupa una gran dispersión territorial, puede que en los extremos se
encuentren diferencias que les impida el cruzamiento, así nace una nueva
especie.
• Es posible crear nuevas especies artificialmente, generalmente estas experiencias se realizan en la agricultura, un caso de ellas son las especies
poliploides.
b. La homología: Constituye un cuerpo de evidencias que permiten
efectuar retrodicciones de los datos del pasado y sustentar la idea de
ancestralidad común para todos los seres vivos. Se representa por las
similitudes entre especies actuales, por un lado, y entre éstas y las que se
encuentran en el registro fósil, por otro.
Las similitudes son de dos tipos:
• las analogías, son similitudes que pueden ser explicadas en términos de
un modo de vida común, como adaptaciones a un requerimiento funcional ambiental. Por ej: la forma hidrodinámica de los tiburones, delfines y
ballenas, o las alas de los murciélagos, aves e insectos.
• las homologías, son similitudes que expresan parentesco de los grupos.
Los caracteres homólogos son aquellos que aportan mayor información
acerca del proceso evolutivo.
Las homologías pueden ser anatómicas, los miembros de los tetrápodos;
del código genético; de los órganos vestigiales por ej: los miembros vestigiales de las serpientes, que no son funcionales, o los huesos de la cintura
pélvica de las ballenas, que no articulan con el miembro y la cadera, estos
órganos son evidencias de evolución.
c. El registro fósil: Es el conjunto de los fósiles que se han encontrado
hasta el presente. Los fósiles son los restos de los organismos que han
vivido en el pasado o la evidencia de su presencia, que se ha conservado
de diferentes maneras. Muestran una parte de la historia de la tierra. Es
una fuerte evidencia de evolución porque si peces, anfibios, reptiles y
mamíferos hubieran sido creados simultáneamente no esperaríamos que
aparecieran temporalmente en el registro fósil en el orden exacto de su
aparente evolución. Este tipo de análisis produce el mismo tipo de evidencias cuando se analizan otros grandes grupos de los que se dispone de
un buen registro fósil.
La síntesis Neodarwiniana. La variabilidad genética
La teoría darwiniana se sustenta en la idea de variabilidad, que remite
a la diversidad entre los organismos de una misma especie y al efecto del
ambiente como factor de selección. La ausencia de conocimientos sobre
los mecanismos de la herencia y del rol del ADN, resultó un inconveniente para la interpretación de los procesos de cambio que se observaban en
las poblaciones. Nuevos conocimientos trataron de resolver las críticas
hechas a la teoría darwiniana.
Mientras Darwin escribía El Origen de las Especies, Gregor Mendel
(1822-1884), realizaba sus investigaciones en plantas de arveja, que le
permitieron, luego, dar respuesta a cuestiones relacionadas con el proceso
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del cambio evolutivo, proceso a través del cual se produce la transmisión
de caracteres. Estos resultados abordados en 1865 no fueron conocidos
por Darwin, pues, se ponen a la luz recién en comienzos del siglo XX.
Durante el siglo XX se producen nuevas explicaciones para el proceso evolutivo que tienen como base la Teoría Evolutiva y los principios de
la Genética mendeliana, a estas explicaciones se las conoce con el nombre
de “Teoría Neodarwiniana” o “Teoría Sintética de la Evolución”. Es el
producto de la síntesis de conocimientos sobre los mecanismos de la evolución adquiridos durante la primer mitad del siglo XX en tres disciplinas
distintas: la Genética, la Sistemática y la Paleontología. Esta teoría es
fundada entre 1937 y 1948, por Theododius Dobzhansky, genetista ruso,
Ernst Mayr, sistemático alemán, -ambos emigrados a EEUU-, y Georges
Simpson, paleontólogo norteamericano.
La generación de este nuevo conocimiento se debe a que entre los años
1930 y 1950 estas disciplinas adoptan una mirada hacia las poblaciones.
Desde esta perspectiva se sostiene que es la población la que tiene la capacidad de la variabilidad necesaria para que se produzca el cambio evolutivo en el espacio y en el tiempo, son las poblaciones las que evolucionan
y no los individuos. La variabilidad es la materia prima o combustible del
cambio evolutivo.
La población como unidad evolutiva.
Previamente al enfoque de la genética de poblaciones, se consideraba,
que la unidad de los procesos evolutivos eran los organismos individuales. Esto se relacionaba con la idea de que los únicos que tienen existencia real son los individuos, de modo que las entidades supraindividuales,
como las poblaciones o las especies eran construcciones conceptuales.
Sin embargo los individuos no pueden ser considerados porque su genotipo no experimenta cambio evolutivo sino que permanece inalterado
durante toda la vida. En cambio las poblaciones constituyen un sistema
con continuidad biológica, espacial y temporal, a partir de poseer un conjunto de genes o “reservorio genético” que es transmitido de generación a
generación. Por ej: Las tasas de crecimiento, de nacimiento, mortalidad,
los niveles de variabilidad genética, la densidad y las relaciones ecológicas
son algunos de los atributos de la población como entidad que no resultan de la suma de propiedades de los individuos sino que son un atributo
del sistema como un todo que influye decisivamente en su destino evolutivo.
2.3. El cambio evolutivo
Existe la variabilidad genética en todas las especies, es reordenada
de múltiples maneras en cada generación por el proceso de reproducción
sexual. Esta reorganización de los genes de generación en generación
no produce por sí misma cambio evolutivo. Este principio se enuncia en
la Ley del Equilibrio Genético de Hardy-Weimberg, que plantea, que “en
una población ideal, las frecuencias genéticas se mantendrán constantes
a través de sucesivas generaciones”. Para demostrar esto se basaron en
33
una población ideal que debería cumplir con las siguientes condiciones
restrictivas:
No se producen mutaciones. No hay emigración de individuos. La población es muy grande, de modo que se aplican las leyes de la probabilidad. Se produce apareamiento al azar. Todos los alelos son viables, no hay
diferencias en el éxito reproductivo.
Con esta ley se puede cuantificar las frecuencias génicas. Según la
genética de poblaciones, la evolución puede definirse como el cambio en
las frecuencias génicas de las poblaciones a través del tiempo. Los procesos básicos de la evolución, responsables del cambio en las frecuencias
génicas son: la mutación, la migración, la deriva genética y la selección
natural. A continuación analizaremos cómo opera cada uno de ellos.
a. La mutación
Las tasas de mutación son relativamente bajas, de modo que el cambio
de frecuencia alélica de un gen introducido por mutación es extremadamente lento.
Por ejemplo, consideramos un alelo A, que por mutación se convierte en B, a una tasa de 1 por 100.000 individuos por generación. Si la
frecuencia de A es 0.10, en la generación siguiente se habrá reducido a
0.099999, lo cual representa un cambio pequeñísimo. Se requieren 10.000
generaciones para que la frecuencia A se reduzca de 0.1 a 0.09. Además
algunos mutantes pueden revertir, es decir B puede mutar y transformarse
nuevamente en A.
Esto nos demuestra que los cambios en las frecuencias génicas por
mutación son casi imperceptibles. Con cambios tan lentos, la evolución
procedería de forma sumamente lenta. Las frecuencias alélicas no están
determinadas usualmente por la tasa de mutación, sino por el hecho de
que algunos alelos son favorecidos sobre otros por la selección natural.
Así, el cambio de la frecuencia resulta de la interacción entre mutación y
selección natural, siendo la selección la más importante..
b. Migraciones
La migración implica que los organismos que pertenecen a una población se desplazan, llegan a una población diferente , y se cruzan con
los individuos que la forman, aportando sus genes. A la migración se la
denomina flujo génetico, porque implica la mezcla de los genes de poblaciones diferentes.
Si se toma la especie como un todo, el flujo genético no cambia sus
frecuencias génicas, sino la frecuencia génica de la población de la que se
están introduciendo las especies migrantes.
c. La deriva genética
Las frecuencias génicas pueden cambiar por razones puramente aleatorias y esto ocurre porque toda población tiene un número finito de
individuos. Así, el equilibrio de las frecuencias génicas de la población,
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entre otros factores depende del azar. Estas leyes se aplican tanto a la
tirada de monedas, como al juego de los dados, o al destino de los genes
en las poblaciones.
La magnitud de estos cambios es inversamente proporcional al tamaño
de la población, es decir, cuanto menor sea la población, mayor será el
efecto de la deriva genética.
d. La selección natural
La selección natural, tal cual fuera propuesta por Darwin, es el proceso
por el cual los individuos portadores de características hereditarias que
resultan ventajosas dejan en promedio más descendientes que los que
carecen de ellas, de modo que las variantes ventajosas van aumentando
su frecuencia en la población.
El concepto moderno es prácticamente el mismo, pero se define en
términos genéticos, como la reproducción diferencial de los genotipo que
favorecen la adaptación al ambiente de sus portadores.
Hoy, se puede a través de un modelo matemático, medir la selección y
predecir sus resultados bajo ciertas condiciones.
Para tener efectos evolutivos la selección natural debe cambiar las
frecuencias génicas implicadas en la eficacia biológica, para lo que debe
existir variabilidad genética. Las líneas puras homocigotas no permiten
que la selección produzca cambios evolutivos perceptibles.
La variabilidad genética puede mantenerse por selección natural, si el
genotipo es heterocigota confiere mayor eficacia biológica que cualquiera
de los homocigotas.
Tipos de selección:
Si se la considera en función de su efecto en la población a lo largo
del tiempo, hay tres tipos:
Selección direccional. Favorece a los individuos que poseen uno de los
valores extremos de una característica, p.ej. “los más altos”; y selecciona
desfavorablemente a los promedios, o que se encuentran al otro extremo
de la característica, p.ej. “los más bajos o con estatura promedio”. Por
consecuencia, se produce un reemplazo gradual de un alelo por otro en el
acervo genético de una población. La evolución del cuello de la jirafa es
un ejemplo de la selección direccional. Es probable que las jirafas ancestrales con cuellos más largos obtuvieran más alimento y, que por lo tanto,
se reprodujeron más que las jirafas contemporáneas de cuellos cortos, lo
que habría aumentado el carácter “cuello largo” en la población.
Selección estabilizadora. Favorece a los individuos que poseen un
valor promedio para sus características y genera una selección en contra
de los individuos que poseen valores extremos. Una vez que la especie
está bien adaptada a un ambiente, y si este no cambia, es posible que las
variaciones que aparezcan sean dañinas. Como consecuencia estas especies pasarán por un período de selección estabilizadora que favorece la
supervivencia y la reproducción de los individuos promedios. Si bien la
longitud de las patas y cuellos de las jirafas se hayan originado por selección direccional, es probable que actualmente se encuentren bajo una
35
selección estabilizadora que equilibra la demanda de alimento y bebida.
Ambos tipos de selección sólo pueden efectuarse en un ambiente en
equilibrio y uniforme.
Si una región proporciona diferentes recursos, puede ocurrir una selección disociadora, que produce diferencias genéticas en una población
que pueden dar como resultado la formación de dos especies diferentes,
incrementa los tipos extremos a expensas de las formas intermedias.
Selección sexual. Generalmente en aves, mamíferos y algunos peces
es la hembra la que selecciona a la pareja. Existen muchas evidencias
de la competencia intrasexual en las especies polígamas, en las que un
macho se aparea con varias hembras. Además también existe la selección
intersexual, en la cual los miembros de cada sexo ejercen presiones selectivas sobre las características del sexo opuesto mediante la elección de
parejas.
Darwin, tomó en cuenta estas estructuras y comportamiento, y utilizó la expresión selección sexual para distinguir el proceso de evolución
por selección de pareja. Decía:.. “La selección sexual depende del éxito de
ciertos individuos sobre otros del mismo sexo, en relación con la propagación de la especie; mientras que la selección natural depende del éxito
de ambos sexos...”
e. Las adaptaciones
La selección natural actúa eliminando a los individuos que no tienen
las características necesarias para sobrevivir y reproducirse en un determinado ambiente. Los atributos que permiten a un organismo sobrevivir
y reproducirse en un ambiente específico se llaman adaptación. Muchas
veces estas adaptaciones pueden relacionarse con factores físicos del ambiente de un organismo o con las fuerzas selectivas ejercidas por otros
organismos que forman parte del ambiente biótico.
Adaptaciones al ambiente físico. Una especie que ocupa diversos
ambientes puede presentar algunas características distintas según las
variaciones ambientales. Cada grupo de fenotipos distintos es conocido como un “ecotipo”. Los cambios en la frecuencia génica en algunas
poblaciones son las respuestas a las fuerzas selectivas que operan en un
ambiente particular. Los gorriones p.ej., que son aves homeotermas y que
habitan varios climas, tendrán diferentes tamaños corporales según la
temperatura ambiental media. Los de clima frío tendrán una estructura
corporal mayor, pues, cuanto mayor es el volumen de un cuerpo, menor
es la proporción del área expuesta en relación con el. Así mismo las partes
prominentes del cuerpo de los organismos de una especie, como la cola
y las orejas, son generalmente más cortas en los climas más fríos que en
los cálidos.
Adaptaciones al ambiente biológico. Cuando las poblaciones de dos especies actúan en gran medida, cada una ejerce fuertes presiones selectivas
sobre la otra. Así, sí una desarrolla una nueva característica o modifica
una antigua, con frecuencia la otra desarrolla nuevas adaptaciones como
respuesta. Esta retroalimentación constante y mutua de dos especies se
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llama “ coevolución”, la ejemplificación más pertinente es la de los parásitos, hospedadores y patógenos.
f. Los cambios a gran escala
Darwin, concibió el proceso evolutivo como una serie de transformaciones graduales, lentas como para ser observadas en el tiempo presente.
El proceso de la evolución tiene dos caras:
• La anagénesis, representada por los cambios que sufren las poblaciones
en su adaptación lenta y gradual a los requerimientos del ambiente, como
consecuencia del proceso de la selección natural.
• La cladogénesis, representada por el registro fósil que nos revela la
existencia de cambios bastante rápidos, tales como la aparición de nuevas
especies. También:
• La aparición de características novedosas que están presentes en grandes grupos de organismos y que han permitido la utilización de nuevos
ambientes. Por ejemplo, el vuelo de las aves, la respiración pulmonar de
los vertebrados terrestres, la capacidad de amamantar de los mamíferos.
• La existencia de épocas de grandes extinciones, conocidas como “extinciones en masa”, en la que desaparecieron, en corto intervalo de tiempo
geológico, un gran número de taxa de nivel superior, clases, órdenes y o
familias.
• La existencia de grandes eventos de especiación conocidas como “radiaciones adaptativas”, es decir el gran número de especies a partir de
las especies sobrevivientes de las extinciones masivas o la diversificación
de un nuevo grupo de organismos que ha adquirido una novedad evolutiva.
g. La historia no vuelve atrás
La evolución es contingente. La contingencia es una característica
de los procesos históricos y se refiere a que, debido a la multiplicidad
de patrones que intervienen en su devenir, resulta imposible anticipar
qué rumbo ha de tomar, aunque el conocimiento de los procesos que
intervienen permite interpretar los sucesos del pasado. Es un marco de
interpretación que se encuentra a mitad de camino entre el azar y los
procesos determinísticos. La evolución sigue una dirección única y, como
todo proceso histórico, es imposible que pueda retroceder hacia el pasado.
La evolución es, entonces, un proceso irreversible e irrepetible, ya que se
trata de un “experimento natural” que lleva millones de años.
3. ¿Cómo se diversifica el árbol de la vida?
Ordenando la diversidad: La clasificación y la Sistemática.
Aristóteles, se ocupó de estudiar la apariencia y costumbres de los
seres vivos y registró alrededor de 500 clases de animales agrupándolos
por sus semejanzas.
Luego de Aristóteles, muchos naturalistas se ocuparon de clasificar las
plantas y los animales según diversos criterios, pero fue el médico sueco
37
Carl von Linné (Linneo) quien, en el siglo XVIII, desarrolló el sistema
binomial para designar las especies de los organismos y estableció las
categorías que aún se utilizan en el sistema jerárquico de la clasificación
biológica.
Para Linneo y los naturalistas de su época, la taxonomía revelaba el
invariable diseño de la creación.
A partir de la consideración de que las especies no son entidades
estáticas sino que cambian en el tiempo, de modo que toda especie desciende de otra previamente existente, el objeto de la clasificación cambia.
La tarea fundamental pasó a ser, entonces, la de establecer un sistema de
clasificación natural, que fuera capaz de reflejar las relaciones de parentesco existentes entre los organismos.
Para el estudio de la clasificación de los seres vivos surgió una auténtica ciencia llamada “Taxonomía” (de la raíz griega taxis que significa
ordenación). La organización que establece la taxonomía tiene una estructura arbórea en la que las ramas a su vez se dividen en otras y estas
a su vez en otras menores. A cada una de las ramas ya sean grandes o
pequeñas, desde donde nacen hasta su final, incluyendo todas sus ramificaciones se les denomina “Taxón”.
La Taxonomía tiene por objeto agrupar a los seres vivos que presenten
semejanzas entre sí y que muestren diferencias con otros seres, estas unidades se clasifican principalmente en siete categorías jerárquicas de más
grande a más pequeña que son:
Reino - Phylum (Tipo) - Clase - Orden - Familia - Género - Especie
Estos siete niveles a veces no suelen ser suficientes para clasificar de
forma clara a todos los seres vivos, y es necesario en algunos casos crear
subdivisiones intermedias, como Superorden que agrupa varios Órdenes,
suborden, superfamilia, que agrupan varias familias, etc.
Lo expresamos en un ejemplo:
Modelo simplificado de clasificación Taxonómica de los Homínidos
hasta el hombre actual Homo sapiens. Algunos autores opinan que el
Hombre de Neardental es una especie (Homo neardenthalensis), derivada
de Homo ergaster, y otros lo consideran una subespecie (Homo sapiens
neardenthalensis) de Homo sapiens.
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La unidad fundamental de la que parte toda la clasificación es la Especie.
Para la designación de las especies se utiliza un nombre compuesto
por dos palabras, escritas en minúsculas y cursiva, la primera de ellas
corresponde al Género que comienza con mayúscula a la que le sigue un
adjetivo escrito con minúscula (Ej. Homo sapiens). A veces es necesario
definir una subespecie, entonces se le añade una tercera palabra, también
en minúscula (Homo sapiens neardenthalensis). Los biólogos y paleontólogos suelen incluir detrás del nombre completo de la especie el nombre
de la persona que la describió, así como el año de publicación.
Hagamos un ejemplo simplificado de recapitulación de lo visto:
El perro doméstico, a pesar de las diferencias de aspecto entre las razas existentes es una especie única Canis familiaris, ya que es posible el
apareamiento entre un chihuahua y un mastín, (aunque es casi imposible
materialmente) y las crías obtenidas siguen siendo fértiles.
Los perros pertenecen junto con los lobos y chacales al género Canis,
que entre sí no pueden cruzarse y dar crías viables y fértiles. Este género
junto con los zorros (del género Vulpes) forma la familia de los Cánidos
(Canidae).
Los Cánidos, junto con los Úrsidos, Félidos y otras familias de comedores de carne se unen formando el Orden de los Carnívoros, que
junto con otros Órdenes forman la Clase de los Mamíferos (tienen pelo,
y producen leche), que a su vez se sitúan dentro del Subtipo Vertebrados
(soportados por huesos), dentro del Tipo Cordados (con notocorda sistema
nervioso central), que pertenece al Reino Animal (con capacidad para
moverse) y por último al Superreino Eucariotas que son aquellos cuyas
células poseen núcleo.
Superreino Eucariotas - Reino Animal – Tipo CordadosSubtipo Vertebrados - Clase Mamíferos - Orden Carnívoros
Familia Cánidos - Género Canis - Especie Canis familiaris
Este modelo de organización sigue también una lógica en el tiempo,
es decir una especie surgió hace un determinado número de años, como
consecuencia el género surgió anteriormente, y el orden, clase, y reino
al que pertenece son sucesivamente anteriores según retrocedemos en el
árbol.
En 1950 el entomólogo alemán Willi Henning, basándose en esto sugirió un sistema de agrupación basado en la historia evolutiva de los seres
vivos (filogénesis), en el que tras estudiar todas las características de un
grupo y excluir aquellas que no marcan su desarrollo nos deja una nueva
agrupación, llamada Clado (es necesario advertir que los rasgos más obvios y acusados no necesariamente marcan el desarrollo evolutivo de un
linaje). Esta agrupación en Clados presta más atención a los puntos en el
que los diversos clados se bifurcan o separan entre sí, que a la agrupación
por características morfológicas que en algunos casos podrían ser secundarias y desvirtuar la lógica en el tiempo del esquema arbóreo.
Como ejemplo de esto: Los Osos panda gigantes, taxonómicamente se
39
han clasificado generalmente dentro de los Úrsidos (osos) al considerar
determinadas características morfológicas. Sin embargo, considerando
su historia evolutiva (Cladísticamente) se encuentran dentro del clado al
que corresponden los mapaches, lo cual obliga a revisar su asignación
taxonómica.
El modelo simplificado de cladograma de los Homínidos hasta el hombre actual Homo sapiens..
3.1. Las grandes transiciones de la historia de la vida
Sabemos que la vida se originó hacen aproximadamente 3.800 millones de años y que, durante más de 2.200 millones de años, fueron
las células procariotas las que dominaron la escena. Estas dataciones se
sustentan en el hallazgo de evidencias de metabolismo primitivo y de
esferas fósiles microscópicas semejantes a bacterias, encontradas en rocas
de distintas partes de la Tierra. Esas células primitivas cuya organización
corresponde a las bacterias actuales, se han diversificado y han colonizado la mayoría de los ambientes de la Tierra.
El origen de las Células Eucariotas: habrían aparecido hacen unos
1.400 millones de años. Se originan a partir de células procariontes. Las
células eucariotas primitivas dieron origen a una serie de grupos de organismos: los protistas, entre los que se incluyen los protozoos, las algas,
y los hongos unicelulares; las plantas, los hongos y los animales. Estos
organismos primitivos no han dejado su registro en las rocas, debido a la
naturaleza blanda de las estructuras que las componían.
El origen de los pluricelulares: Se tienen pocas evidencias de los primeros organismos pluricelulares. Se supone que aparecieron hace aproximadamente unos 2.100 millones de años, y que las algas verdes, rojas y
pardas habrían aparecido hace 1.000 millones de años. En este momento
la atmósfera estaba cambiando debido a la acumulación de una gran cantidad de oxígeno, entre otros factores, esto habría permitido la eclosión
de la vida posterior. Posiblemente la especialización de una estructura
de empaquetamiento de la información, los cromosomas, así como la incorporación de un proceso eficaz de reproducción, la mitosis, fueron las
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innovaciones que permitieron la multicelularidad. El sistema aumentó en
eficiencia favoreciendo la diferenciación y especialización celular. En
esa especialización algunas células adquirieron capacidad reproductora,
otras se especializan en la movilidad, las que también pudieron desempeñar otras funciones al formar parte de los microtúbulos que intervienen
en la reproducción celular.
La evolución de la reproducción sexual aceleró el surgimiento de formas complejas y permitió la diversificación.
Dentro de estos ensayos naturales hubo tres tipos de organismos que
alcanzaron, desde el punto de vista actual, un gran éxito en el número y
variación: los hongos, plantas y animales.
3.2. La historia que cambia. Nuevos escenarios
Con la separación del continente se establecieron nuevos grupos de organismos que fueron dando lugar a una biota con características propias,
producto del aislamiento geográfico. Como se sabe, ciertos organismos
pueden encontrarse en diferentes regiones mientras que otros constituyen especies endémicas.
A fines del Cretásico se mantienen conexiones continentales, como la
conexión entre la región cuyana de América del Sur y América del Norte,
que permitieron la migración desde el Norte de ciertos lagartos que colonizaron la zona de Brasil. También desde el Norte vinieron dinosaurios
y algunos mamíferos primitivos, mientras que migraron hacia el Norte
algunas especies de tortugas.
En el Paleoceno Australia, Antártida y Sudamérica estaban unidas
permitiendo que marsupiales sudamericanos pudieran acceder a Australia
a través de la Antártida. Posteriormente la separación de los continentes
pudo favorecer la diferenciación entre euterios y marsupiales.
Entre el final del Eoceno y comienzos del Oligoceno, irrumpieron en
América del Sur, roedores y monos platirrinos. Las modificaciones climáticas favorecieron la gran radiación.
En el Mioceno, aparecen grandes cambios paleogeográficos, elevación de
la cordillera patagónica, se produjo una intensa glaciación, de esta manera se cambió el ambiente.
Actividad 1
El cambio evolutivo
1)Elabora una línea del tiempo y representa en ella los principales acontecimientos relacionados con la historia del pensamiento acerca de la evolución.
2)El investigador inglés H. B. D. Kettlewell, que estudió el fenómeno (1955 y
1956), partió de la hipótesis de que ya antes del proceso de industrialización
existían formas melánicas, como atestiguan antiguas colecciones de mariposas.
¿Por qué era precisamente en ese momento cuando comenzaban a predominar?
41
Los ejemplares de color negro que existían antes de la revolución industrial destacaban tanto sobre el fondo claro de los abedules, que rápidamente eran devorados por los pájaros. El aumento de la contaminación en los centros industriales
ingleses provocó un cambio: el oscurecimiento de la corteza de los abedules, por
la destrucción de los líquenes blanquecinos que las cubrían; ahora eran las mariposas normales, las claras, las que destacaban sobre el fondo y eran devoradas
por los pájaros.
¿Cómo se explicaría a la luz de Lamarck, el cambio de color de las polillas?
3)En el caso anterior a)¿Cómo interpretarías según la Teoría Evolutiva de Darwin
la evolución de la jirafa?
b)¿Qué tipo de selección natural es? ¿Es direccional, estabilizadora o disociadora?
Actividad 2
Las observaciones de Darwin
Hallazgos y preguntas a bordo del Beagle
Completa las apreciaciones de Darwin
Cañón del Colorado
Observación 1:
El río ha desgastado las rocas que representan 200 millones de años de
depósitos sedimentarios: las rocas de la parte superior datan del período Pérmico y las de la base son del Precámbrico. Si la Tierra había sufrido
cambios tan importantes como proponía Lyell. Para Darwin los seres se habrían..........................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
Observación 2:
1.
2.
1. megaterio, mastodonte, toxodonte,
gliptodonte, dientes de caballo
2. macrauquenia
En Argentina Darwin encontró fósiles de grandes mamíferos extintos, de características similares a otros organismos que conforman la fauna actual.
Restos fosilizados
de Gliptodon,
animal relacionado
con los armadillos
de nuestros días.
¿Cómo puede explicarse el parecido entre los organismos fósiles y algunas especies actuales?
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Observación 3
Darwin observó la fauna de las islas Galápagos. Cuando llegó a la Isla de San
Cristóbal se fijó especialmente en las tortugas y los pinzones. Estas aves, constan
de catorce especies en las islas, todas semejantes a las del continente, pero con
fisonomías y hábitos diferentes.
Así pues, las catorce especies de pinzones de las Galápagos se han transformado
a partir de una especie llegada del continente, que se había difundido por las
islas. En cada isla, las aves habrían experimentado transformaciones propias en
función de los problemas particulares hallados. A Darwin le intrigaban mucho las
singularidades de la distribución geográfica. Se preguntaba:
a)¿Por qué lo que vivía al este de los Andes era tan diferente que los que vivía al
otro lado?
b)¿Por qué los animales sudamericanos diferían tanto de los norteamericanos?
c)¿Por qué los animales del extremo norte eran tan similares en todos los continentes?
d)¿Por qué no había mamíferos en las Galápagos, salvo una pequeña especie de
ratita?
e)¿Por qué en aquel archipiélago todas las especies resultaban tan peregrinas,
incluidas las plantas?
f)¿Por qué albergaba una sola especie de halcón, de paloma, de pájaro nocturno
y de serpiente?
g)¿Cuál fue la respuesta de Darwin a cada una de estas cuestiones?
Actividad 3
Población y mecanismo evolutivo
1)Te presentamos aquí varias definiciones de población, analízalas críticamente
y decide si alguna se ajusta al concepto de población propuesto por la Teoría
Sintética. Justifica tu respuesta.
a)Grassé, 1952,
“Una población es un conjunto de animales que viven en una determinada
área”.
b)Preal, 1930,
“Una población puede ser definida como un agregado de organismos de la misma
especie que viven en un universo limitado y definido”.
c)Weber, 1949,
“Las poblaciones son asociaciones reproductivas de una misma especie que se
encuentran en un espacio determinado, delimitado ecológica o topográficamente”.
d)Reig, 1985,
“Una población mendeliana es un biosistema de organismos individuales que
constituyen una unidad delimitada en el tiempo y en el espacio, cuyos componentes guardan entre sí ciertas relaciones espaciales, presentan una conducta
social particular, desempeñan un papel ecológico determinando en la comunidad
a la que pertenecen , y poseen reservorio genético común, mantenido por la exis-
43
tencia virtual de relaciones de intercambio reproducido entre ellos”
2)
Nothofagus pumillo, (lenga) es una especie típica de las laderas de los Andes
Patagónicos. A medida que la altitud de los montes es mayor, la altura de estos
árboles disminuye y adquiere un aspecto achaparrado parecido a un arbusto por
encima de los 2000 metros.
¿Cómo explicarías esta adaptación? ¿Qué nombre reciben los diferentes grupos
de fenotipos?
3)A ambos lados del Istmo de Panamá existen muchas especies de invertebrados
marinos
a)¿Cuáles debieron haber sido los mecanismos que dieron origen a esas especies
diferentes?
b)¿Cómo se explica la aparición de los numerosos grupos de mamíferos al final
del período Cretácico?
Actividad 4
La Clasificación
Supongamos que debes clasificar los siguientes mamíferos a través de un esquema de clasificación dicotómica como el que se presenta aquí:
MONOTREMAS
I. Elige la característica: Ovíparo
forma de nacer
MONOTREMAS
MARSUPIALES QUIRÓPTEROS
PINÍPEDOS
CETÁCEOS
Vivíparos
MARSUPIALES
QUIRÓPTEROS
PINÍPEDOS
CETÁCEOS
Con marsupio
MARSUPIALES
Sin marsupio
QUIRÓPTEROS
PINÍPEDOS
CETÁCEOS
III. Por el tipo de hábitat
Aéreo
QUIRÓPTEROS
II. Elige la característica
Presencia de marsupio
IV. Por el número de aletas
Acuático
PINÍPEDOS
CETÁCEOS
4 aletas
PINÍPEDOS
2 aletas
CETÁCEOS
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Esta clasificación se llama dicotómica. Tiene 4 niveles (I,II,III,IV). A cada uno de
ellos le corresponde una característica de dos alternativas. Construye una clasificación dicotómica con algún otro ejemplar del organismo vivo.
Actividad 5
Las transiciones fundamentales de la evolución
El biólogo evolutivo británico John Maynard Smith distingue y analiza las “transiciones fundamentales de la evolución” desde las primeras moléculas capaces de
replicarse hasta el lenguaje del hombre:
a)De las moléculas replicantes a una población de moléculas en un compartimento.
b)De los replicantes independientes a los cromosomas.
c)Del ARN como gen y enzima al ADN y la proteína (Código Genético).
d)De la célula procariota a la célula eucariota.
e)De los clones asexuados a las poblaciones sexuadas.
f)De los protistas a los animales, las plantas, y los hongos (diferenciación celular).
g)De los individuos solitarios a las colonias (castas no reproductoras).
h)De las sociedades de primates a las sociedades humanas (lenguaje).
En tu criterio, analizando la historia de la vida en su conjunto, ¿cuál de estas transiciones representa el cambio significativo?. Justifica tu respuesta.
45
CAPÍTULO 3.
LA ORGANIZACIÓN
DE LA VIDA
47
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LA ORGANIZACIÓN DE LA VIDA
1. ¿Qué es organización?
“Es la teoría la que decide sobre lo que
podemos observar”
Albert Einstein
L.V.Bertalanffy (1950), refiriéndose a la organización, expresa: “También ella era ajena al mundo mecanicista. El problema no se presentó en
la física clásica, en mecánica, en electrodinámica, etc. Más aún, el segundo principio de la termodinámica apuntaba a la destrucción del orden
como dirección general de los acontecimientos. Verdad es, que las cosas
son distintas en la física moderna. Un átomo, un cristal, una molécula,
son organizaciones, como Whitehead no se cansaba de subrayar. En biología, los organismos, son por definición, cosas organizadas. Pero aunque
dispongamos de un montón de datos sobre La organización biológica, de
la bioquímica y la citología a la histología y la anatomía; carecemos de
una teoría de la organización biológica, de un modo conceptual que permita explicar los hechos empíricos. La Teoría General de Sistemas está en
plenas condiciones de vérselas con estos asuntos”.
2. ¿Qué de único y diverso poseen los seres vivos?
La gran diversidad de seres vivos que se conocen presenta una enorme
uniformidad. Esto es una unidad, y es una de las evidencias que sustenta
la Teoría de la Evolución, según la cual todos los seres vivos tienen un
origen común a partir de un ancestro que surgió parecería hace unos
3.800 millones de años. Cada rincón de la Tierra alberga una gran diversidad de formas, tamaños y colores.
Independientemente de las diferencias que manifiestan los seres vivos,
algunas de sus características como la presencia de células, y la obtención
de materia y energía, son comunes, es decir existe una asombrosa uniformidad en la biodiversidad. Cada organismo tiene características particulares que lo hacen un ser único y diferente de todos los demás, pero
comparte con el resto de los organismos algunas propiedades básicas que
permiten agruparlo bajo el rótulo de ser vivo y diferenciarlo claramente
de aquello que no tiene vida.
La primera organización en Reinos se debe a Aristóteles, que diferencia todas las entidades de la naturaleza en los conocidos reinos animal,
y vegetal.
Ernst Haeckel (S. XIX) creó el tercer reino Protista, para incluir aquellos organismos unicelulares con aspectos intermedios entre plantas y
animales.
R. H. Whittaker en 1969 separó a todos los hongos de las plantas en el
quinto reino: Fungi, poseen células eucarióticas, tienen núcleos y paredes
celulares pero carecen de pigmentos fotosintéticos.
En 1978 Whittaker y Margulis conservaron estos mismos 5 reinos pero
incluyeron a las algas en los Protistas.
En la biología actual se reconocen estos cinco reinos: Moneras, Protistas, Hongos, Plantas y Animales, que se basan en la organización celular,
49
complejidad estructural y modo de nutrición.
En 1977 Carl Woese propuso una categoría superior a reino: DOMINIO,
reconociendo tres linajes evolutivos; ARCHEA, BACTERIA y EUKARYA.
Vemos que a través de la historia de la biología esa clasificación ha
cambiado, resultando en la siguiente comparación de los sistemas de
clasificación, notables diferencias en la determinación de los reinos biológicos, que se pueden esquematizar de la siguiente manera:
Haeckel (1894) Whittaker (1959)
Tres reinos
Cinco reinos
Protista
Plantae
Animalia
Monera
Protista
Fungi
Plantae
Animalia
Woese (1977)
Seis reinos
Eubacteria
Archaebacteria
Protista
Fungi
Plantae
Animalia
Woese (1990)
Tres dominios
Bacteria
Archaea
Eukarya
Dominio es cada una de las tres principales subdivisiones en que se
consideran clasificados los seres vivos: Archaea, Bacteria y Eukarya. Los
criterios de esta clasificación de los seres vivos dependen de:
1) Cantidad de células:
unicelulares formados por una sola célula y
pluricelulares formados por muchas células.
2) Tipo de células:
eucariotas células que tienen su material hereditario (su información
genética) encerrado dentro de una doble membrana, la envoltura nuclear,
que delimita un núcleo celular.
procariotas (Pros = Antes, Karion = Núcleo) es una célula sin núcleo
celular diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior de
un núcleo, sino libremente en el citoplasma.
3) Alimentación
autótrofos fabrican en su organismo las sustancias nutritivas,
heterótrofos las incorporan del medio exterior.
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Unicelulares
Entre sus grupos se incluyen las:
• cianobacterias autótrofas
• eubacterias heterótrofas
Procariotas, tienen pared celular
no celulósica (es un peptidoglicano) y no poseen organellas rodeadas de membranas ni formas
multicelulares
Unicelulares, colonias, pluricelulares incluyen una variedad de
tipos de eucariotas y variedades
nutricionales:
• heterotrofos,
• autótrofos
• o combinación de ambos
Eucariótico
más antiguo
PLANTAS
Eucariotas, pluricelulares, autórotrofos, con células con pared celular (celulosa).
Son inmóviles.
Producen sus alimentos por fotosíntesis.
ANIMALES
Eucariotas, pluricelulares, heterótrofos, con células sin pared
celular.
Son móviles en muchos estadíos
de su vida.
Ingieren su alimento.
MONERAS:
Las Archaebacterias, son tan diferentes
que deben separarse en otro reino
PROTISTA:. Quizá una buena definición
sea que son eucariotas que NO SON
hongos, animales ni plantas
HONGOS
Eucariotas, pluricelulares, heterótrofos, con células multinucleadas
con pared celular (quitina).
Absorben su alimento.
2.1. Características de los seres vivos
Los seres vivos son el objeto de estudio de la biología, pero hasta el
momento no se ha podido establecer un concepto unificador que logre
una definición apropiada de un Ser Vivo. Por lo tanto, en lugar de definirlos, intentaremos comprender qué características poseen y, a través de
ellas, poder diferenciarlos de la materia inanimada.
Todos los seres vivos
a. Están formados por células. Las células constituyen las unidades
estructurales y funcionales.
b. Presentan una homogeneidad en cuanto a los elementos que los
componen. Estos son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y
azufre. Estos elementos se organizan en moléculas orgánicas que forman
los hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, sólo presentes en seres vivos, y que dirigen, controlan y regulan todas las reacciones
51
químicas que permiten el desarrollo de la vida.
c. Son sistemas complejos. Funcionan como tales para poder cumplir
con las funciones vitales. Aún los seres vivos más simples, como las bacterias, que están formadas por una sola célula, poseen una gran organización interna de sus funciones, que les permite aprovechar al máximo la
materia y energía que intercambian con su entorno.
d. Mantienen su homeostasis. Esta es la capacidad de mantener constante las condiciones físicas y químicas de su medio interno. Para ello
desarrollan complejos sistemas de control y regulación.
e. Poseen un código genético que es el mismo en todos los seres vivos,
lo que constituye un ejemplo de la unidad de la vida, pero cada especie de
organismos posee un ADN que le es característico. Los genes transmiten
la información de una generación a la siguiente, pero también regulan el
desarrollo y funcionamiento de cada organismo.
f. Crecen y se desarrollan. El crecimiento implica un aumento del tamaño. Los individuos pluricelulares crecen por aumento en la cantidad
de células que los componen (si bien en los organismos unicelulares se
registra un crecimiento por aumento del tamaño de su célula, esto es
hasta un límite definido, en el cual la célula detiene su crecimiento y se
divide para formar dos organismos). El desarrollo está relacionado con las
transformaciones que sufre un individuo a lo largo de su vida.
g. Se reproducen, son capaces de dejar descendencia. Esto significa que
pueden producir otros organismos similares a ellos. Hay muchas maneras
de reproducción, pero pueden ser agrupadas en dos tipos: Reproducción
asexual y Reproducción sexual. En la reproducción sexual intervienen células especializadas que poseen un núcleo con la mitad de la información
genética que la célula original. En este tipo de reproducción, primero las
células se dividen por meiosis (un tipo de división celular reduccional) y
luego ocurre la fusión de una célula femenina con una célula masculina
(proceso conocido como fecundación). En este caso, el individuo resultante posee características de ambos progenitores.
h. Son capaces de realizar procesos químicos. El metabolismo es el
conjunto de reacciones químicas que ocurren en el interior de las células.
Estas reacciones son muy específicas y acontecen de manera ordenada,
de acuerdo con la demanda específica de la célula. A través de las reacciones metabólicas un organismo es capaz, tanto de elaborar moléculas y
estructuras indispensables para la vida, como de eliminar aquellas que no
utiliza. Es un permanente intercambio de materia y energía.
i. Tienen capacidad de adaptarse a su ambiente. Es la característica
que les permite sobrevivir en un mundo en constante cambio. Las adaptaciones son rasgos que incrementan la capacidad de sobrevivir en un
ambiente determinado.
j. Son capaces de modificar el ambiente en el que viven. Son sistemas
abiertos, en los que se intercambia permanentemente materia y energía
con el entorno. Esta acción modifica el medio en el que viven, transformándolo de manera perceptible o no, rápida o lentamente.
k. Poseen irritabilidad. Es la capacidad de reaccionar ante las señales
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o estímulos que perciben de su entorno. A través de la irritabilidad los
organismos pueden ubicar su alimento, su pareja, el peligro, etc. La respuesta ante los estímulos depende de las especies, por lo tanto es muy
variada. Esta característica les permite aprovechar mejor las posibilidades
que ofrece el medio ambiente o reaccionar ante situaciones de riesgo.
La materia inerte puede presentar alguna de las características enunciadas anteriormente. Por ejemplo, los cristales “crecen” por adición de
materia, los autos funcionan degradando combustible (alimento?),y se
mueven, Los combustibles orgánicos, como el petróleo, están formados
por largas y complejas cadenas de carbono.
Resumiendo: Toda la materia viva está compuesta por:
• Agua (hasta 70-80% del peso celular).
• Bioelementos primarios como C, O, N, H, P y S, imprescindibles para
formar los principales tipos de moléculas biológicas (glúcidos, lípidos,
proteínas y ácidos nucléicos).
• Bioelementos secundarios: todos los restantes; algunos son imprescindibles como el Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, etc., otros sólo son fundamentales
para especies determinadas.
Sin duda, el rasgo más distintivo de los seres vivos es el grado de organización que presentan. En esta organización está implícito el carácter
de los seres vivos de producir sus propios componentes, es decir, de producirse a sí mismos. A este tipo de organización se la denomina “organización autopoiética”. En las moléculas de ADN que poseen los seres vivos
se encuentra la información necesaria para producir todas las proteínas
necesarias para garantizar su funcionamiento, organizar su estructura,
reparar y reemplazar sus componentes y originar nuevos seres vivos.
2.2. Los seres vivos como sistemas complejos, abiertos y coordinados
Los sistemas abiertos son los que intercambian masa y energía con su
ambiente, es decir, son los que en su dinámica, en su actividad de transformación, reciben entradas del ambiente y vuelcan hacia él sus salidas.
Es decir, están en constante “comunicación” con su entorno.
Estos sistemas abiertos son capaces o tienen la capacidad de evitar
la ENTROPÍA, es decir la pérdida irreversible de “energía”, que ocurre
inexorablemente en todo sistema. Los sistemas abiertos pueden compensar esa pérdida irreversible de “energía” y organización en la medida en
que son capaces de adquirir del ambiente, primeramente información y en
segundo término energía. Están así en comunicación con su hábitat.
La energía integra las partículas elementales, éstas forman el átomo,
los átomos se agrupan en moléculas, las moléculas forman los diferentes
elementos, estos a su vez constituyen los seres vivos, de tal manera que
los sistemas menores constituyen sistemas más complejos, siendo los primeros subsistemas de los sistemas más complejos.
53
2.3.Niveles de organización
Una de las características más sorprendentes de la vida es la organización. Ya se mencionó el nivel de organización celular, pero dentro
de cada organismo específico pueden identificarse algunos otros niveles:
nivel químico, nivel celular, nivel orgánico y nivel ecológico.
El nivel químico es el nivel de organización más simple. Este nivel
abarca las partículas básicas de toda la materia, los átomos, y sus combinaciones, llamadas moléculas. Un átomo es la unidad más pequeña de
un elemento químico que aún conserva las propiedades características de
dicho elemento. Los átomos se combinan por medios químicos (enlaces
químicos), y dan lugar a moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno y forman una molécula de agua
(H2O). La asociación de moléculas pequeñas en estructuras más grandes
da lugar a las macromoléculas (proteínas, formadas por la asociación de
aminoácidos; polisacáridos, que resultan de la unión de muchas moléculas de monosacáridos; ácidos nucleicos, que se forman por condensación
de nucleótidos, que a su vez están constituidos por una base nitrogenada,
un azúcar y ácido fosfórico). En algunos casos macromoléculas iguales o
distintas se asocian en estructuras denominadas supramacromoleculares,
como ocurre en la pared celular de los vegetales, con predominio de celulosa, pero con hemicelulosas y pectinas.
Al nivel celular se observa que hay muchas moléculas diversas que
pueden asociarse entre sí hasta obtenerse estructuras complejas, y altamente especializadas, a las que se denomina organelos u orgánulos.
El nivel orgánico, se evidencia en los organismos pluricelulares complejos, donde las células de igual o distinto tipo se agrupan para formar
tejidos, como el tejido muscular y el nervioso en los animales, o el tejido
de transporte o de secreción en las plantas. Los tejidos, a su vez, están organizados en estructuras funcionales llamadas órganos, como el corazón
y el estómago en los animales, o la hoja, el tallo o la raíz, en las plantas.
En los animales, cada grupo de funciones biológicas es realizado por
un conjunto coordinado de tejidos y órganos llamado aparato o sistema
orgánico. El conjunto de individuos semejantes entre sí, definen a una
especie.
Finalmente, los organismos interactúan entre sí y originan niveles de
organización biológica aún más complejos, como el nivel ecológico. Todos los miembros de una especie que ocupan la misma área geográfica al
mismo tiempo forman una población.
Las poblaciones viven como parte de una comunidad, es decir un
conjunto de organismos distintos que habitan un ambiente común y que
están en interacción recíproca. Las interacciones que tienen lugar dentro
de las comunidades gobiernan el flujo de energía y el reciclado de los
elementos dentro del ecosistema.
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2.3.1. Las biomoléculas
2.3.1.1. Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por
carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre
y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre
otros elementos.
Son las sustancias que componen las estructuras celulares y las herramientas que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular.
En la mayoría de los seres vivos (a excepción de las plantas que tienen más
celulosa) representan más de un 50% de su peso en seco. Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas diferentes, en una célula humana puede
haber 10.000 clases de proteínas distintas.
2.3.1.2.Los Hidratos de Carbono
Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes
de la biosfera y a su vez los más
diversos. Normalmente se los encuentra en las partes estructurales
de los vegetales y también en los
tejidos animales, como glucosa o
glucógeno.
Sirven como fuente de energía
para todas las actividades celures
vitales.
Las plantas verdes y las bacterias fotosintetizadoras los producen durante la fotosíntesis.
Los principales puntos a recordar y comprender respecto a los Hidratos
de Carbono son:
• Son importantes metabólicamente.
• Son la mayor fuente de energía almacenada de los seres vivos.
• Sus anillos de carbono contienen grandes cantidades de energía. Por
ejemplo, la glucosa completamente metabolizada: libera 686 kcal/mol.
C6H12O6
6 CO2 + 6 H2O
1.3.1.3.Los Lípidos:
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono (C) e hidrógeno (H) y oxígeno (O). Además pueden contener también
fósforo (P), nitrógeno (N) y azufre (S). Es un grupo de sustancias muy
heterogéneas que sólo tienen en común estas características:
• Son insolubles en agua.
• Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno,
etc.
• Constituyentes importantes fuentes de la alimentación (aceites, manteca, yema de huevo), representan una importante fuente de energía y
55
de almacenamiento, funcionan como aislantes térmicos, componentes
estructurales de membranas biológicas, son precursores de hormonas
(sexuales, corticales), ácidos biliares, vitaminas etc.
Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo.
Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas.
Recubren órganos y les dan consistencia, o protegen mecánicamente
como el tejido adiposo de piés y manos.
Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan
las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta
función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las Prostaglandinas.
Función transportadora. El transporte de lípidos desde el intestino
hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los
ácidos biliares.
2.3.1.4.Los Ácidos Nucleicos: en el capítulo de genética encuentras su
descripción.
2.3.2. Agua y minerales
El agua es el nutriente más esencial y el primer
líquido para la vida humana.
Dos terceras partes de nuestro cuerpo está compuesto de agua.
El agua es la base de la sangre y la linfa, regula la
temperatura corporal, mantiene la piel joven y elástica, los músculos
fuertes y lubrica todas la articulaciones y órganos manteniéndolos en
perfectas condiciones de uso.
El agua en el cuerpo funciona principalmente como un fuerte disolvente. El agua contiene muchos ingredientes invisibles: minerales, oxígeno, nutrientes, productos de deshecho y contaminantes. La sangre (90%
agua) circula por el cuerpo distribuyendo nutrientes y , mientras recopila
desechos y dióxido de carbono. El agua juega una función crucial en la
digestión, transportando estos nutrientes y energía a nuestros tejidos y
células, y eliminando los productos tóxicos del metabolismo a través de
los riñones y vejiga en forma de orina, y a través de las glándulas con el
sudor.
En el ser humano, la absorción de agua esta regulada por el mecanismo de la sed. Las membranas celulares son permeables, por lo que es
importante que las concentraciones de sustancias disueltas permanezcan
en equilibrio estable a ambos lados de las mismas. Esto se consigue mediante la regulación del aporte y la eliminación de agua por el cuerpo.
El mecanismo fisiológico de la sed regula el suministro, por medio del
liquido ingerido, que es eliminado por el riñón.
Cuando el nivel de agua celular disminuye, los receptores cerebrales
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detectan el cambio y ordenan por medio de impulsos nerviosos la baja de
la eliminación de agua por los riñones y de la secresión de saliva, que a
su vez provoca sequedad bucal y deseos de beber.
Los minerales son sustancias inorgánicas, que el cuerpo necesita para
formar los huesos, dientes, y glóbulos rojos, para posibilitar las reacciones
químicas celulares y para regular los líquidos corporales. Los minerales
esenciales (o indispensables para la vida del organismo) se clasifican en
dos grupos: los microminerales: calcio, cloro, magnesio, fósforo, potasio,
sodio y azufre, de los cuales se necesitan mas de 100 mg diarios y los macrominerales: cobalto, cobre, flúor, yodo, hierro, manganeso, molibdeno,
selenio y cinc, entre otros, de los que se necesitan cantidades diarias muy
pequeñas.
3. ¿Cómo opera la energía en los procesos biológicos?
3.1. Ciclo de la materia y flujo de la energía - Procesos Metabólicos
2.1.1.La energía y la transformación. Energía y ATP
En muchas ocasiones de tu vida
cotidiana usas el termino energía
para significar fuerza, vigor o actividad. Sin embargo, desde el punto
de vista científico, el concepto de
energía es distinto.
La energía es lo que hace que todo funcione. Sin energía no podrían
funcionar las máquinas, ni siquiera podrían producirse los procesos vitales, por lo que no sería posible la vida. En resumen, puede decirse que la
energía es todo aquello que hace posible cualquier actividad, tanto física
como biológica.
El concepto de energía no es fácil de comprender, ya que la energía
sólo se pone de manifiesto cuando pasa de unos cuerpos a otros. Es decir,
cuando se transforma. Continuamente se producen transformaciones de
energía en la Naturaleza: la energía que recibimos del Sol transforma en
agua la nieve de las montañas, eleva la temperatura de los ambientes,
hace crecer las plantas que alimentan a diferentes animales, etc. Es decir, muchas de estas transformaciones tienen lugar sin que intervenga el
hombre.
Según lo expuesto, se puede definir la energía en los siguientes términos:
La energía es una propiedad de los cuerpos que produce transformaciones en ellos mismos o en otros cuerpos.
No es lo mismo energía que fuerza: las fuerzas se ejercen sobre los cuerpos, mientras que la energía la poseen los cuerpos, pasando de unos a otros.
La energía necesaria para los trabajos que realiza la célula proviene
de los productos que la célula incorpora y que degrada en los procesos
metabólicos.
57
El ATP: la “moneda universal de E°” en los sistemas biológicos
El ATP (Adenosina Tri Fosfato, o Trifosfato de Adenosina) pertenece al
grupo de los nucleótidos, por lo tanto está compuesto por una base nitrogenada (adenina), una pentosa (ribosa) y un grupo fosfato (tres radicales
fosfato con enlaces de alta energía).
El ATP es una molécula que almacena energía, la misma se almacena
en los enlaces fosfato que son dos para cada molécula de ATP.Cada uno
de ellos equivale a 8000 kcal/mol. Otro aspecto importante es que estos
enlaces fosfato se rompen fácilmente, por lo cual su energía almacenada
está disponible para los procesos bioquímicos.
Liberación de energía del ATP:
La energía almacenada en los enlaces de fosfato se libera a través de
un proceso catabólico. Recuerda que catabolismo es un tipo de metabolismo que consiste en la transformación de una molécula compleja en otras
más sencillas con liberación de energía.
Pues este es el caso del ATP, el cual tiende a liberar su grupo fosfato
para transformarse en Adenosina Di Fosfato o ADP.
De esta forma es que el ATP, libera energía transformándose en ADP
+ P + E°.
Esta reacción es reversible, o sea el ATP del organismo se reconstituye
a partir de ADP para almacenar la energía presente en los alimentos que
consumimos.
Usualmente el ATP se transforma en ADP para liberar energía, y el
ADP en ATP para almacenar energía. Sin embargo bajo ciertas condiciones el ADP se transforma en AMP (Adenosina Mono Fosfato), liberando
así un excedente de energía al romper el segundo enlace fosfato, pero esta
condición no es muy usual.
El sistema ATP / ADP sirve como un sistema de intercambio de energía. Es importante recalcar que esta “transacción” energética (almacenamiento y liberación) utilizando ATP, es común en todos los sistemas
biológicos, desde los procariotes hasta los organismos más complejos del
grupo pluricelular.
¿Para qué se usa el ATP?. Para:
Transporte activo en las membranas celulares, para el movimiento de
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solutos en contra del gradiente de concentración. De toda la utilización
de ATP por las células, se le atribuye a este proceso un 30% de participación.
Síntesis de compuestos químicos (anabolismo), recuerda que muchos
de los procesos bioquímicos requieren energía para ejecutarse o sea son
procesos endergónicos. El ATP provee la energía para la ejecución de
dichas reacciones.
Trabajo mecánico, específicamente movimiento muscular, de cilios
- flagelos y movimientos ameboides.
Lugar de síntesis: El lugar donde se sintetiza el ATP radica en las
crestas mitocondriales. En los procariotes, este trabajo se realiza en la
membrana celular.
En el citoplasma también se produce ATP, pero en proporciones considerablemente menores o muy poco significativas.
La energía de los alimentos y su transformación en ATP: Todos los
grupos alimenticios (carbohidratos, lípidos y proteínas) pueden transformarse en ATP. Sin embargo los procesos que atraviesan son diferentes.
2.1.2. Reacciones REDOX
Ahora, repasemos los conceptos de reducción y oxidación.
Se dice que un compuesto se oxida cuando libera electrones y que se
reduce cuando los captura. Analiza el siguiente esquema:
3.2.Procesos catabólicos
3.2.1.Enzimas
Las enzimas son proteínas altamente especializadas que tienen como
función la catálisis o regulación de la velocidad de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los seres vivos. Casi todas las reacciones quí59
micas de las células son catalizadas por enzimas, con la particularidad de
que cada enzima solo cataliza una reacción, por lo que existirían tantas
enzimas como reacciones, y no se consumen en el proceso.
En una reacción catalizada por enzima (E), los reactivos se denominan
sustratos (S), es decir la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato
es modificado químicamente y se convierte en uno o más productos (P).
Como esta reacción es reversible se expresa de la siguiente manera:
3.2.2. Respiración celular: Es el conjunto de reacciones que en las células eucariotas la respiración se realiza en la mitocondria.
3.2.3.Glucólisis: Es “la conversión metabólica de los azúcares en compuestos más sencillos”.
3.2.4.Respiración Anaeróbica: Se realiza por: la fermentación alcohólica producida por levaduras y la fermentación acidoláctica que ocurre en
los músculos.
3.2.5. El ciclo de Krebs: una cadena de oxidaciones. El producto final de
estos procesos, que ocurren en el citoplasma de cada célula bajo condiciones aeróbicas, es la acetil CoA. El ciclo de Krebs consiste en una serie
de reacciones en la cual confluyen todas las reacciones catabólicas de la
respiración aeróbica.
3.2.6.Cadena Respiratoria: En este conjunto de reacciones, toda la energía que hemos rescatado de la molécula de glucosa y que inicialmente
entró al metabolismo energético es utilizada para reducir el oxígeno en
agua.
4. ¿Cuál es el comportamiento de los organismos como sistemas complejos, abiertos y coordinados?
4.1.Funciones:
El organismo vivo por ser un sistema abierto, intercambia materia e información con el medio circundante. Desde el medio
llegan al organismo:
• Alimentos, que se convierten en sustancia nutritiva, que se utilizan para
construir estructuras corporales y para realizar los procesos biológicos.
• Oxígeno, tomado del aire atmosférico, es indispensable para la realización de los procesos que liberan energía contenida en las sustancias
nutritivas.
• Estímulos externos, luz, calor, captados por los receptores sensoriales y
procesados como información acerca de los cambios ambientales.
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Desde el punto de vista biológico todo esto se puede resumir en las
funciones vitales que han de realizar todos los seres vivos:
Funciones de nutrición: son aquellas que hacen posible la obtención y
transformación de materia y energía. Son: la incorporación, transformación de alimentos, el intercambio de gases que intervienen en la respiración celular, el transporte de sustancias, la eliminación de desechos.
En toda la escala del reino animal, se han desarrollado diferentes sistemas para conseguir el alimento, estos sistemas han ido evolucionando
y haciéndose más complejos.
Así tenemos desde animales en los que los alimentos llegan directamente a todas las células, no
han desarrollado un aparato especializado en la
nutrición, como los Poríferos y los Cnidarios:
Hasta los que han desarrollado un verdadero
sistema digestivo, cuyo ejemplo más desarrollado
es el aparato digestivo de la especie humana.
En los invertebrados, a partir de los anélidos, se desarrolla un aparato
digestivo que recorre todo el animal y que comienza en un orificio de entrada, la boca, y termina en un orificio de salida, el ano. En los vertebrados, todos los grupos presentan un aparato digestivo que se va haciendo
más complejo y con órganos y tejidos semejantes al de la especie humana. ¿Sabrías enumerar los diferentes órganos y estructuras que forman el
aparato digestivo de los humanos?
Funciones de relación y coordinación: permiten mantener la estabilidad del medio interno del organismo respecto del medio externo, que
cambia continuamente. Estas funciones son: la transmisión de estímulos,
la transmisión de señales, la elaboración de respuestas, y la defensa del
organismo contra agentes extraños.
Todos los animales necesitan relacionarse con el entorno en el que
viven y con otros seres vivos. Para ello, todos los animales, desde los más
simples hasta los más complejos, desarrollan sistemas que les permiten
realizar estas funciones.
En los Cnidarios encontramos, por ejemplo, que en los tentáculos tienen unas células que contienen un líquido urticante y venenoso, que les
sirve para paralizar a sus presas o asustar y repeler a otros animales.
Más adelante, en la escala evolutiva, se desarrollan los órganos de los
sentidos que permiten a los animales
relacionarse con su entorno. Por ejemplo, los insectos desarrollan un sentido
de la vista rudimentario, no son ojos
como los tuyos, pero cumplen la misma función.
El proceso evolutivo culmina con el complejo aparato que se encarga
61
de ponernos en comunicación con nuestro entorno, nos referimos al Sistema Nervioso Humano.
Función de reproducción: Mediante la reproducción, los seres vivos se
perpetúan, es decir, todos los seres vivos provienen de otros seres vivos.
En el Reino Animal se dan los dos tipos de reproducción que existen en
todos los seres vivos:
Reproducción asexual: a partir de un organismo se obtiene la descendencia directamente, por bipartición o por formación de esporas. Todos
los organismos son idénticos genéticamente, como si fueran clonados.
Este tipo de reproducción en el reino animal se da exclusivamente en los
más primitivos y menos evolucionados, los Poríferos y los Cnidarios. En
este tipo de organismos no existen sexos.
Reproducción sexual: aparecen células diferenciadas que se encargan de producir los
gametos masculino y femenino, que al unirse
darán lugar al nuevo ser. Los descendientes no
son idénticos a los progenitores y aparece la variabilidad genética. Se da en todos los grupos del
reino animal.
Con la reproducción sexual, aparecen los sexos, pero en el reino animal podemos encontrarnos con dos situaciones. Especies con los dos
sexos en el mismo individuo: especies hermafroditas, en estas especies
existen células que producen el gameto femenino y otras que producen
el gameto masculino. Aunque luego la fecundación puede ser cruzada, es
decir un individuo de una especie hermafrodita no se fecunda a sí mismo.
En los anélidos podemos encontrar ejemplos de especies hermafroditas.
Especies con diferencias anatómicas y funcionales entre los dos sexos:
existe un sexo femenino que produce óvulos y un sexo masculino que
produce espermatozoides.
La fecundación, puede ser:
Fecundación externa, como en muchos grupos de peces: la hembra
expulsa los huevos sin fecundar al exterior y el macho los cubre con su
esperma.
Fecundación interna: la fecundación se produce dentro del cuerpo de
la hembra, para ellos se desarrollan órganos copuladores, se da, por ejemplo, en mamíferos.
En cuanto al tipo de desarrollo, este puede ser:
Ovíparo: el nuevo animal se desarrolla
dentro de un huevo. Se da en toda la escala
animal excepto en mamíferos.
Vivíparo: el nuevo animal se desarrolla
dentro del cuerpo de la madre. Se da en los
mamíferos.
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4.2. Equilibrio: Homeostasis
En Biología la homeostasis es el estado de equilibrio dinámico o el
conjunto de mecanismos por los que todos los seres vivos tienden a
alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno y por
tanto de la composición bioquímica de los líquidos, células y tejidos,
para mantener la vida, siendo la base de la fisiología. Por lo tanto toda
la organización estructural y funcional de los seres vivos tiende hacia un
equilibrio dinámico.
Los organismos mantienen dentro de un equilibrio homeostático la
concentración de oxígeno y dióxido de carbono, el pH, la concentración de
nutrientes y productos de desecho, la concentración de sales, el volumen y
presión de los fluidos extracelulares y, en el caso de animales homeotermos, la temperatura. Para ello, los organismos pluricelulares complejos
tienen sistemas de control, con censores especializados en detectar los
más mínimos cambios. Cuando ocurre un cambio en el cuerpo, este responde tratando de invertirlo, regresando a la condición anterior (a esto se
lo llama feed back negativo).
Las propiedades que rigen un sistema homeostático son:
Estabilidad: Sólo se permiten pocos cambios en el tiempo.
Equilibrio: Los sistemas homeostáticos requieren una completa organización interna, estructural y funcional para mantener el equilibrio.
Actividad 1
Características de los seres vivos
Para pensar, relacionar, asociar, y reflexionar
Antes de comenzar puedes leer el texto completo las veces que consideres necesario. A continuación rellena todos los espacios en blanco utilizando los siguientes términos:
adenosín trifosfato - asexual - constancia - células - diferenciación - energía
estímulos - multicelulares - organelas - organogénesis - sexual - tejidos
- ácido desoxirribonucleico – células.
Adquisición y liberación de energía: la adquisición de
(luz solar,
productos químicos inorgánicos o de otros organismos), el almacenamiento de la
misma en moléculas como el ATP (
) y su posterior utilización en
procesos de síntesis.
Reproducción y herencia. Dado que toda célula proviene de otra célula, debe
existir alguna forma de reproducción, ya sea
(sin recombinación de
material genético) o
(con recombinación de material genético). La
mayor parte de los seres vivos usan un producto químico:
el ADN (
) como el soporte físico de la información que contienen.
Homeostasis, es el mantenimiento de la
del medio interno en tér63
minos de temperatura, pH, contenido de agua, concentración de electrolitos, etc.
Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener el medio interno
dentro de límites homeostáticos.
Crecimiento y desarrollo. Aún los organismos unicelulares crecen. Cuando están
recién formados luego de una división tienen un tamaño y deben crecer hasta
convertirse en
maduras. Los organismos
pasan por
un proceso más complicado:
y
Organización. Los seres vivos muestran un alto grado de organización como, organismos multicelulares subdivididos en,
tejidos subdivididos en
,
células en
, etc.
Detección y respuesta a los
(tanto internos como externos).
Actividad 2
Lee el texto y luego responde a las consignas al final del mismo.
LOS SERES VIVOS COMO SISTEMAS ABIERTOS, COMPLEJOS Y COORDINADOS
Los sistemas abiertos intercambian materia, energía e información con el medio
circundante. Desde una célula a los organismos pluricelulares, existe una organización compleja que resulta necesaria para asegurar el buen funcionamiento
del organismo, y en consecuencia, su supervivencia. Esta organización implica
diversas partes, cada una de las cuales a su vez se comporta como un sistema,
con una función determinada, específica, que actúa de manera integrada y coordinada con el resto.
En las células se agrupan diferentes tipos de sustancias que se ordenan en compartimentos separados, cada uno de los cuales cumple una función específica, y
se interrelaciona con los demás. Del mismo modo en los organismos pluricelulares, las células se organizan en tejidos, éstos en órganos, que aunque se reparten
las diversas tareas del organismo, dependen unos de otros. Luego, por esto los
seres vivos pueden considerarse también sistemas complejos constituidos por
subsistemas o partes que actúan en función de un objetivo: la conservación, y la
continuidad de la vida.
La materia se organiza de lo más simple a lo más complejo en los siguientes
niveles: partícula subatómica, átomo, molécula, célula, tejido, órgano, sistema de
órganos, organismo complejo. Las partículas subatómicas (electrones, protones y
neutrones) se combinan de diferentes maneras y forman los átomos que corresponden a los distintos elementos. Los átomos se unen y forman moléculas que
constituyen los diferentes tipos de sustancias. Cada nuevo nivel de organización
no constituye la agrupación de los componentes del nivel anterior, sino que
presenta propiedades nuevas, variadas y diferentes de cada uno de sus componentes.
La cantidad, la proporción y el modo de combinarse los componentes determinan
las propiedades del nuevo nivel de organización.
Las moléculas no tienen vida, al organizarse pueden dar origen a una célula, en
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la que aparece la vida con una característica nueva y distinta. Pero cualquier
agrupación de moléculas no dará lugar a la formación de una célula, y además
no todas las células son iguales, a pesar de que todas se forman a partir de moléculas.
En una célula se pueden encontrar miles de clases de moléculas y, a pesar de que
muchas de ellas se forman a partir de los mismos elementos (carbono, hidrógeno
y oxígeno), su modo de organización les confiere características particulares y
funciones específicas dentro del organismo. Las moléculas que constituyen las
principales sustancias de los seres vivos son: agua, minerales, carbohidratos,
lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas.
Cada célula puede considerarse una “fabrica molecular”. Los materiales entran
a través de la membrana plasmática, los aminoácidos se unen con utilización
de energía, para formar sustancias más complejas, las proteínas. Estas son reacciones de síntesis que proveen a la célula de los materiales necesarios para el
crecimiento, la reparación y la multiplicación. En sus uniones químicas, guardan
energía que puede ser utilizada por la célula en caso de necesidad.
Otros materiales son sometidos a procesos de degradación, sus moléculas se
rompen y en esa ruptura liberan energía, por ejemplo a partir de la glucosa en
presencia de oxígeno se obtiene dióxido de carbono y agua. Estas reacciones de
degradación proveen a la célula de la energía necesaria para realizar sus trabajos.
Las reacciones que sintetizan sustancias a partir de otras sustancias más sencillas
con consumo de energía se denominan procesos metabólicos constructivos o
anabolismo.
Las reacciones en las que se degradan moléculas de mayor tamaño, con liberación de energía, se denominan procesos metabólicos degradativos o catabolismo.
En conjunto ambas reacciones constituyen el metabolismo a través de procesos
catabólicos (respiración celular: Glucólisis, Ciclo de Krebs, Cadena respiratoria) y
anabólicos (Interrelación entre los procesos de fotosíntesis y respiración).
“METABOLISMO CELULAR” DEL LIBRO: “El Organismo Humano”, Biología_Polimodal de Hilda Suárez-Logseller (2003): 56-57 y 62-64
1) Contesta las siguientes preguntas luego de la lectura detenida de este capítulo.
a)¿Con qué contenidos se relaciona este texto? ¿Por qué?
b)¿De qué manera la célula obtiene energía a partir de la glucosa?
c)¿Cómo logra obtener energía la célula, si no dispone de glucosa en su interior?
d)Argumenta una explicación para interpretar lo siguiente: “Las sustancias que
se forman durante el metabolismo celular, constituyen desechos que deben ser
eliminados del organismo”.
e)¿Cuál es el destino de las diferentes sustancias que salen de la célula?
f)¿Cuáles son los sistemas de órganos involucrados en el metabolismo celular?
g)Busca en el texto un ejemplo de funcionamiento simultáneo de sistemas que
participen en la nutrición celular.
h)¿Cuál es la importancia de este funcionamiento simultáneo?
i)¿Cuáles son las consecuencias para las células del organismo, de respirar aire
65
contaminado con CO2 y en lugares de grandes alturas?
2) En el siguiente esquema es posible reconocer los diferentes niveles de organización del organismo de un vertebrado (el hombre). Con esta lectura y con la
observación detallada del gráfico, puedes completar.
CAPÍTULO 4.
LA CÉLULA COMO
UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL
67
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LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL
1. ¿Cómo nace la Teoría Celular? Un poco de historia…
La naturaleza celular de la vida se fue descubriendo muy lentamente.
En 1665, el científico inglés Robert Hooke identificó una gran cantidad
de pequeñas “celdillas” en un pedazo de corcho puesto en un microscopio. Las llamó “células” porque le recordaban a las pequeñas habitaciones
o celdas ocupadas por los monjes.
En 1673, el inventor holandés, Antón Van Leeuwenhoek dio a conocer
a la Sociedad Real Británica sus observaciones acerca de eritrocitos, de
espermatozoides y de una gran cantidad de “animáculos microscópicos”
contenidos en el agua de los charcos.
La presencia de la pared celular como estructura que las hace más
fácilmente observables y diferenciables en el microscopio hizo que los
microscopistas fueran los primeros en darse cuenta de que las plantas
estaban formadas completamente por células.
El estudio científico de las células recién se inicia en el siglo XIX, con
el mejoramiento de los microscopios debido a la eliminación de las aberraciones cromáticas y al perfeccionamiento del pulido de las lentes.
En 1830, el zoólogo y fisiólogo alemán Theodor Schwann vio que el
cartílago contiene células que semejan a las de las plantas.
En 1838 Matías Schleiden, botánico alemán, describía a los vegetales
como “agregados de seres completamente individualizados, independientes y distintos”.
En 1839 Theodor Schwann publicó un artículo titulado “Investigaciones microscópicas sobre la concordancia de estructura y de desarrollo
de los animales y plantas”. En esta obra presenta la idea central de que
“hay un principio general de construcción para todas las producciones
orgánicas y este principio de construcción es la formación de las células”.
Cuentan que Schleiden y Schwann habían tenido un encuentro en Berlín
donde habían intercambiado sus observaciones del mundo vegetal y animal. Ambos concibieron a la célula como la unidad básica.
Finalmente, recién en 1855, dos investigadores alemanes, Remarck
(1815 – 1865) y Rudolf Virchow (1821- 1902) establecen que toda célula
procede de otra célula.
Un cuarto de siglo más tarde, se descubrieron los procesos de división
celular y se postuló un nuevo axioma: todo núcleo procede de otro núcleo.
Finalmente los tres principios de la teoría celular moderna evolucionaron directamente de los enunciados de Virchow.
“Quizás no sepamos nunca el hecho histórico, ocurrido hace tres mil millones
de años o más, que determinó, de una
vez para siempre, el predominio del los
organismos L, pero el problema no da
lugar a nuevas cuestiones de fundamento. La evolución de la especificidad óptica fue sólo una parte del proceso más
general del establecimiento del orden
biológico”.
L. Orgel
Sintetizando: podemos decir que la teoría celular planteó la importante
generalización de que “todos los seres vivos están formados por células”.
El aporte de otras investigaciones llevó a la inclusión de nuevas interpretaciones y, en la actualidad, la teoría celular postula las siguientes ideas:
• Todos los seres vivos están formados por una o más células.
69
• La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos.
• Las células se originan a partir de otras células.
• Las células contienen material genético que permite la transmisión de
caracteres hereditarios a la descendencia.
Si bien las células observadas por Hooke estaban vacías porque eran
de tejido muerto, el término “célula” fue adoptado para designar a la menor porción de materia que cumple con las funciones vitales (por ejemplo
se mantiene en homeostasis, crece, adquiere energía y materiales a partir
del medio, responde a estímulos, entre otros), es decir, es la unidad estructural y funcional fundamental de todos los seres vivos (así como el átomo
es la unidad fundamental de las estructuras químicas). Si por algún medio
se destruye la organización celular, la función celular también se altera.
Características poseen los seres vivos que los diferencian de la
materia inanimada
Los estudios bioquímicos demostraron que la materia viviente está
compuesta por los mismos elementos que constituyen el mundo inorgánico, aunque con diferencias en su organización. En el mundo inanimado
existe una tendencia continua hacia el equilibrio termodinámico, en el
cual se producen transformaciones entre la materia y la energía. En cambio en los organismos vivos existe un manifiesto ordenamiento en las
transformaciones químicas, de modo que las estructuras y las funciones
biológicas no se alteran.
Las principales características que distinguen a los seres vivos de la
materia inanimada son la autoduplicación y la autoorganización, además
de la capacidad de evolucionar. A pesar de que algunos sistemas inertes
puedan mostrar cierta capacidad de autoorganización, no es posible encontrar ninguno que alcance el grado de complejidad de un ser vivo. Por
otra parte, no comparten con estos últimos el resto de las propiedades que
los caracterizan.
La propiedad de autoorganización está íntimamente ligada al concepto
de célula puesto que esta última es, a la vez, resultado y garantía de la
primera. La muerte implica la pérdida de todas las funciones vitales y, por
lo tanto, la célula queda expuesta a la desorganización a que está sometido cualquier sistema inerte.
El tamaño celular
Dado que las células deben desempeñar múltiples papeles en la enorme
gama de seres vivos diferentes, existe una gran diversidad celular.
Por un lado, hay una amplísima variedad de tamaños celulares: se
encuentran células sólo visibles al microscopio electrónico, por ejemplo
los micoplasmas (bacterias de 0.1 micrón de diámetro), como la yema del
huevo de avestruz (de 75 mm de diámetro).
Además se puede observar una diversidad de formas celulares, que
incluso pueden modificarse a lo largo de la vida de una misma célula.
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La arquitectura particular o la presencia de estructuras singulares es
consecuencia del proceso de diferenciación, que permite a una célula o a
un grupo de células cumplir con alguna función específica. Hay formas
esféricas (por ej. cocos que son bacterias); alargadas o forma de bastón
(por ej. bacilos que son bacterias); espiraladas (por ej. espirilos que son
bacterias), cilíndricas (fibra muscular esquelética); forma de disco bicóncavo (glóbulos rojos) estrelladas (neuronas), etc.
Si bien todas tienen una composición química y estructura similar,
algunas permanecen indiferenciadas y otras se especializan para cumplir
funciones determinadas. Por ejemplo las neuronas son las células especializadas en la transmisión del impulso nervioso, los glóbulos rojos en el
transporte de oxígeno, etc.
Las células están limitadas en su tamaño por dos restricciones, primero: si una célula fuera demasiado grande, la velocidad de difusión de los
materiales esenciales desde la superficie externa de la célula al centro de
la misma sería demasiado lenta para mantener la vida y segundo: conforme una célula crece, su volumen aumenta más rápidamente que el área de
su superficie. Por lo tanto, el área de superficie de una célula muy grande
sería demasiado pequeña para cumplir con las necesidades metabólicas
del citoplasma de las células.
Sintetizando:
• Del variado espectro de formas y tamaños, la organización fundamental
de las células es relativamente uniforme.
• De las múltiples diferencias y de la existencia de organismos celulares y
pluricelulares, todos los seres vivos están formados por células.
Todas las células tienen:
• una membrana plasmática que las limita y que está compuesta por una
doble capa de fosfolípidos;
• una matriz coloidal consistente en un gel casi líquido compuesto por
agua, en el que están inmersos estructuras intracelulares y biomoléculas
como glúcidos, lípidos, aminoácidos y proteínas;
• un material genético o hereditario, constituido por ADN, que dirige las
funciones de la célula y le da capacidad de reproducirse.
71
1.Nucleolo. 2.Núcleo celular. 3.Ribosoma
4.Vesículas. 5.Retículo endoplasmático
Rugoso. 6.Aparato de Golgi. 7.Microtúbulos.
8.Retículo endoplasmático liso. 9.Mitocondria. 10.Vacuola. 11.Citoplasma. 12.Lisosoma. 13.Centríolo.
2. ¿Cuáles son los modelos básicos de organización celular?
a)La célula procariota
b)La célula eucariota
Como se ha visto en las pág. 52 y 53, las células procariotas:
• Carecen de núcleo, organelas encerradas por membranas y citoesqueletos. Sus cromosomas son circulares. Frecuentemente contienen plásmidos. Algunos contienen sistemas de membranas internas.
• Son los organismos más numerosos sobre la Tierra y ocupan una enorme variedad de hábitat.
• Muchos son cocos, bacilos o formas espiraladas. Algunos se unen formando asociaciones, pero muy poco son verdaderamente multicelulares.
Los cocos, tienen formas esféricas. Pueden formar pares, ramilletes o
cadenas. Ejemplos: Streptococcus pneumoniae causante de la neumonía
bacteriana; Streptococcus lactis, que se usa en la producción comercial
de queso.
Los bacilos tienen formas de bastones rectos. Incluyen a los organismos que causan tétano (Clostridium tetani), difteria (Corynebacterium
diphteriae) y tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) así como la Escherichia coli habitante común del tracto digestivo humano.
Las formas espiraladas (son como bastones largos helicoidales) son las
menos comunes, por ejemplo el Aquaspirillum sinosum, bacteria de agua
dulce, que se mueve por medio de penachos de flagelos en cada polo
• Se mueven por medio de flagelos, vesículas de gas o mecanismos de
deslizamiento. Los flagelos rotan en lugar de batir.
• Las paredes difieren de las de los eucariontes. Generalmente contienen
peptidoglucanos (polímeros de aminoazúcares). Archaea carece en sus paredes de peptidoglucanos; sus lípidos de membrana difieren de los de las
bacterias y los eucariontes, además contienen hidrocarburos ramificados
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de cadena larga.
• Se reproducen asexualmente por fisión, pero también intercambian
información genética
• Tienen diversas vías metabólicas y modos de nutrición.
• Algunos desempeñan funciones en los ciclos de nitrógeno y de azufre.
En la célula eucariota en interfase se observa que:
• El núcleo constituye un compartimiento separado, limitado por la membrana nuclear. Con jugo nuclear, cromatina/cromosomas y nucleolo.
• El citoplasma constituye otro compartimiento que está rodeado por la
membrana plasmática
• Posee pared celular (células vegetales, algas y hongos), ausentes en células de protozoos y animales.
• Con: mitocondrias, cloroplastos y otros plástidos
• Con retículo endoplasmático liso y rugoso
• Con aparato de Golgi
• Con lisosomas, peroxisomas, vacuolas, ribosomas y polirribosomas.
• Con citoesqueleto
• Con centríolo y derivados centriolares: cuerpos basales, cilios y flagelos
Célula vegetal y Célula animal
Es conveniente recalcar las principales diferencias entre células vegetales y células animales.
Las células animales carecen de pared celular y de plástidos, presentan centríolo y derivados centriolares; cuando presentan vacuolas éstas
son pequeñas. En cambio en las células vegetales siempre se encuentra
una pared celular por fuera de la membrana plasmática; además presentan plástidos y una vacuola grande que puede constituir un importante
volumen celular. Las células vegetales superiores carecen de centríolos y
derivados centriolares.
3. ¿Qué encontramos dentro de una célula?
Se suele denominar protoplasma a todo el contenido celular, limitado
por la membrana plasmática. En cambio se llama citoplasma al contenido
celular que se encuentra por fuera del núcleo y que contiene a las organelas.
Matriz citoplasmática: es el compartimento celular donde se encuentran organelas y que contiene una compleja red de elementos como:
microtúbulos, microfilamentos, y filamentos intermedios, que le brindan
rigidez, sostén y soporte a los demás constituyentes celulares, llamado
Citoesqueleto. Tiene las siguientes funciones:
• Da forma a la célula: la red de filamentos intermedios intervienen en
aquellas células que carecen de pared celular para darles forma.
• Movimiento celular: el ensamblado y deslizamiento de microtúbulos y
73
microfilamentos, determina los movimientos celulares.
• Movimientos de organelas: microtúbulos y microfilamentos mueven las
organelas de un lado a otro.
• División celular: mueven los cromosomas hacia las células hijas.
CITOESQUELETO
Reciben el nombre de organelas (u organoides, organelos, orgánulos)
aquellas estructuras celulares de presencia constante (durante toda o la
mayor parte de la vida de la célula), de morfología y composición química
definidas, y que llevan a cabo funciones características y particulares.
Hay organelas que carecen de membrana limitante: ribosomas, nucleolos, centríolo; otras en cambio poseen una o dos membranas que
estructuralmente las definen como compartimientos separados: mitocondrias, lisosomas, plástidos, núcleo. Otras constituyen compartimentos
membranosos interconectados: retículo endoplasmático, liso y rugoso,
aparato de Golgi.
Organelas que poseen una o dos membranas:
• Núcleo: contiene el material genético – cromatina/cromosoma- que permite la transmisión de las características de la célula a su descendencia
y controla funciones. La cromatina está compuesta por ADN y proteínas
asociadas llamadas histonas.
Su contenido está separado del citoplasma por una doble membrana
con poros llamada membrana nuclear: permite el intercambio selectivo
de materiales. Agua, iones y moléculas pequeñas como el ATP pueden
pasar libremente, pero regula el paso de moléculas mayores en especial
de proteínas y de ARN.
Es un orgánulo característico de las células eucariotas. El material
genético de la célula se encuentra dentro del núcleo en forma de cromatina.
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• Mitocondrias: estructuras formadas por una doble capa de membrana
– la interna muy plegada- forma crestas y limita el espacio interior, la
externa es lisa. Tienen su propio ADN. En ella se produce una de las principales funciones celulares: la respiración y como resultado de este proceso, la mitocondria obtiene la energía necesaria para su funcionamiento.
Convierten la energía de la luz en ATP para su uso en la célula.
Mitocondria. 1. Membrana interna.
2. Membrana externa. 3. Cresta. 4.
Matriz
• Plástidos: estructuras limitadas por una membrana, que almacena sustancias en su interior. Algunos se denominan leucoplastos, son incoloros
y contienen almidón, una sustancia fabricada por los vegetales que les
sirve como reserva de alimento. Otros plástidos, llamados cromoplastos,
tienen pigmentos. Estos son sustancias que les dan color a las diferentes
partes vegetales, como hojas, flores y frutos.
• Los cloroplastos, son un tipo de cromoplastos con forma de disco aplanado. Tienen una doble membrana. En su interior, también tienen ADN
propio como en la mitocondria, además contiene el pigmento llamado
clorofila, de color verde, que permite a los vegetales utilizar la energía
luminosa para producir alimento (la energía que captan de la luz solar la
almacenan en un azúcar) a través del proceso de fotosíntesis.
75
Organelas que carecen de membrana limitante:
• Ribosomas: estructura formada por ARN. Pueden estar sueltos en el
citoplasma o unidos a la superficie del retículo endoplasmático rugoso.
En ellos a partir de algunas sustancias que ingresaron en la célula, se fabrican las proteínas, que son sustancias que la célula utiliza para formar
parte de sus estructuras y controlar funciones.
• Nucleolo: es el sitio de ensamblado de los ribosomas. Se encuentra dentro del núcleo.
Otros componentes:
• Vacuolas: vesículas que almacenan sustancias, por ejemplo agua.
• Citoesqueleto: pequeños tubos y filamentos de proteínas, que forman
una trama y que mantienen la forma de la célula.
Compartimentos membranosos interconectados: Sistemas de endomembranas de la célula: comprende la membrana plasmática, retículo
endoplasmático, aparato de Golgi y lisosomas.
• Retículo endoplasmático liso: conjunto de tubos y cavidades, aplanados
e interconectados, formados por una membrana. En él, a partir de algunas
sustancias que entran en la célula, se fabrican los lípidos (aceites y grasas)
incluyendo a los fosofolípidos. En otras células el R.E.L también sintetiza
otros lípidos, hormonas esteroides, testosterona y estrógeno producidos
en los órganos reproductores de los mamíferos. Luego se transportan a
través del interior celular.
• Retículo endoplasmático rugoso: similar al liso. Su superficie posee ribosomas. En él se elaboran proteínas incluyendo proteínas de membrana.
• Aparato de Golgi: conjunto de vesículas aplanadas y apiladas unas sobre otras. Cada una es como un pequeño globito, con su pared formada
por una membrana. Recibe sustancias producidas por otros componentes celulares, las clasifica, modifica o altera químicamente (por ejemplo
agregando azúcares a algunas proteínas para hacer glucoproteínas) y las
almacena o empaca en vesículas especiales.
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1) Núcleo. (2)Poro Nuclear.
(3) Retículo endoplásmico
rugoso (RER). (4)Retículo
endoplásmico liso (SER).
(5) Ribosoma en el RER.
(6) Proteínas que son
trasportadas. (7) Vesícula
trasportadora. (8) Aparato
de Golgi (AG). (9) Cisterna
del AG. (10) Transmembrana de AG. (11) Cisterna de
AG (12) Vesícula secretora.
(13)Membrana plasmática.
(14) Proteína secretada.
(15) Citoplasma. (16) Espacio extracelular.
• Lisosoma: tipo de vesículas producidas por el aparato de Golgi. Contienen sustancias llamadas enzimas, que permiten la transformación de los
alimentos que ingresan a la célula. Funcionan como el sistema digestivo
de la célula. Desbaratan proteínas, grasas y carbohidratos en sus subunidades componentes.
• Peroxisomas: otro tipo de vesícula relativamente grande que contiene
enzimas líticas que degradan purinas (bases nitrogenadas) y otros compuestos. En las plantas escinden el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), compuesto extremadamente tóxico para la célula, en agua e
hidrógeno, evitando daños celulares.
La importancia funcional de la membrana plasmática
Una de las características asociada con la vida es la homeostasis, es
decir la capacidad de mantener estable el medio a pesar de los cambios
que puede darse en el exterior. Como sabemos, la célula es la mínima
unidad constituyente de la vida y ella se diferencia y se relaciona con
el medio circundante a través de la membrana celular, también llamada
membrana plasmática.
Tanto las bacterias como cualquiera de las células que componen a los
animales, hongos y plantas, presentan membranas que las limitan y que
les permite regular el intercambio de materia con su medio externo. Por
lo tanto la membrana celular es de presencia universal, y es selectiva en
cuanto a que controla qué sustancias la atraviesan, cómo y cuánto lo harán, en función a su vez, de las necesidades de la célula. A través de ella
la célula interacciona con otras y recibe señales del exterior.
Todas las células por lo tanto, poseen membranas pero muchas cuentan
además con otras envolturas llamadas pared y vaina. La primera es una
estructura rígida, típica de de células de hongos, vegetales y procariontes
(bacterias) con diferente composición química en cada caso. La segunda
es exclusiva de algunos procariontes (conocidos como Gram negativos).
La pared celular rodea la membrana plasmática y establece límite rígido, aunque permeable, sin presentar selectividad. La vaina se ubica por
fuera de la pared celular, rodeándola.
77
El modelo general para describir la membrana plasmática es a través
del Modelo de Mosaico Fluido o de Singer y Nicholson. Este modelo establece que la membrana celular está compuesta básicamente por una
doble capa de fosofolípidos, cuya orientación responde a su naturaleza
anfipática, y a las interacciones hidrofóbicas con el agua. Esta estructura
determina su comportamiento en solución acuosa. Tanto el medio extracelular como el interior de la célula son soluciones acuosas, por lo tanto
los fosofolípidos ubican sus cabezas hidrofílicas hacia ambas soluciones,
dejando sus colas hidrofóbicas agrupadas hacia el interior de la membrana, repeliendo el agua.
También encontramos, otros componentes de las membranas, por
ejemplo:
• Proteínas integrales: son de naturaleza anfipática. Se ubican atravesando por completo la bicapa lipídica.
• Proteínas canales, proteínas bomba y proteínas carriers: son proteínas
integrales que cuentan con un canal o un lugar interno tapizado con aminoácidos con radicales hidrofílicos pero que no altera la interacción de su
exterior hidrofóbico con la bicapa.
Otras proteínas integrales actúan como receptores de membrana, reconocen específicamente moléculas del medio extracelular y median su
incorporación a la célula.
• Proteínas periféricas: son hidrofílicas. Son proteínas globulares pequeñas que se encuentran asociadas con algunas proteínas integrales en la
cara citoplasmática, pero fuera de la bicapa.
También hay hidratos de carbono asociados proteínas o a lípidos. Los
hidratos de carbono sólo se ubican del lado extracelular, mientras que las
proteínas periféricas sólo en la cara citoplasmática. Además la composición de lípidos es diferente en ambas monocapas.
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La variada composición de la bicapa establece que “vista desde arriba” se
observe una superficie heterogénea formada por cabezas de fosfolípidos
y glucolípidos, entre las cuales asoman partes de proteínas integrales con
la existencia de un “césped” de hidratos de carbono y glucoproteínas.
La membrana plasmática no es una estructura rígida, sus componentes
no están unidos, lo “único” que los mantiene agrupados es la mutua repulsión entre ellos y el agua del medio externo y del citoplasma; por lo
tanto los componentes de la membrana cuentan con cierta movilidad. Los
fosfolípidos se pueden desplazar lateralmente en la bicapa, incluso rotar y
con menor frecuencia saltar de una monocapa a la otra (flip-flop), además
está comprobado que también las proteínas pueden desplazarse lateralmente. Esta movilidad determina que la membrana no sea una estructura
rígida sino fluida.
Sintetizando: todas las membranas celulares están compuestas por
lípidos y proteínas. Éstas se sintetizan en el retículo endoplasmático. Los
componentes de la membrana se almacenan y modifican en el Aparato de
Golgi y son enviados al exterior para su destino apropiado dentro de la
célula como pequeños sacos membranosos llamados vesículas.
79
4. ¿Cuáles son las funciones de la membrana celular?
a)Límite celular y homeostasis:
La célula es una unidad funcional debido a la presencia de una membrana que delimita los elementos subcelulares y permite mantener el medio celular aislado del medio externo, haciendo que la célula mantenga
su homeostasis.
b)Interacción celular:
Los hidratos de carbono intervienen en procesos de reconocimiento y
adhesión (unión celular), y también muchas proteínas integrales y glicoproteínas intervienen en el reconocimiento entre células y anticuerpos;
entre células y hormonas, muchas son reconocidas por proteínas virales
posibilitando la infección.
En los distintos tejidos, las células suelen estar estrechamente relacionadas unas con otras, favoreciendo la función en común y facilitando la
comunicación química entre ellas.
c) Permeabilidad selectiva: Transporte por las membranas
Como ya lo dijimos anteriormente, la membrana es capaz de regular el
pasaje de sustancias a través de ella.
Algunas sustancias son transportadas con gasto de energía mientras
que otras, la membrana simplemente las deja pasar. Para poder comprender estas diferencias aclaremos algunos conceptos básicos:
Un fluido: es cualquier sustancia que puede moverse o cambiar de
forma en respuesta a las fuerzas externas, sin romperse, se encuentre en
estado líquido o gaseoso.
Concentración: de moléculas en un fluido es el número de moléculas
en una unidad de volumen determinada.
Se utiliza el término soluto en general para cualquier sustancia disuelta en otra, a esta última se la denomina solvente.
Una sustancia es hipertónica respecto de otra, cuando posee mayor
concentración de partículas de soluto; entonces el agua se mueve a través
de una membrana, selectivamente permeable, hacia la solución hipertónica.
Una sustancia es hipotónica respecto de otra cuando posee menor concentración de partículas de soluto; entonces el agua se mueve a través de
una membrana, selectivamente permeable, desde la solución hipotónica.
Ósmosis: tipo especial de difusión. Consiste en el pasaje de agua a través de una membrana semipermeable a favor de su propio gradiente de
concentración hasta anularlo, o sea, hasta alcanzar el equilibrio dinámico
de las concentraciones.
Se entiende por potencial osmótico a la tendencia de una solución a
recibir agua por ósmosis. Cuanto mayor es la concentración de soluto de
una solución, más bajo es su potencial hídrico, por lo tanto mayor será
su tendencia a recibir agua y, en consecuencia mayor será su potencial
osmótico.
Cuando una sustancia pasa a través de la membrana a favor de gradiente, se está tendiendo al equilibrio dinámico, lo que se da de modo
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espontáneo. Pero cuando se requiere transportar sustancias en contra de
gradiente de concentración, o sea, ir en contra de la tendencia espontánea
al equilibrio, es necesario gastar energía.
La célula regula dicho transporte respondiendo a sus necesidades.
“Ruta libre” para poder pasar
Transporte pasivo: movimiento de sustancias por una membrana, que
va hacia un gradiente de concentración, presión o carga eléctrica. No
requiere gasto de energía.
Difusión simple: es el movimiento espontáneo de moléculas o partículas desde el lugar donde se encuentran en mayor concentración hacia
el de menor concentración hasta que las concentraciones se igualen. Este
proceso ocurre: espontáneamente, a favor de gradiente de concentración
y sin gasto de energía.
Hay otras formas de transporte que tampoco requieren energía:
Difusión a través de proteínas de canal: cuando iones muy pequeños
(con carga eléctrica) hidrofílicos difunden a través de la bicapa de la
membrana a través del canal hidrofílico que poseen el interior de las
proteínas integrales.
Difusión facilitada: difusión de moléculas, generalmente solubles en
agua, a través de la membrana, con participación de proteínas de membrana llamadas carrier.
Pagar peaje para pasar
Transporte Activo:
Pasaje de sustancias a través de membrana, generalmente en contra
del gradiente de concentración, utilizando energía celular, o sea con gasto
de energía. Son pequeñas moléculas individuales o iones que se mueven
a través de proteínas de membrana, utilizando energía celular, generalmente ATP.
• Pueden mover un único soluto en una dirección: por ejemplo proteína
fijadora de Calcio presente en la membrana plasmática y membrana del
retículo endoplasmático.
• Pueden mover dos solutos en una misma dirección: por ejemplo la captación de aminoácidos desde el intestino hacia las células que lo revisten,
requieren de la fijación simultánea de sodio y del aminoácido a la misma
proteína transportadora.
• Pueden mover dos solutos en dirección opuesta. Este es el caso de la
Bomba de sodio – potasio, que permite mantener baja la concentración
intracelular de sodio y más alta la de potasio, por ejemplo para permitir
la generación del impulso nervioso en las neuronas, lo que requiere de un
gradiente de concentración iónica.
81
Exceso de equipaje: ¿Paga doble?
Transporte en masa
El gasto de energía que la célula invierte en transportes, además de ser
para oponerse a un gradiente, puede ser para movilizar la membrana. A
todos los tipos de pasajes de sustancias que involucran movilización de la
membrana, y por lo tanto un gran gasto de energía, se los agrupa bajo el
nombre de transporte en masa.
Según el sentido del transporte en masa puede hablarse de:
Endocitosis: cuando la célula incorpora sustancias englobándolas en
vesículas formadas a partir de la membrana. Existen distintos tipos:
a)Pinocitosis: incorporación de líquido extracelular para aprovechar
las moléculas disueltas allí. Ejemplo: se ha observado en organismos unicelulares, ameba, paramecio y también en pluricelulares, cuando el ovocito recibe por pinocitosis los nutrientes necesarios para su desarrollo.
b)Fagocitosis: es la incorporación de grandes partículas en vesículas
que, posteriormente, se dirigen al lisosoma de modo tal que su contenido es degradado por las enzimas hidrolíticas lisosomales. El material
resultante de la degradación, en parte difunde al citoplasma y los restos
no degradados completamente son eliminados mediante vesículas que se
fusionan con la membrana plasmática. Los organismos unicelulares eucariotas utilizan este tipo de transporte para alimentarse. En organismos
pluricelulares superiores, células del sistema inmune llamados macrófagos lo utilizan sobre virus y bacterias.
c)Endocitosis mediada por receptor: consiste en la incorporación de
determinadas moléculas que son reconocidas específicamente por receptores que, en general, son proteínas integrales de membrana. Se forma
un complejo molécula- receptor, éste se invagina en cierta zona de la
superficie celular, formándose una vesícula endocítica. En el interior de
ella el complejo formado se disocia y la molécula transportadora se libera.
Las moléculas ingresadas por este tipo de endocitosis, pueden tener varios
destinos:
• Atravesar la membrana de la vesícula y quedar disponibles para su uso
en el citoplasma (caso de iones).
• Ser sometidas a una digestión intracelular, en cuyo caso la vesícula se
fusiona con un lisosoma.
• Pueden salir de la célula contenidas en vacuolas mediante un mecanismo inverso al de fagocitosis.: exocitosis
Exocitosis:
Hay dos procesos que se dan de esta manera:
a)Excreción: es la eliminación de desechos de la digestión lisosomal,
que no fueron hidrolizados por los lisosomas y que no cumplen ninguna
función en particular.
b)La secreción, por el contrario, consiste en la liberación hacia el espacio extracelular de moléculas especialmente sintetizadas por la célula y
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que cumplen alguna función fuera de ella. Esto ocurre con una gran variedad de proteínas, por ejemplo las hormonas proteicas que son liberadas
al torrente sanguíneo, como la insulina y el glucagón.
Otras células secretan moléculas no proteicas, por ejemplo neurotransmisores, para la interacción neuronal, como la acetilcolina y la noradrenalina, adrenalina, entre otras.
¿Auto o heterótrofos? ¿Por qué?
La fuente original de energía para toda la vida del planeta es la energía
solar. Esta energía no puede ser aprovechada como tal por los seres vivos,
y los organismos fotosintetizadores son los encargados de transformarla
en energía química mediante la síntesis de la materia orgánica. La degradación de la materia orgánica es el mecanismo casi universal, por medio
del cual los organismos obtienen energía para mantener y perpetuar su
organización.
Las células y los organismos pluricelulares pueden agruparse en dos
clases principales según el mecanismo que utilizan para extraer energía
para su propio metabolismo. Los que se llaman autótrofos (por ejemplo
vegetales verdes) utilizan el proceso de fotosíntesis para transformar
dióxido de carbono y agua en hidratos de carbono simples, a partir de
los cuales pueden producir moléculas más complejas. Los denominados
heterótrofos (por ejemplo los animales) obtienen energía de los hidratos
de carbono, las grasas y las proteínas sintetizados por los organismos
autótrofos.
La fotosíntesis es el proceso por el cual los vegetales y otros organismos utilizan la energía solar para transformar sustancias simples en
sustancias más complejas (materia orgánica). Estas sustancias complejas,
ricas en energía son las que al ser degradas –por vegetales, animales,
microorganismos –liberan su energía que será aprovechada para la organización y sostenimiento de los sistemas vivientes.
Uno de los mecanismos para la degradación de la materia orgánica es
la respiración celular, en la cual interviene el oxígeno.
Desde el punto de vista químico la fotosíntesis y la respiración son
procesos inversos tanto si se analizan los sustratos y los productos, como
los intercambios energéticos.
Actividad 1
La vida y sus propiedades.
1)Analiza el desarrollo de la teoría celular y haz una valoración de su importancia
como teoría básica de la biología.
2)
a)¿Cuáles son las características de los seres vivos que los hacen “diferentes”
respecto del resto de la materia?
83
b)Identifica ¿cuál de las características de los seres vivos estudiadas podría llevar
a considerar a los cristales de sal como formas vivientes? ¿Qué otra propiedad
contribuye a distinguirlos?
Actividad 2
La química de los procesos biológicos.
1)¿En qué nivel de organización podría comenzar la vida?, ¿por qué?
2)¿Por qué los fosfolípidos se organizan espontáneamente en bicapa?
3)¿Qué entiendes por modelo de mosaico fluido?
4)¿Por qué se dice que la membrana celular es asimétrica?
5)A partir de la idea de que cada estructura celular está relacionada con alguna
función ¿cómo explicas que ambas células, tanto animal como vegetal, realicen el
proceso de respiración y qué solo las células vegetales elaboren su alimento?
6)De acuerdo con las funciones de cada una de las siguientes estructuras: ribosomas, retículo endoplasmático, vesículas y complejo de Golgi ¿cómo será la interacción en la síntesis y envío del nuevo material de membrana y en la exportación
de proteínas por la célula? Puedes consultar otra bibliografía adicional, figura al
final del capítulo.
7)Si tenemos una disolución de sulfato de cobre al 10% (o sea contiene 10
gramos de esa sal) y la llamamos disolución A, separada por una membrana
semipermeable de otra disolución de sulfato de cobre al 5% (contiene 5 gramos
de esa sal) que la llamamos disolución B. ¿Cómo difundirá el agua a través de la
membrana? ¿Cómo se llama ese fenómeno? Inicialmente: ¿la disolución A es:
isotónica, hipotónica o hipertónica respecto de la B? y ¿cómo es la disolución B
respecto de la A? ¿Por qué?
8)¿Qué características de una molécula determinan su capacidad de atravesar
una bicapa fosfolipídica?
9)¿Qué relación existe entre los mecanismos de difusión facilitada y transporte
activo y la dirección del gradiente de concentración de la molécula a transportar?
10)¿Existe diferencia entre el mecanismo de difusión simple y el de ósmosis?
¿Por qué?
11)¿Qué tipos de sustancias pueden atravesar las membranas por difusión simple? ¿Se trata de un transporte activo o pasivo? Justifica tu respuesta.
12)Enumera las principales finalidades que tiene la formación de vesículas en la
membrana plasmática, en relación con la incorporación y eliminación de sustan
13)¿Por cuál mecanismo puede un glóbulo blanco incorporar una bacteria?
14)¿Qué organela es capaz de utilizar la energía lumínica para la síntesis de
moléculas orgánicas? Indica en qué tipo de organismos se la encuentra. ¿Cómo
se llama ese mecanismo a través de la cual los seres vivos aprovechan la energía
del sol?
15)Razona si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Justifica
• La estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la
bicapa lipídica, pero sus funciones específicas, las llevan en su mayor parte las
proteínas.
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• El mantenimiento de la bicapa lipídica, requiere enzimas específicas.
• La movilidad de las proteínas de la membrana puede ser limitada por interacciones con estructuras fuera de la célula o dentro de la misma.
• Las proteínas de la membrana forman una monocapa que se extiende a ambos
lados de la bicapa lipídica.
• La membrana plasmática es muy impermeable a todas las moléculas cargadas.
16)Completa el siguiente cuadro tachando lo que no corresponda que está subrayado, formando de esta manera oraciones correctas.
El agua se desplaza por ósmosis
Desde la solución
hacia la
De mayor/menor concentración de agua
De mayor/menor potencial hídrico
De mayor/menor concentración de soluto
Hipertónica/ hipotónica
De mayor/menor potencial osmótico
de mayor/menor concentración de agua
de mayor/menor potencial hídrico
de mayor/menor concentración de soluto
hipertónica/ hipotónica
de mayor/menor potencial osmótico
85
CAPÍTULO 5.
LA PERPETUACIÓN
DE LA VIDA
87
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LA PERPETUACIÓN DE LA VIDA
Todos los organismos vivos, animales, plantas, hongos, protozoos,
bacterias e incluso virus (poseen ADN o ARN, pero no ambos) contienen
información que les permite coordinar sus procesos, al que transmiten
de generación en generación. Esta información, a fin de ser transferida
a la descendencia, debe estar en una molécula capaz de replicarse, es
decir de producir copias idénticas, ellas son los ácidos nucleicos: ácido
desoxirribonucleico – ADN - y ácido ribonucleico- ARN-
Somos una terrible mezcla de ácidos nucleicos y de recuerdos, de
deseos y proteínas. El siglo que acaba se ha ocupado mucho de ácidos
nucleicos y proteínas. El que llega va
centrarse en los recuerdos y en los deseos. ¿Sabrá resolver estas cuestiones?
F. Jacob
1. ¿Qué son los Ácidos Nucleicos?
El ADN y el ARN son macromoléculas que actúan en el almacenamiento y transferencia de información genética. Todo ser vivo contiene
ácidos nucleicos.
El ADN se halla casi exclusivamente en el núcleo constituyendo cromosomas o cromatina. Se han detectado pequeñas cantidades también en
cloroplastos y mitocondrias.
El ARN se encuentra en pequeña cantidad formando los cromosomas.
En el citoplasma forman gránulos denominadas ribosomas.
Peso Molecular
ADN: 4.000.000 a 30.000.000 lo que significa una enorme y compleja
molécula.
ARN: 24.000 a 2.000.000, es de menor tamaño.
La estructura del ADN
Watson y Crick en 1953 propusieron una estructura de “doble hélice”
para el ADN. La molécula de ADN presenta por dos filamentos y se halla
enrrollada como una cuerda, de modo que únicamente pueden separarse
las dos cadenas complementarias si se permite que los dos extremos giren
libremente.
El enrollamiento es helicoidal, como una escalera caracol, con la
misma anchura para la escalera y una barandilla de conexión a cada
lado. Este esqueleto lateral está formado por los enlaces entre S-P, que
se repiten continuamente, y se unen por las bases purínicas y pirimídicas
constituyendo los escalones de esta escalera imaginaria. Cada escalón es
una pareja de bases denominado par de bases complementarias.
La unión de las bases se realiza mediante puentes de hidrógeno, y este
apareamiento está condicionado químicamente de forma que la adenina
(A) sólo se puede unir con la Timina (T) y la Guanina (G) con la Citosina
(C).
89
Es una molécula compleja formada por
cientos y miles de nucleótidos distintos
en secuencias diversas formando una
cadena larga.
En el hombre la dotación haploide de
cromosomas presenta una molécula de
ADN con una longitud total de aproximadamente dos a tres cuartos de billón
de nucleótidos.
En el ácido nucleico, los nucleótidos se
unen unos a otros mediante el enlace
azúcar-fosfórico-azúcar-fosfórico, etc.
(S-P). Con las purinas y las pirimidinas
unidas como grupos laterales a las moléculas de azúcar.
El hecho de que existan tantos nucleótidos a lo largo de la doble cadena de ADN, da un grado de estabilidad y rigidez a la molécula.
Las dos cadenas de ADN están así unidas unas a otras mediante enlaces químicos débiles, los puentes de hidrógeno, entre los pares de bases de
la cadena opuesta. Siempre se unen las Adeninas con las Timinas con dos
puentes de hidrógeno y las Citosinas con las Guaninas por tres puentes
de hidrógeno. Por lo tanto la energía es menor para su unión en el primer
caso, porque son dos puentes en lugar de tres.
La importancia biológica de la molécula de ADN
Su importancia radica en:
• Que se replica exactamente durante el crecimiento celular y la duplicación.
• Que su estructura es lo suficientemente estable para que las mutaciones
sólo se produzcan raramente.
• Que tiene la potencialidad de llevar cualquier tipo de información biológica necesaria.
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• Que transmite su información a la célula.
El ARN ¿Cuántos tipos de ARN existen y qué funciones cumplen?
Tres tipos principales:
ARN mensajero (ARNm)
ARN ribosómico (ARNr)
ARN de transferencia (ARNt)
Los tres se encuentran en forma de cadena simple. Los tres tienen
funciones diferentes, lo que determina formas diferentes. Difieren en peso
molecular, función y localización.
ARN mensajero
Representa un 5-10 % del ARN. Se sintetiza en el núcleo durante el
proceso de transcripción. Su función es llevar la información genética
(codificada en el ADN) del núcleo al citoplasma atravesando los poros de
la membrana nuclear.
ARN ribosómicos
Representa 75-85 % del total de ARN en la célula. Su función es servir
de superficie de apoyo al ARN mensajero y participa de la síntesis proteica.
ARN de transferencia
Representa un 5-10 % del ARN. Son moléculas pequeñas. Su función
es llevar los aminoácidos dispersos por el citoplasma hacia el lugar de la
síntesis proteica. Cada aminoácido posee por lo menos un ARNt correspondiente, algunos poseen múltiples ARNt. Como hay cerca de 20 aminoácidos diferentes, habrá igual número de ARN de transferencia.
El origen del ARN
Así como el ADN proviene de la autoduplicación de otra molécula de
ADN, casi todo el ARN proviene del ADN. Es decir que el ADN origina el
ARN.
2. ¿Cuáles son las de la información genética de los organismos
vivos?
El ADN es el responsable de ella, y se la hereda por medio de él. Para
que esto sea posible la célula fabrica moléculas de ADN copiadas de
modo tal que resultan idénticas al ADN original (molde). Algunos virus
tienen ARN como material genético heredable y solamente ellos son ca91
paces de replicarlo.
Cuando la información contenida en el ADN debe expresarse, lo hace
a través del ARN. Según las necesidades celulares, el mensaje contenido
en diversos segmentos del ADN es copiado a moléculas de ARN, cuya
información puede ser transferida a determinada proteína. Este traspaso
de información genética de una molécula a otra se denomina flujo de
información genética.
Durante muchos años se consideró que el flujo de la información genética era unidireccional, del ADN a las proteínas:
ADN
ARN
PROTEÍNAS
La Biología Molecular le dio a esta creencia la jerarquía de dogma
(verdad indiscutida), pero esta verdad cayó cuando se descubrieron los retrovirus, que copian la información de su ARN a una molécula de ADN.
Tanto el ADN y el ARN tienen la información almacenada en un único
idioma: el de la secuencia de nucleótidos. El traspaso de información de
ADN a ARN se denomina transcripción. No hay cambio de lenguaje ni de
contenido en la información, lo que cambia es el soporte material de la
información, el tipo de molécula. En cambio, al proceso de elaboración
de proteínas a partir de la información codificada en el ARN, se lo llama traducción, debido a que en dicho pasaje de información del ARN a
las proteínas hay un cambio de idioma: del lenguaje de la secuencia de
bases al de la secuencia de aminoácidos. Para ello existe un código pre
– establecido que determina la manera exacta en que será traducido el
mensaje.
Cuando se copia ADN a partir de otra molécula de ADN, tampoco hay
cambio de idioma ni, obviamente, de tipo de molécula, por lo que a este
proceso se lo denomina duplicación o replicación. El ADN tiene la capacidad de hacer copias de sí mismo, pero para ello es imprescindible la
presencia de una gran cantidad de enzimas.
Ampliando información. Cómo funciona el ADN
La información hereditaria o información genética está contenida en
la molécula de ADN. Todas las células contienen información genética,
por ello, antes de que una célula se divida para dar lugar a dos células
hijas, el ADN tiene que duplicarse, de manera que cada célula hija reciba
una copia de la información genética que le permitirá realizar las funciones que le corresponden. A este proceso de autoduplicación del material
genético celular se lo llama duplicación del ADN.
Como el ADN sólo se encuentra en el núcleo de las células, para llevar
la información del ADN a toda la célula se utiliza el ARN. Éste lleva la
información desde el núcleo hasta el citoplasma, concretamente hasta
los ribosomas. Los ribosomas traducen la información que les da el ARN
mensajero, dando como resultado la biosíntesis o formación de proteínas.
La proteína que forma el ribosoma es la que ejecutará las órdenes que
envió el ADN desde el núcleo.
El paso de la información del ADN al ARN se llama transcripción ge-
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nética.
Para formar una proteína nueva debe traducirse el lenguaje de las
bases nitrogenadas. Este lenguaje es básicamente igual en el ARN y en el
ADN, con la sola sustitución de una base, la timina, por otra, el uracilo.
El lenguaje de las bases nitrogenadas deberá traducirse y transformarse en el de aminoácidos, que son los componentes de las proteínas.
La ordenación de los aminoácidos es lo que diferencia a unas proteínas
de otras, y el ARN es el responsable de tal ordenación.
Cada tres bases del ARN codifican a un aminoácido, esto constituye el
código genético que es universal a todos los seres vivos, y así se traduce
el mensaje cifrado en tripletes de bases de ARN a un mensaje cifrado en
unidades de aminoácidos, que dará lugar a distintas proteínas.
El paso de información desde el ARN hasta las proteínas se llama traducción genética. Las proteínas se encargan de procesos específicos en las
células: sirven de material celular, catalizan reacciones.
El gen
Un gen es una secuencia lineal específica de nucleótidos del ADN. Esta
secuencia es un código para determinar la secuencia de los aminoácidos
de una cadena polipeptídica de una proteína determinada. El código es
probablemente un código de tripletes.
El gen funciona mediante la producción de ARN mensajero que es
una fiel transcripción del ADN. Este ARN mensajero se asocia con los
ribosomas, los cuales realizan la síntesis proteica, y sirve de molde para
la formación de una cadena polipeptídica específica.
El codón
El codón es cualquier triplete de nucleótidos en el ADN o ARN (ejemplo en virus) que codifica un aminoácido particular o señala el comienzo
o el fin del mensaje. Es decir, no todos los codones determinan aminoácidos, sino que existen codones sin sentido y los que se encargan de la
terminación de los polipéptidos o su iniciación.
Los codones pueden cambiar por el proceso de mutación, por lo que
pueden determinar un aminoácido diferente, en este caso se habla de
cambio de sentido, o bien ningún aminoácido, caso conocido como cambio sin sentido.
El código genético
Fue uno de los grandes hitos de la Biología Molecular el descifrar qué
aminoácido corresponde a cada codón, pudiéndose establecer el conjunto
completo de equivalencias codón – aminoácido: El Código Genético.
Tiene las siguientes características:
• Es universal: porque es el mismo para todos los seres vivos, incluyendo
virus, mitocondrias y cloroplastos.
93
• Es degenerado (en el sentido usado por los físicos para describir estados
múltiples que retienen a la misma cosa): porque algunos aminoácidos
son codificados por más de un codón, o sea que existen codones con un
mismo significado. Lo que implica que el código es redundante.
• Es consistente: porque a pesar de la redundancia de codones, cada codón
en particular tiene un único significado. Cada codón se corresponde con
un único aminoácido, por lo tanto el código genético no es ambiguo.
Las Mutaciones
En sentido estricto, consiste en modificaciones de la secuencia de
bases causadas por agentes biológicos, físicos y químicos. Los agentes
mutagénicos de tipo físico son las radiaciones, como rayos ultravioletas,
X, gamma, etc. Existen muchísimos agentes mutagénicos químicos, por
ejemplo la sacarina, el ciclamato que encontramos en los jugos concentrados o en polvo de venta comercial o bebidas diet, algunos colorantes
o conservantes.
Cuando una mutación afecta a una base, se llama mutación puntual.
Hay de tres tipos:
• Sustitución de una base por otra.
• Deleción o pérdida de una base.
• Adición o agregado de una base extra.
3. ¿Qué son los cromosomas?
Resulta necesario aclarar que actualmente el término cromosoma se
aplica a la molécula de ácido nucleico (ADN o ARN) que actúa como depositaria de la información genética en un virus, una bacteria, una célula
eucariótica o un orgánulo. Pero la palabra cromosoma (del griego “cuerpo
coloreado”) se utilizó originalmente en otro sentido, para referirse precisamente a los cuerpos densamente coloreados que podían visualizarse
a través del microscopio óptico en los núcleos de células eucarióticas
después de la tinción de estas últimas, que aparecen claramente definidos
en el núcleo durante el período inmediatamente anterior a la división
celular. Quizás por ello, ciertos biólogos insisten en reservar el término
cromosoma para referirse exclusivamente al ordenamiento altamente estructurado del ADN de las células eucarióticas en división.
Cromosomas y cromatina
En las células eucarióticas que no se hallan en estado de división, el
material cromosómico, denominado cromatina, es amorfo y aparece disperso y desordenado por la totalidad del núcleo. En algunas zonas la cromatina experimenta un grado de enrollamiento mayor que en otras regiones. Durante la interfase la cromatina así condensada recibe el nombre de
heterocromatina, denominándose eucromatina a la menos condensada.
Existe una relación directa entre el grado de enrollamiento y la activi-
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dad transcripcional del ADN. La cromatina menos compactada es la que
posee el ADN transcripcionalmente activo (aquel a partir del cual puede
sintetizarse ARN) y representa alrededor del 10% del genoma. En cambio,
la cromatina más condensada (heterocromatina) está constituida por ADN
inactivo.
Algunas regiones heterocromáticas se encuentran de manera constante de célula a célula, es decir como componentes estables del genoma que
nunca se expresan.
La región del centrómero del cromosoma, formada por ADN altamente
repetitivo (ADN satélite). Esta región no codificante desempeña un papel
estructural en el movimiento de los cromosomas durante la mitosis.
Cuando las células se preparan para dividirse, la cromatina se condensa y se estructura en cromosomas bien definidos, cuyo número exacto es
específico para cada especie.
De acuerdo con la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en:
1) Metacéntricos: poseen el centrómero en una posición central, de
modo que las longitudes de los brazos cromosómicos son equivalentes.
2) Sub-metacéntricos: el centrómero se encuentra alejado del punto
central, de modo que las cromátidas poseen un brazo corto y uno largo.
3) Acrocéntricos: el centrómero se halla cerca de uno de los extremos
del cromosoma, de modo tal que el brazo corto es muy pequeño.
4) Telecéntricos: el centrómero se halla en el extremo del cromosoma,
por ende, tiene un sólo brazo.
4. ¿Qué es la reproducción celular?
Consiste básicamente en la división de la célula. Pero para que cada
célula hija reciba todos los elementos necesarios para su funcionamiento,
es necesaria la duplicación previa de las organelas y, fundamentalmente
del material genético o ADN.
La duplicación de los componentes celulares y la posterior distribución
equitativa entre las células hijas constituye el ciclo celular.
95
El ciclo celular
Las células se reproducen por duplicación de su contenido y su división en dos células hijas, las cuales a su vez volverán a reproducirse.
Estas divisiones celulares cíclicas constituyen el modo fundamental por el
cual todos los organismos vivientes se propagan. En especies unicelulares
tales como las bacterias o las levaduras, cada división celular produce un
organismo adicional.
En los procariotas, la distribución de duplicados exactos de la información hereditaria es relativamente simple. La mayor parte del material
genético está en forma de única molécula circular de ADN, constituyendo
el cromosoma de la célula, el cual se duplica antes de la división celular.
En la especies multicelulares se requieren muchas divisiones celulares para que se genere un nuevo individuo y que crezca, y también se
necesitan divisiones celulares adicionales en el organismo adulto para
reemplazar a las células que se han perdido por envejecimiento, daño o
por muerte celular programada (apoptosis).
El ciclo celular en las células eucarióticas
El ciclo celular se divide en dos fases principales: interfase y división. Esta última a su vez está constituida por la Mitosis (o fase M) y la
citocinesis (división del citoplasma de una célula después de la división
nuclear). Antes de que una célula pueda comenzar la mitosis y dividirse
efectivamente, la célula debe preparase. Estos procesos preparatorios ocurren durante la interfase – la célula se prepara sintetizando todo lo que le
hará falta para la división celular- , en la cual se distinguen tres etapas:
las fases G1, S y G2.
La fase G1: corresponde al crecimiento celular y replicación de organelas; es un período de alta actividad bioquímica. La célula aumenta de
tamaño e incrementa la cantidad de proteínas (enzimas y microtúbulos
para el huso mitótico), ribosomas, mitocondrias y del resto de estructuras
celulares. Las estructuras membranosas, aparentemente derivarían del
retículo endoplásmico, que se renueva y aumenta de tamaño.; la fase S:
es la de replicación del ADN y la G2 corresponde al ensamblado para la
división celular. Esta fase asegura que la replicación del ADN haya sido
completa antes de comenzar la mitosis. La cromatina recién duplicada
y dispersa en el núcleo comienza a condensarse. También durante este
período comienza el ensamblaje del huso mitótico, necesario para separación de los cromosomas durante la mitosis.
La duración del ciclo celular
La duración del ciclo celular varía mucho de un tipo celular a otro.
Los ciclos celulares más cortos de los eucariotas (más cortos aún que
los de las bacterias) son los que tienen lugar en las células embrionarias
inmediatamente después de la fertilización, que dura de 8 a 60 minutos.
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Como contraejemplo tenemos el ciclo de una célula hepática de mamífero, que puede durar un año.
El mecanismo de división celular. Hipótesis
Ocurre en células somáticas (no sexuales) que duplicaron sus cromosomas durante la interfase del ciclo celular.
A nivel molecular, es la fase M (o fase de división del ciclo celular)
después de la Interfase. Acá se producen muchos cambios morfológicos
que acompañan a la mitosis: los cromosomas se condensan, la envoltura celular se rompe, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi se
fragmentan, la célula pierde su adhesión a otras células y a la matriz
extracelular y el citoesqueleto es transformado para realizar el conjunto
de movimientos altamente organizados que conducen a la segregación de
los cromosomas y la partición de la célula.
La primera manifestación visible de una mitosis inminente es la condensación cromosómica. Ésta es el preludio de dos distintos procesos: la
mitosis (segregación de los cromosomas y la formación de dos núcleos en
lugar de uno) y la citocinesis (la partición de una célula en dos). En cada
uno de estos procesos intervienen dos componentes del citoesqueleto: los
microtúbulos constituyen el huso mitótico que ordenará la segregación de
los cromosomas y los filamentos de actina formarán (con la miosina) el
anillo contráctil que determinará la separación de las dos células hijas.
Antes que una célula se divida debe duplicar su centrosoma para proporcionar uno a cada una de las células hijas. En las células animales, los
centrosomas están constituidos por un par de centríolos, mientras que en
las células vegetales los centríolos no existen. Dado que en las células vegetales hay formación del huso, esto indicaría que, más que los centríolos,
el verdadero centro organizador de microtúbulos se encuentra en la matriz
del centrosoma.
Las etapas de la mitosis
La fase M del ciclo celular se acostumbra a dividir en 6 etapas, constituyendo las cinco primeras la mitosis y la última, que se superpone al fin
de la mitosis, la citocinesis.
Los cinco estadios de la mitosis: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase, ocurren en un orden secuencial estricto, en tanto que la
citocinesis comienza durante la anafase y se extiende hasta que finaliza
el ciclo.
1. Profase
La cromatina, que es difusa en la interfase, se condensa lentamente,
iniciando la formación de cromosomas más definidos. Cada cromosoma
se ha duplicado durante la fase S precedente, por lo que cada uno estará
formado por dos cromátidas hermanas, las que estarán conectadas por
97
sus centrómeros. Estos últimos se vuelven claramente visibles debido a
que se les asocian dos placas proteicas, ubicadas hacia los lados de las
cromátidas, llamadas cinetocoros.
Hacia el final de la profase, los microtúbulos citoplasmáticos que durante la interfase formaban parte del citoesqueleto se desensamblan y comienzan a formar el principal componente del aparato mitótico: el huso.
Esta es una estructura bipolar compuesta de microtúbulos y proteínas
asociadas. El huso se organiza inicialmente por fuera del núcleo, entre
los centrosomas que provienen de la división del centrosoma original;
durante la profase, los pares de centríolos se separan.
2. Prometafase
En esta etapa se produce la ruptura de la envoltura nuclear, con lo que
los microtúbulos ganan acceso a los cromosomas. El huso mitótico, que se
encontraba a un lado del núcleo, puede ahora ocupar la región central de
la célula. Algunos microtúbulos del huso se conectan a los cromosomas a
través de los cinetocoros.
Los microtúbulos del cinetocoro ejercen tensión sobre los cromosomas, que comienzan a moverse buscando su correcta ubicación.
3. Metafase
Los microtúbulos del cinetocoro alinean a los cromosomas en un plano medio, perpendicular al huso y a igual distancia de cada uno de los
polos. Cada cromosoma es mantenido en tensión ubicándose en el centro
de la célula formando la placa metafásica. De este modo los cinetocoros
de cada cromátida se ubican apuntado uno a cada polo.
4. Anafase
Se produce la separación de las cromátidas hermanas, que se mantenían unidas por el centrómero, permitiendo que cada cromátida (ahora un
cromosoma) sea llevada hacia cada uno de los polos.
Se acortan los microtúbulos del cinetocoro, cuya acción provoca la
segregación de cada uno de los cromosomas que llevan unidos hacia el
respectivo polo.
Al finalizar la anafase, los cromosomas ya se encuentran en los extremos de las células, vecinos a los polos.
5. Telofase
Es la etapa final de la mitosis (telos = fin), alrededor de cada grupo de
cromosomas se tienen que regenerar sendas membranas nucleares para
que se pueden reconstituir los núcleos de cada una de las células hijas.
Al comienzo de la telofase, las vesículas generadas durante la ruptura
de la membrana nuclear se asocian con la superficie de los cromosomas
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individuales y se van fusionando para reconstituir las membranas nucleares, que parcialmente agrupan algunos cromosomas antes de coalescer
en una única membrana que encierra la totalidad de los cromosomas
segregados.
6. Citocinesis
Durante la citocinesis el citoplasma se divide por un proceso de estrangulamiento de la célula, usualmente en el plano medio, en el lugar que
había ocupado la placa metafásica. Aunque la división nuclear y la citoplasmática están generalmente asociadas, son eventos independientes, ya
que en algunas circunstancias la mitosis no es seguida por la citocinesis.
El estrangulamiento que inicia la citocinesis es llevado a cabo por la contracción del anillo contráctil, formado principalmente por la asociación
de filamentos de actina y de miosina, dispositivo que se ensambla en la
anafase temprana.
Las células sexuales o gametas
La meiosis:
La meiosis es la división celular por la cual se obtienen células
hijas con la mitad de los juegos cromosómicos que tenía la célula madre pero que cuentan con información completa para todos los
rasgos estructurales y funcionales del organismo al que pertenecen.
El proceso de meiosis:
1. Duplicación de los cromosomas
Antes de que se produzca la primera división los cromosomas se duplican.
1.
2. Primera división meiótica
Los cromosomas homólogos se separan formándose dos células. Observa sin embargo, que los cromosomas están duplicados, cada uno de
ellos está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.
3. Segunda división meiótica
Estamos ante un fenómeno que ya conoces: la mitosis. Durante esta
segunda división los cromosomas se separan en sus dos cromátidas, dando lugar en este caso a cuatro células haploides.
En la célula existen dos juegos de material genético, es decir “n” parejas de cromosomas homólogos, uno de origen paterno y otro de origen
materno.
En la Profase I, cada cromosoma se aparea con su homólogo formando
lo que se denomina una tétrada, es decir cuatro cromátidas y dos centrómeros.
2.
3. La meiosis se produce siempre que haya
un proceso de reproducción sexual.
99
Este apareamiento es un rasgo exclusivo de la meiosis, y tiene una
trascendencia fundamental, ya que las cromátidas no hermanas, es decir
paterna y materna, pueden entrecruzarse y romperse en los puntos de
fusión dando lugar a un intercambio y recombinación de segmentos cromatídicos y por lo tanto de los genes en ellos localizados.
La meiosis ocurre mediante dos mitosis consecutivas. La primera división es reduccional y el resultado es la formación de dos células hijas
cada una con “n” cromosomas.
La segunda división es una división mitótica normal, y el resultado
final de la segunda división meiótica es la formación de cuatro células
hijas cada una de las cuales tiene un núcleo con “n” cromátidas
¿Qué consecuencias tiene la meiosis?
1. Es el proceso mediante el cual se obtienen células especializadas
para intervenir en la reproducción sexual.
2. Reduce a la mitad el número de cromosomas, y así al unirse las
dos células sexuales, vuelve a restablecerse el número cromosómico de
la especie.
3. Se produce una recombinación de la información genética.
4. La meiosis origina una gran variación de gametos, debido al entrecruzamiento de segmentos de los cromosomas homólogos.
5. ¿Qué es la Herencia?
A través de la reproducción sexual un hijo hereda la mitad de la información genética del padre y la otra mitad de su madre. Pero la mayoría de
las veces los hijos se parecen más a uno de sus padres, e incluso pueden
tener características diferentes de las de ambos. ¿Por qué sucede esto?
¿Qué es lo que determina que se manifiesten algunos rasgos similares a
los de uno u otro padre?
El padre de la genética. Gregor Mendel
Las primeras preguntas provienen de las investigaciones realizadas por
un monje austríaco, Gregor Mendel, a mediados del siglo XIX. Aún sin
conocer nada acerca del ADN, de los cromosomas y de la meiosis, Mendel
pudo inferir los principios que rigen la genética actual y la herencia en
organismos tan diversos como una planta y un animal. Se considera que
el éxito de Mendel se debió fundamentalmente a la selección del organismo adecuado para experimentar, al diseño y la realización cuidadosa de
los experimentos, así como a un análisis minucioso de los resultados.
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Leyes de Mendel
Conviene aclarar que Mendel, por ser pionero, carecía de los conocimientos actuales sobre la presencia de pares de alelos en los seres vivos
y sobre el mecanismo de transmisión de los cromosomas, por lo que esta
exposición está basada en la interpretación posterior de los trabajos de
este monje.
La planta que seleccionó fue la arveja o guisante, que presenta una
serie de ventajas: se cultiva sin problemas y crece rápido, presenta características con variantes fácilmente distinguibles. Es hermafrodita, es
decir que los sistemas reproductores femeninos y masculinos están en la
misma flor encerrados por pétalos y permite la autofecundación. Además
se pueden cruzar dos plantas en forma manual y controlada.
Primera ley de Mendel
Enunciado de la ley.- A esta ley se le llama también Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación (F1)., y expresa que cuando
se cruzan dos variedades de individuos de raza pura ambos (homocigotos)
para un determinado carácter, todos los híbridos de la primera generación
son iguales. Mendel llegó a esta conclusión trabajando con una variedad
pura de plantas de guisantes que producían semillas amarillas y con una
variedad que producía semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre
estas plantas, obtenía siempre plantas con semillas amarillas.
Figura 1
Interpretación del experimento
El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo
para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta
el otro alelo para el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se
manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.
Otros casos para la primera ley.- La primera ley de Mendel se cumple
también para el caso en que un determinado gen de lugar a una herencia
intermedia y no dominante, como es el caso del color de las flores del
“dondiego de noche” (Mirabilis jalapa). Al cruzar las plantas de la variedad de flor blanca con plantas de la variedad de flor roja, se obtienen
plantas de flores rosas. La interpretación es la misma que en el caso anterior, solamente varía la manera de expresarse los distintos alelos.
Figura 2
Segunda ley de Mendel
Enunciado de la ley.- A la segunda ley de Mendel también se le llama
de la separación o disyunción de los alelos.
Mendel tomó plantas procedentes de las semillas de la primera generación (F1) del experimento anterior (figura 1) y las polinizó entre sí. Del
101
Figura 3
cruce obtuvo semillas amarillas y verdes en la proporción que se indica
en la figura 3. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las semillas parecía haber desaparecido en la primera generación
filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación.
Interpretación del experimento.
Figura 4
Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los
individuos de la primera generación filial, no se han mezclado ni han
desaparecido, simplemente ocurre que se manifiesta sólo uno de los dos.
Cuando el individuo de fenotipo amarillo y genotipo Aa, forme los gametos, se separan los alelos, de tal forma que en cada gameto sólo habrá
uno de los alelos y así pueden explicarse los resultados obtenidos. Otros
casos para la segunda ley. En el caso de los genes que presentan herencia
intermedia, también se cumple el enunciado de la segunda ley. Si tomamos dos plantas de flores rosas de la primera generación filial (F1) del
cruce que se observa en la figura 2 y las cruzamos entre sí, se obtienen
plantas con flores blancas, rosas y rojas, en la proporción que se indica
en el esquema de la figura 4.También en este caso se manifiestan los alelos para el color rojo y blanco, que permanecieron ocultos en la primera
generación filial.
Retrocruzamiento: es la cruza de los individuos de la F1 (heterocigota)
con uno de los progenitores (homocigota dominante o recesivo)
Retrocruzamiento de prueba
Figura 5
En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe
ninguna diferencia aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y
los homocigóticos (AA), pues ambos individuos presentarían un fenotipo
amarillo.
La prueba del retrocruzamiento, o simplemente cruzamiento prueba,
sirve para diferenciar el individuo homocigoto del heterocigótico. Consiste en cruzar el fenotipo dominante con la variedad homocigota recesiva
(aa).
Si es homocigótico, toda la descendencia será igual, en este caso se
cumple la primera Ley de Mendel (figura 5).
Si es heterocigótico, en la descendencia volverá a aparecer el carácter
recesivo en una proporción del 50%. (Figura 6).
Tercera ley de Mendel
Se conoce esta ley como la de la herencia independiente de caracteres,
y hace referencia al caso de que se contemplen dos caracteres distintos.
Cada uno de ellos se transmite siguiendo las leyes anteriores con independencia de la presencia del otro carácter.
Mendel cruzó plantas de guisante de semillas amarillas y lisas con
plantas de semillas verdes y rugosas (Homocigóticas ambas para los dos
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caracteres). (Figura 7)
Las semillas obtenidas en este cruzamiento eran todas amarillas y
lisas, cumpliéndose así la primera ley para cada uno de los caracteres
considerados, revelando también que los alelos dominantes para esos caracteres son los que determinan el color amarillo y la forma lisa.
Las plantas obtenidas y que constituyen la F1 son dihíbridas (AaBb).
Estas plantas de la F1 se cruzan entre sí, teniendo en cuenta los gametos
que formarán cada una de las plantas que pueden verse en la figura 8.
En el cuadro de la figura 9 se ven las semillas que aparecen y en
las proporciones que se indica. Se puede apreciar que los alelos de los
distintos genes se transmiten con independencia unos de otros, ya
que en la segunda generación filial F2 aparecen guisantes amarillos y
rugosos y otros que son verdes y lisos, combinaciones que no se habían dado ni en la generación parental (P), ni en la filial primera (F1).
Asimismo, los resultados obtenidos para cada uno de los caracteres considerados por separado, responden a la segunda ley.
Figura 6
Figura 7
Interpretación del experimento. Figura 9. Los resultados de los
experimentos de la tercera ley refuerzan el concepto de que los genes son
independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación tras
generación. Para esta interpretación fue providencial la elección de los
caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente
en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes
Figura 8
Figura 9
103
que se encuentran en distintos cromosomas. No se cumple cuando los dos
genes considerados se encuentran en un mismo cromosoma, es el caso de
los genes ligados.
Actividad 1
ADN y ARN. El código genético
1)Cuando una herida cicatriza:
¿las células de tu piel deben dividirse? ¿Sí? o ¿no? Fundamenta tu respuesta.
2)El ADN debe previamente ¿replicarse o transcribirse? para que cada una de
las células resultantes de la división contengan una copia exacta de todo el ADN,
para que todas porten la misma información genética.
3)Redacta un texto que explique la relación entre los siguientes conceptos: ADN,
gen, proteínas y características estructurales y funcionales de los organísmos.
4)Señala los aspectos diferentes que encuentras entre replicación y transcripción
¿Qué tienen en común?
5)¿Qué se entiende por “Dogma Central de la Biología Molecular”?
6)Observa los siguientes esquemas, relativos al funcionamiento de los ácidos
nucleicos, e indica cuáles son verdaderos y cuáles son falsos:
ADN ----- transcripción---- ARN
ADN ----- traducción ---- proteína
ADN ----- replicación ---- ADN1+ ADN2
ADN ----- traducción ---- ARN
7)¿Qué función cumplen los ribosomas en la síntesis de proteínas?
8)Teniendo en cuenta la tabla del código genético, selecciona los codones que
conducirán a la síntesis del siguiente péptido:
leucina-alanina-prolina-serina-arginina-arginina-valina
Actividad 2
División celular. Mitosis y meiosis
1)Enumera las semejanzas y diferencias entre el proceso de división celular por
mitosis y por meiosis
2)Nombra las secuencias de fases del ciclo celular. Identifica aquellas correspondientes a la síntesis de ARN y replicación del ADN.
Actividad 3
Leyes de la herencia
1)Define lo términos: gen, alelo, dominante, recesivo, homocigoto, heterocigoto.
2)Explica el significado de la ley de segregación de Mendel y de la ley de distribución independiente.
3)¿Cuál es la diferencia entre fenotipo y genotipo? ¿Qué tipo de experiencia realizarías para determinar el genotipo de un individuo fenotípicamente dominante?
4)¿Para qué se utiliza una cruza de prueba?
CAPÍTULO 6.
DESARROLLO
SOSTENIBLE
105
Módulo Biología - UNNE Articulación
DESARROLLO SOSTENIBLE
1. ¿Qué es el desarrollo sostenible?
Desarrollo sostenible, término aplicado al desarrollo económico y social que permite hacer frente a las necesidades del presente sin poner en
peligro la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias
necesidades.
Hay dos conceptos fundamentales en lo que se refiere al uso y gestión
sostenibles de los recursos naturales del planeta.
1º. - “Deben satisfacerse las necesidades básicas de la humanidad, comida, ropa, lugar donde vivir y trabajo. Esto implica prestar atención a
las necesidades, en gran medida insatisfechas, de los pobres del mundo,
ya que un mundo en el que la pobreza es endémica será siempre proclive
a las catástrofes ecológicas y de todo tipo”.
2º. - “los límites para el desarrollo no son absolutos, sino que vienen
impuestos por el nivel tecnológico y de organización social, su impacto
sobre los recursos del medio ambiente y la capacidad de la biosfera para
absorber los efectos de la actividad humana”. Es posible mejorar tanto la
tecnología como la organización social para abrir paso a una nueva era
de crecimiento económico sensible a las necesidades ambientales.
Durante las décadas de 1970 y 1980 empezó a quedar cada vez más
claro que los recursos naturales estaban dilapidándose en nombre del
“desarrollo”. Se estaban produciendo cambios imprevistos en la atmósfera, los suelos, las aguas, entre las plantas y los animales, y en las relaciones entre todos ellos.
Fue necesario reconocer que la velocidad del cambio era tal que superaba la capacidad científica e institucional para ralentizar o invertir el
sentido de sus causas y efectos.
Estos grandes problemas ambientales incluyen:
1) el calentamiento global de la atmósfera (el efecto invernadero), debido
a la emisión, por parte de la industria y la agricultura, de gases (sobre
todo dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y clorofluorocarbonos)
que absorben la radiación de onda larga reflejada por la superficie de la
Tierra;
2) el agotamiento de la capa de ozono de la estratosfera, escudo protector
del planeta, por la acción de productos químicos basados en el cloro y el
bromo, que permite una mayor penetración de rayos ultravioleta hasta su
superficie;
3) la creciente contaminación del agua y los suelos por los vertidos y descargas de residuos industriales y agrícolas;
4) el agotamiento de la cubierta forestal (deforestación), especialmente en
los trópicos, por la explotación para leña y la expansión de la agricultura;
5) la pérdida de especies, tanto silvestres como domesticadas, de plantas y
animales por destrucción de hábitat naturales, la especialización agrícola
y la creciente presión a la que se ven sometidas las pesquerías;
Todos los días tomamos decisiones aparentemente pequeñas que afectarán el
futuro del planeta. Lo que comemos,
compramos, quemamos, cultivamos, y
construimos puede llegar a ser la diferencia entre la destrucción o la salvación
ecológica a escala global.
J. Button
107
6) la degradación del suelo en los hábitat agrícolas y naturales, incluyendo la erosión, el encharcamiento y la salinización, que produce con el
tiempo la pérdida de la capacidad productiva del suelo.
A finales de 1983, el secretario general de las Naciones Unidas le pidió
a la primera ministra de Noruega, Gro Harlem Brundtland, que creara una
comisión independiente para examinar estos problemas que sugiriera mecanismos para que la creciente población del planeta pudiera hacer frente
a sus necesidades básicas.
El grupo de ministros, científicos, diplomáticos y legisladores celebró
audiencias públicas en cinco continentes durante casi tres años.
La principal tarea de la llamada Comisión Brundtland era generar una
agenda para el cambio global. Su mandato especificaba tres objetivos:
1) reexaminar cuestiones críticas relacionadas con el medio ambiente y el
desarrollo, y formular propuestas realistas para hacerles frente;
2) proponer nuevas fórmulas de cooperación internacional en estos temas
capaces de orientar la política y los acontecimientos hacia la realización
de cambios necesarios; y
3) aumentar los niveles de concientización y compromiso de los individuos, las organizaciones de voluntarios, las empresas, las instituciones y
los gobiernos.
El informe fue presentado ante la Asamblea General de las Naciones
Unidas durante el otoño de 1987.
En el informe se plantean dos futuros:
• El primero los gobiernos adoptan el concepto de desarrollo sostenible y
organizan estructuras nuevas, más equitativas, que empiezan a cerrar el
abismo que separa a los países ricos de los pobres.
• El segundo, la especie humana continúa agotando el capital natural de
la Tierra.
Este abismo, en lo que se refiere a la energía y los recursos, es el principal problema ambiental del planeta; es también su principal problema
de desarrollo.
Tras la Comisión, el siguiente acontecimiento internacional significativo fue la Cumbre sobre la Tierra, celebrada en junio de 1992 en Río de
Janeiro. Denominada Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio
Ambiente y el Desarrollo, en ella estuvieron representados 178 gobiernos,
incluidos 120 Jefes de Estado. Se trataba de encontrar modos de traducir las buenas intenciones en medidas concretas y de que los gobiernos
firmaran acuerdos específicos para hacer frente a los grandes problemas
ambientales y de desarrollo.
Los resultados de la Cumbre incluyen:
• convenciones globales sobre la biodiversidad y el clima,
• una Constitución de la Tierra de principios básicos, y
• un programa de acción, llamado Agenda 21, para poner en práctica
estos principios.
Los resultados se vieron empañados por la negativa de algunos gobiernos a aceptar los calendarios y objetivos para el cambio (por ejemplo
para la reducción de emisiones gaseosas que conducen al calentamiento
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global), a firmar ciertos documentos (había quien opinaba que el Convenio sobre la Diversidad Biológica debilitaba las industrias de biotecnología de los países industrializados), o a aceptar la adopción de medidas
vinculantes (como en el caso de los principios forestales).
En sus 41 capítulos, el programa de acción contenido en la Agenda 21
aborda casi todos los temas relacionados con el desarrollo sostenible.
La Cumbre fue un trascendental ejercicio de concientización a los más
altos niveles de la política. A partir de ella, ningún político relevante podrá aducir ignorancia de los vínculos existentes entre el medio ambiente
y el desarrollo. Además, dejó claro que eran necesarios cambios fundamentales para alcanzar un desarrollo sostenible.
• Los pobres deben recibir una participación justa en los recursos para
sustentar el crecimiento económico;
• los sistemas políticos deben favorecer la participación ciudadana en la
toma de decisiones, en especial las relativas a actividades que afectan a
sus vidas;
• los ricos deben adoptar estilos de vida que no se salgan del marco de los
recursos ecológicos del planeta; y
• el tamaño y crecimiento de la población deben estar en armonía con la
cambiante capacidad productiva del ecosistema.
Diez años más tarde, la Organización de las Naciones Unidas (ONU)
convocó la Cumbre sobre Desarrollo Sostenible, también conocida como
Río 10 por celebrarse una década después de la primera Cumbre de la
Tierra. Los acuerdos finales acordados en esta Cumbre, que reunió en
la ciudad sudafricana de Johannesburg a representantes de 191 países,
incluyeron una Declaración Política, que formula una serie de principios
para alcanzar el desarrollo sostenible, y un Plan de Acción en el que destacan los siguientes compromisos:
a) En el año 2015 reducir a la mitad la población que vive sin agua potable y sin red de saneamiento de aguas residuales.
b)En el año 2015 recuperar las reservas pesqueras “donde sea posible”
y crear, antes de 2012, una red de áreas marítimas protegidas. Este plan
contempla la reducción de las capturas para devolver a niveles saludables
los caladeros de pesca.
c)Reducir, significativamente, la pérdida de biodiversidad antes de 2010.
d)Minimizar, antes de 2020, el impacto producido por la emisión de productos químicos al medio ambiente.
Sin embargo, la Cumbre de Johannesburg decepcionó a las organizaciones no gubernamentales (ONG) que esperaban acuerdos concretos en
otros aspectos como el aumento de las fuentes de energía renovables o la
lucha contra la pobreza.
2. ¿Cuáles son los procesos que conducen a la mordenización
agrícola?
La agricultura ha experimentado muchas revoluciones a lo largo de la
historia desde su aparición hace entre unos 8.000 y 10.000 años hasta la
109
renombrada revolución agrícola, acaecida en Europa entre los siglos XVII
y XIX.
A lo largo del siglo XX el entorno rural ha sufrido transformaciones
en la mayor parte del mundo.
Los gobiernos han incentivado la adopción de variedades modernas
para las cosechas y de razas modernas de ganado, junto con recursos
externos (como fertilizantes, pesticidas, antibióticos, crédito, maquinaria), necesarios para que las primeras sean productivas. Han respaldado
la creación de nuevas infraestructuras, como programas de irrigación,
carreteras y mercados, y han garantizado los precios y el mercado para la
producción agrícola.
El proceso de modernización agrícola ha producido tres tipos distintos
de agricultura:
a) la industrializada,
b) la llamada revolución verde y
c) todos los demás tipos: la de baja aportación exterior, la tradicional y
la no mejorada.
Los primeros dos tipos han conseguido responder ante los recursos
tecnológicos, dando lugar a sistemas de alto rendimiento en la producción de alimentos. Están dotados de acceso a carreteras, mercados urbanos, puertos y, a través suyo, a aportaciones externas, maquinaria, infraestructuras de comercialización, transporte, instalaciones de procesado
agrícola y crédito. Tienen buenos suelos, un suministro adecuado de agua
(sea por una pluviosidad regular o por medio de sistemas de irrigación),
acceso a variedades modernas de cultivos y razas de ganado y a productos derivados del petróleo y maquinaria.
En los países del Tercer Mundo, estos sistemas, que exigen grandes
aportaciones del exterior, se emplean en las grandes llanuras y deltas irrigados del sur, sudeste y este de Asia, así como en partes de Latinoamérica
y el norte de África, y en otras zonas aisladas. Tienden a ser explotaciones
de monocultivos y/o animal único, orientadas a la venta, y comprenden
los cultivos irrigados de arroz en las tierras bajas, el trigo y el algodón; las
plantaciones de plataneros, piñas, palma de aceite y caña de azúcar; las
hortalizas en las inmediaciones de los centros urbanos, y la cría intensiva
de ganado y aves.
Estas son las tierras de la llamada revolución verde.
Los científicos desarrollaron nuevas variedades de cereales básicos,
consiguiendo que maduraran antes, lo que permitía recoger dos cosechas
al año, que fueran insensibles a la duración del día, lo que facilitaba su
cultivo en un gran abanico de latitudes, y que produjeran una mayor
proporción de grano en relación con la paja. Estas variedades modernas
fueron entregadas a los agricultores junto con aportaciones, o entradas,
de elevado coste, que incluían fertilizantes inorgánicos, pesticidas, maquinaria, créditos y agua. Como resultado, el rendimiento medio de los
cereales se ha duplicado en 30 años. Tomando en consideración el crecimiento de la población en el mismo periodo, la mejora ha sido de un 7%
del total de los alimentos producidos por persona.
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En los países industrializados se produjo una revolución similar. Los
agricultores se modernizaron, adoptando el uso de maquinaria, reduciendo la mano de obra, especializando los cultivos y cambiando sus prácticas
para obtener mayores beneficios. La presión en favor de incrementar el
rendimiento y el tamaño de las explotaciones ha hecho que las granjas
mixtas tradicionales, un sistema muy integrado en el que se generaban
pocos impactos exteriores, hayan desaparecido casi por completo.
El tercer tipo de agricultura comprende todos los demás sistemas agrícolas y de subsistencia. Se trata de sistemas de baja aportación externa y
situados en tierras secas, tierras pantanosas, tierras altas, sabanas, pantanos, zonas semidesérticas, montañas y colinas y bosques. En estas áreas
los sistemas de cultivo son complejos y diversos, el rendimiento de las
cosechas bajo, y la vida de sus habitantes a menudo depende de los recursos silvestres, además de la producción agrícola propia. Las explotaciones
están muy alejadas de los mercados, se encuentran en suelos frágiles o
problemáticos, y es poco probable que los visiten los científicos agrícolas
o que sean estudiadas en los centros de investigación.
Además su productividad es baja: el rendimiento de los cereales es de
sólo 0,5 a 1 tonelada por hectárea. Los países más pobres tienden a tener
una proporción más elevada de estos sistemas agrícolas. A mediados de
la década de 1990, cerca de un 30 a un 35% de la población del planeta,
entre 1.900 y 2.100 millones de personas, subsiste merced a esta tercera y
olvidada forma de agricultura. Aún así toda esta gente se encuentra hoy
excluida de la política de desarrollo de los gobiernos, que se concentra en
tierras altamente productivas.
3. ¿Cómo impacta la Agricultura Sostenible?
A pesar de las mejoras realizadas en la producción de alimentos, los
desafíos no han hecho más que empezar. La población mundial alcanzará
entre los 8.000 y 13.000 millones de personas. Incluso recurriendo a las
estimaciones más bajas, y dado el acceso poco equitativo a los recursos
que predomina en la actualidad, será necesario que la producción agrícola
aumente de forma sustancial para que se puedan mantener los niveles de
nutrición actuales.
En los últimos años, las políticas de desarrollo agrícola han tenido un
éxito notable en potenciar las aportaciones o entradas externas como
medio para aumentar la producción de alimentos, lo que ha producido
un crecimiento llamativo en el consumo global de pesticidas, fertilizantes
inorgánicos, piensos animales, tractores y otras maquinarias.
Estas aportaciones externas, no obstante, han reemplazado los recursos y procesos naturales de control, haciéndolos más vulnerables. Los
pesticidas han reemplazado a los medios biológicos, mecánicos y de cultivo para controlar las plagas, las malas hierbas y las enfermedades; los
agricultores han sustituido el estiércol, el abono vegetal y las cosechas
fijadoras de nitrógeno por fertilizantes inorgánicos; la información para
tomar decisiones de gestión procede de los proveedores comerciales y
111
de los científicos, no de fuentes locales; y los combustibles fósiles han
reemplazado a las fuentes de energía generadas localmente. La especialización de la producción agrícola y el declive asociado de la granja mixta
también han contribuido a esta situación. Los que antaño fueron valiosos
productos interiores se han convertido hoy en productos de desecho.
El principal desafío al que se enfrenta la agricultura sostenible es mejorar el uso que se hace de estos recursos interiores. Esto puede hacerse
minimizando las aportaciones desde el exterior, regenerando los recursos
interiores más rápidamente o combinaciones de ambos.
La agricultura sostenible es, por lo tanto, un sistema de producción de
alimentos o fibras que persigue los siguientes objetivos de forma sistemática:
a) una incorporación mayor de los procesos naturales, como el ciclo de
los nutrientes, la fijación del nitrógeno y las relaciones plaga-depredador
a los procesos de producción industrial;
b) una reducción del uso de las aportaciones externas no renovables que
más daño pueden causar al medio ambiente o a la salud de los agricultores y consumidores, y un uso más metódico de las demás aportaciones, de
cara a minimizar los costes variables;
c) un acceso más equitativo a los recursos y oportunidades productivos y
la transición a formas de agricultura más justas desde el punto de vista
social;
d) un mayor uso productivo del potencial biológico y genético de las especies vegetales y animales;
e) un mayor uso productivo de los conocimientos y prácticas locales, incluyendo enfoques innovadores aún no del todo comprendidos por los
científicos ni adoptados por los agricultores;
f) un incremento de la autosuficiencia de los agricultores y los pueblos
rurales;
g) una mejora del equilibrio entre los patrones de pastoreo o explotación,
la capacidad productiva y las limitaciones ambientales impuestas por el
clima y el paisaje para garantizar que los niveles actuales de producción
sean sostenibles a largo plazo;
h) una producción rentable y eficiente que haga hincapié en la gestión
agrícola integrada y la conservación del suelo, el agua, la energía y los
recursos biológicos.
Cuando estos componentes se unen, la agricultura se transforma en
agricultura integrada, y sus recursos se usan con más eficiencia.
La agricultura sostenible, por lo tanto, aspira al uso integrado de una
gran variedad de tecnologías de gestión de las plagas, los nutrientes, el
suelo y el agua. Aspira a una mayor diversidad de explotaciones en el
seno de las granjas, combinada con mayores vínculos y flujos entre ellas.
Los productos secundarios o desechos de un componente se convierten
en aportaciones a otro. Al ir reemplazando las aportaciones exteriores por
los procesos naturales, el impacto sobre el medio ambiente disminuye.
Las nuevas evidencias procedentes de granjas y comunidades de todo
el mundo muestran hoy que la agricultura sostenible es posible en estas
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tres regiones:
• en las tierras diversas, complejas y pobres en recursos del Tercer Mundo, los agricultores que han adoptado las tecnologías regeneradoras han
duplicado o triplicado el rendimiento de sus cosechas, a menudo con poca
o ninguna aportación exterior;
• en las tierras de aportaciones elevadas y por lo general irrigadas, los
agricultores que han adoptado tecnologías regeneradoras han mantenido
sus altos rendimientos, reduciendo sustancialmente las aportaciones exteriores;
• en los sistemas agrícolas industrializados, una transición a la agricultura sostenible podría significar un descenso en el rendimiento por
hectárea de un 10 a un 20% a corto plazo, pero resultaría rentable para
los agricultores.
Todos estos éxitos han hecho uso de tecnologías que conservan los recursos, como la gestión integrada de las plagas, la conservación del suelo
y el agua, el reciclado de nutrientes, los cultivos múltiples, la captación
de agua, el reciclado de desechos, y así sucesivamente.
4. ¿Cuáles son las Amenazas y los Obstáculos para la agricultura
sostenible?
A pesar de la viabilidad de una agricultura más sostenible, que beneficiaría a los agricultores, las comunidades rurales, el medio ambiente y
la economía nacional, siguen existiendo muchos obstáculos y amenazas.
Muchas de las estructuras de poder existentes se ven amenazadas por el
cambio, y puede resultar imposible que todo el mundo se beneficie de ella
a corto plazo.
Las amenazas surgen desde el nivel internacional hasta el local.
• A nivel internacional, los mercados y las políticas comerciales han tendido a reducir el precio de las mercancías, disminuyendo los beneficios de
los agricultores y las economías.
Sólo en los últimos diez años los precios habían descendido, por término medio, un 50%. Las empresas agroquímicas, por su parte, intentarán
proteger sus mercados de toda opción que implique una reducción en el
uso de sus productos.
• A nivel nacional, hay que determinar cuáles son las políticas micro y
macroeconómicas que siguen dificultando el desarrollo de una agricultura más sostenible, y cambiarlas. En algunos casos esto resultará políticamente muy difícil, en especial cuando se trate de poner en práctica unas
reformas que deberían dar a los agricultores garantías para invertir en
prácticas sostenibles.
La naturaleza burocrática de las grandes instituciones constituye una
amenaza más. Les cuesta trabajar de un modo que conceda poder a las comunidades locales, ya que esto supone perder parte del suyo. Los propios
agricultores se enfrentan a los costes que supone la transición a prácticas
y tecnologías agrícolas sostenibles y a su aprendizaje.
113
5. ¿Qué es la evaluación de Impacto Ambiental (EIA)?
Proceso formal empleado para predecir las consecuencias ambientales
de una propuesta o decisión legislativa, la implantación de políticas y
programas o la puesta en marcha de proyectos de desarrollo.
La Evaluación de Impacto Ambiental se introdujo por primera vez en
Estados Unidos en 1969 como requisito de la National Environmental
Policy Act (ley nacional de políticas sobre el medio ambiente, comúnmente conocida como NEPA). Desde entonces, un creciente número de
países (incluida la Unión Europea) han adoptado la EIA, aprobando leyes
y creando organismos para garantizar su implantación.
La Evaluación de Impacto Ambiental se ha aplicado sobre todo a proyectos individuales y ha dado lugar a la aparición de diversas técnicas
nuevas, como los estudios de impacto sanitario y los de impacto social.
Los avances más recientes incluyen el estudio de los efectos acumulativos y el estudio estratégico del medio ambiente, conocido como
Evaluación Estratégica Ambiental (EEA), que se ocupa de los estudios
medioambientales a nivel de políticas, programas y planes.
El término Estudio de Impacto Ambiental (EIA) se usa a veces a modo
de paraguas que abarca todos estos enfoques diferentes, pero se emplea
también como nombre alternativo de la EIA. En ciertos casos, se evalúan
los impactos social y económico como parte del proceso. En otros, las
cuestiones sociales y económicas se evalúan por separado.
Una Evaluación de Impacto Ambiental suele comprender una serie de
pasos:
1) Un examen previo, para decidir si un proyecto requiere un estudio de
impacto y hasta qué nivel de detalle.
2) Un estudio preliminar, que sirve para identificar los impactos clave y
su magnitud, significado e importancia.
3) Una determinación de su alcance, para garantizar que la EIA se centre
en cuestiones clave y determinar dónde es necesaria una información más
detallada.
4) El estudio en sí, consistente en meticulosas investigaciones para predecir y/o evaluar el impacto, y la propuesta de medidas preventivas, protectoras y correctoras necesarias para eliminar o disminuir los efectos de
la actividad en cuestión.
El proceso suele implicar la contraposición de opciones, la propuesta
de medidas paliativas, la preparación de un informe y el subsiguiente
seguimiento y evaluación.
Una vez finalizado un proyecto se realiza a veces un examen a posteriori, o auditoria sobre el terreno, para determinar hasta qué punto las
predicciones de la EIA se ajustan a la realidad; es el seguimiento o control
ambiental de las obras.
En la comunidad empresarial existe un creciente interés en la inspección previa de las prácticas orientadas a la determinación de objetivos
productivos, en especial en lo que se refiere a la eliminación de residuos
y al uso de la energía. El término auditoria medioambiental se aplica a la
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regulación voluntaria de las prácticas empresariales en función de valores
predeterminados de su impacto ambiental.
6. ¿En qué consiste la gestión forestal?
Sistema de intervención en los bosques, también denominado ordenación forestal u ordenación de montes, cuyo fin es alcanzar objetivos
predeterminados.
La gestión del patrimonio forestal tiene como finalidad proteger la
base biológica sin olvidar la producción forestal, en especial la obtención
de madera. Esta producción suele basarse en la explotación sostenible, el
flujo regular y continuado de producción que el bosque en cuestión puede
mantener sin perjuicio de su productividad.
La gestión forestal comprende actividades orientadas a garantizar la
protección a largo plazo de los servicios ambientales de los bosques, en
especial:
• su diversidad biológica,
• la conservación del suelo y de las cuencas y
• la regulación climática.
Algunos bosques se dejan en reserva para obtener de ellos estos servicios; en todo el mundo, más o menos un 5% de los bosques se encuentran
en áreas protegidas en las que no se explota ningún producto, como son
los parques nacionales y reservas naturales.
Los sistemas de gestión forestal tradicionales empleados en muchas
áreas de bosque han permitido mantener el rendimiento de la producción
de muchos productos durante siglos. Por ejemplo, el procedimiento de
explotación practicado en Gran Bretaña desde la edad media gestionaba
pequeñas superficies de bosque para la producción de carbón vegetal y
productos madereros a pequeña escala, como los materiales para cercados. Este tipo de explotación suponía la tala y entresacado regular de
árboles, pero garantizaba también la continuidad de todo el ecosistema al
limitar su uso a niveles que podían ser compensados por la regeneración
gradual y continuada.
La gestión forestal abarca diversas actividades relacionadas con la planificación, la explotación y la supervisión: evaluación de la calidad del
paraje, riqueza forestal y medición del crecimiento, planificación forestal,
provisión de carreteras e infraestructuras, gestión del suelo y el agua para
preparar y mejorar la zona, silvicultura (cuidado del bosque) para alterar las características del bosque (limpieza, entresaca, tala, regeneración
o plantación de árboles, y fertilización para obtener plantaciones de la
especie, edad y tamaños deseados), actividades de explotación, medidas
de control del rendimiento para mantener la producción a niveles sostenibles, y, por último, protección contra las plagas, las enfermedades, el
fuego y las condiciones climáticas extremas.
En Europa y Norteamérica la mayoría de los bosques están gestionados.
Por el contrario, en los países en vías de desarrollo, pocos lo están
115
formalmente. Buena parte de la producción maderera sigue procediendo
de bosques naturales.
Debido a la presión, y dado que existe demanda de otros bienes y servicios de los bosques madereros, los objetivos de la gestión forestal en la
mayor parte de los países empiezan a ampliarse. No sólo en la producción
de madera, sino en una gestión forestal sostenible, que es lo que en la
terminología forestal se entiende como ordenación de montes. Cubre todo
el espectro de los objetivos relacionados con el bosque, desde su conservación hasta su explotación, y suele incluir objetivos múltiples. Entre
ellos pueden contarse la explotación de madera, la recolección de frutos,
setas y plantas medicinales, la captura de animales, la conservación del
suelo y el agua, la conservación de la biodiversidad y los fines recreativos
y paisajísticos.
La gestión sostenible de los bosques supone equilibrar las necesidades
de hoy en día con las de las generaciones futuras e implica, por tanto, la
gestión del patrimonio forestal para satisfacer los objetivos económicos,
sociales y ambientales definidos para el sector.
Actividad 1
“La agricultura reclama modelos sustentables”
La agricultura sustentable combina técnicas tradicionales de conservación con
una metodología moderna. Entre las prácticas de manejo conservacionista se
destacan las siguientes:
• Labranza mínima: cualquier sistema de laboreo del suelo cuyo objetivo sea reducir la cantidad de operaciones en el terreno para implantar un cultivo.
• Cultivo en contorno: sistema de laboreo que sigue las curvas de nivel a fin de
prevenir la erosión hídrica y almacenar agua en el suelo.
• Intersiembra: siembra sin previa labranza.
• Cultivo en franjas: fajas de cultivo alternadas que actúan además como barreras contra la erosión eólica e hídrica.
• No utilización de pesticidas y fertilizantes químicos.
• Uso de variedades resistentes.
• Uso de energías alternativas para suplantar los combustibles fósiles.
1) En relación con el texto precedente, identifica en el siguiente cuadro la práctica
agrícola sustentable que corresponde para solucionar cada problema ambiental
PROBLEMAS
SOLUCIONES
• Agotamiento de los suelos
• Erosión del suelo
• Plagas
• Maleza
2) Investiga las técnicas de agricultura sustentable que se aplican en el área rural
cercana a tu ciudad.
Módulo Biología - UNNE Articulación
Actividad 2
“Los recursos energéticos y el impacto ambiental”
Valiéndote de la información que nos suministra el cuadro de recursos energéticos contesta el cuestionario que sigue a continuación:
RECURSOS ENERGÉTICOS
Fuentes Calidad
Primarias
Tipo
NO RENOVABLES
Combustibles Fósiles (petróleo, gas, carbón)
Arenas y esquistos
Fisión nuclear (U)
Fusión nuclear (D)
Geotérmica (Bolsones)
Impacto
Ambiental
(I.A.)
S
S
M
M
I
A
M/B
M/A
M/A
M/B
C
C
C
F
NC
AMA
MA
A/MA
M?
M
RENOVABLES
Eólica
Olas
Gradientes térmicos
Hidroeléctrica
Solar
Geotérmica de flujo continuo
Mareomotriz
Biomasa
S
S
S
S
S
I
G
S
B/M
M
B/M
B/M
B/M
B/M
A/M
M
NC
F
F
C
NC
NC
NC
NC
B/M
B
B/A?
B/A
B/M
M
A
A/M
Referencias:
Fuentes primarias
(S) Energía radiante del sol, es la que se encuentra en la base de todas.
(I) Energía geotérmica del interior de la Tierra
(G) Energía gravitacional de atracción universal
(M) Energía de la materia (nuclear)
Tipo
C: Convencional
NC: No convencional
F: Futura
E.A.: Económicamente atractiva
Calidad Energía neta disponible
MA: Muy alta
A: Alta
M: Moderada
B: Baja
Impacto Ambiental
MA: Muy alto
A: Alto
M: Moderado
B: Bajo
1) ¿Cuáles son los recursos energéticos que provocan en el ambiente un impacto
alto y/o muy alto?
2) “El uso del petróleo en la generación de energía eléctrica y en la calefacción
doméstica ha sido cortado de sesgo en muchos países. Pero el petróleo continúa
siendo el elemento central – hoy más que nunca – del transporte. Unos 540
millones de vehículos transitan por las carreteras del mundo en la actualidad, y
la cifra parece destinada a seguir aumentando en los años próximos” (Lester R.
Brown y otros. La situación en el mundo, 1992)
3)Investiga cuáles son los efectos negativos para el medio ambiente del uso del
117
petróleo en el transporte automotor.
4) Elige dos tipos de energías no convencionales y profundiza sobre sus ventajas
y desventajas.
Consulta con tus compañeros y profesores y completa el siguiente cuadro:
Ejemplos
Localización en el país
Características del
Impacto Ambiental
Centrales Térmicas
Centrales Hidroeléctricas
Centrales nucleares
5) Ya has analizado las ventajas y desventajas que ofrecen los diferentes recursos
energéticos en cuanto a su calidad, tipo e impacto ambiental. Como has podido
apreciar una de las mayores ventajas que ofrecen las energías no convencionales
es de producir impactos ambientales leves o moderados.
6)Une con una flecha los tipos de energías no convencionales que podrían implementarse en los siguientes lugares de la Argentina teniendo en cuenta las
características ambientales y los recursos naturales con los que cuentan dichos
espacios geográficos.
- La región patagónica
- La Puna
- Península de Valdés
- Cercanías de Comahue
- Región chaqueña
- La cuenca del Plata
- Energía eólica
- Energía solar
- Energía geotérmica
- Energía mareomotriz
- Biomasa
- Pequeña hidráulica
Ten en cuenta que en un mismo lugar podrán implementarse diferentes tipos de
energías dadas sus características.
Actividad 3
Los Impactos Ambientales: Elaborando un Informe
Para realizar un pronóstico de impacto que un determinado proyecto puede tener
sobre el ambiente es indispensable la tarea de técnicos y profesionales que realicen un trabajo interdisciplinario.
Se espera que a través de este trabajo logren identificar los efectos de un determinado proyecto sobre:
• La población
• La fauna, flora, suelo, aire, agua
• Los factores climáticos
• El paisaje en general
• Los bienes materiales incluidos el patrimonio histórico y arqueológico
Los posibles efectos que el proyecto en cuestión pueda tener sobre los elementos
citados, deben ser analizados y relacionados entre sí para producir finalmente un
pronóstico.
1) Realiza un informe de los impactos ambientales que tendrá el proyecto “Cos-
Módulo Biología - UNNE Articulación
tanera Norte y Sur en la ciudad de Corrientes”. Solicita a las autoridades correspondiente copia de los proyectos en cuestión.
Ten en cuenta que un informe de los impactos ambientales de un proyecto debe
identificar claramente:
2) los objetivos del proyecto;
3) las principales preocupaciones del público;
4) los efectos positivos del proyecto;
5) los impactos significativos del proyecto en:
• El medio natural: cambios producidos por las obras en el aire, agua, suelo, flora
y fauna.
• El medio socioeconómico: cambios que producen las obras en la composición
y dinámica de la población y también en su estructura socioeconómica (Ejemplo:
traslado de la población, nuevos empleos, etc.)
• Medios culturales: cambios que las obras puedan producir en el uso recreativo,
educacional, religioso o científico del área.
• Medios estéticos: perdida de rasgos estéticos únicos.
6) Identificar las medidas de mitigación para los efectos negativos que son significativos.
7) Describir las alternativas de localización del proyecto.
8) Identificar los efectos de la no-realización del proyecto.
9) Con base en el proyecto analizado en la actividad anterior organiza un debate
donde estén presentes los siguientes actores sociales:
a) los empresarios
b) funcionarios del gobierno provincial
c) pobladores de la zona
d) profesionales
Cada uno de esos cuatro grupos deberá presentar su postura a favor o en contra
del proyecto, justificando sus argumentos ante los demás grupos e intercambiando opiniones.
119
Bi b l i o g r a f í a :
CAPÍTULO 1
• Aristóteles. 1973. Obras Libro II, Cap. 11. Capítulo de la Generación y la Corrupción.
Ed. Aguilar.
• Bertalanffy L. V. 1991. Teoría general de los sistemas. FCE. México.
• Curtis H, Barnes N. S, Schneck A, y Flores G. 2004. Biología. Ed. Panamericana. Bogotá. 1488 pp.
• Harré R. 1986. Grandes Experimentos Científicos. Veinte experimentos que han cambiado nuestra visión del mundo. Ed. Labor. Barcelona.
• Meyer F, Papert S, Nowinski C, y Piaget J. 1979. Epistemología de la Biología. Ed.
Paidós. Bs. As.
• Piaget J. 1990. Biología y Conocimiento. Ensayo sobre las regulaciones orgánicas y
cognoscitivas.
CAPÍTULO 2
• Capítulo 8 - “Biología II – Ecología y Evolución” – Bocalando, N.;Frid,D.; Socolovsky,L.
– Estrada – Polimodal – Bs.As. (2000)
• Curtis,H.; Barnes, S. 1997. Secciones 4 y 5 - “Invitación a la Biología” - Ed. Panamericana. 5ta. Ed.
• Ville, Claude A. 2000. Capítulo 5 - “Biología”. 8va Ed. Mc Graw Hill. México.
CAPÍTULO 3
• Curtis,H.; Barnes, S. 1997. “Invitación a la Biología” Ed. Panamericana. 5ta. Ed.
• Suárez, H; Espinosa, A.M. 2003. “El Organiosmo Humano” Biología-Polimodal Ed.
Logseller.
CAPÍTULO 4
• Aljanati, A. y otro. 1998. “Biología I- La Vida en la Tierra”. Ed. Colihue.
• Aljanati, A. y otros “Biología II- Los caminos de la Evolución”. Ed. Colihue
• Audersirk, T y otro. 1997. “Biología 1 – Unidad en la Diversidad” Edit. Pearson. Educación.
• Barderi, M.G y otros. 2000 “Biología – Citología, Anatomía y Fisiología, Genética,
Salud y Enfermedad” . Edit. Santillana- Polimodal –
• Castro, Roberto. 1983-1994 “Actualizaciones en Biología” Tercera Edición. Editorial
Universitaria De Buenos Aires.
• Curtis y Barnes. 1993. “Biología – 5ª Edición –Edit. Panamericana
• De Robertis y De Robertis 1994. “Biología Celular y Molecular”. Undécima Edición.
121
Quinta Reimpresión. Editorial El Ateneo.
• Lanestosa, Graciela et al “Biología 1”. Kapelusz Editora S.A. 1999.
• Onna, A. y otros “Biología IV- Biología Molecular y biotecnología” RFFDC, Prociencia.
• Oparin, A. “El Origen de la Vida”. Ediciones de Cultura Popular. 1979
• Purves, W et al. 2002. “Vida. La ciencia de la biología. (6ª Edición). Buenos Aires;
Panamericana
• Schnek, A. y otros “Biología Celular”. RFFDC, CONICET. 1997
• Villee-Walker–Smith. 1980. “Zoología Tercera Edición” Capítulo 36 – Edit. Interamericana• Milunsky, A. “Conozca sus Genes” Ed. Troquel. 1982
• Prociencia – Conicet. 1988. Química de los Compuestos de Carbono. Volumen III. Ed.
Laser Press.
• García Riviere 1982 – Química 3º Año- Ed Troquel.
• Frid, D Y Muzzanti, S. 2003. “Biología /Polimodal: La célula: unidad de los seres vivos”
Edit. Longseller. Buenos Aires.
CAPÍTULO 5
• Audersirk, T y otro. 1997. “Biología 1 – Unidad en la Diversidad” Edit. Pearson. Educación.
• Castro, Roberto. 1983-1994 “Actualizaciones en Biología” Tercera Edición. Editorial
Universitaria De Buenos Aires.
• Curtis y Barnes. 1993. “Biología – 5ª Edición –Edit. Panamericana
• Curtis, H. y S. Barnes: Biología. 2000. Editorial Panamericana, 6ta Edición en Español.
• De Robertis, H: Biología Celular y Molecular. Editorial El Ateneo, 13re Edic. 2000.
• Frid, D y Muzzanti, S. 2003 “Biología /Polimodal: La vida: continuidad y cambio” Edit.
Longseller. Buenos Aires.
• Purves, W et al 2002 “Vida. La ciencia de la biología. (6ª Edición). Buenos Aires; Panamericana.
• Tamarin, R. 1996 “Principios de Genética”. Ed. Reverté S.A.
CAPÍTULO 6
• Duran D, Lara A y Voloschin C. 1994. Convivir en la Tierra – experiencia de Aprendizaje- Fundación Educambiente- Cuaderno del Medio Ambiente Nº 2-.
• Goodland, R et al. 1997. Medio ambiente y desarrollo sostenible: más allá del informe
Brundtland. Madrid: Editorial Trotta, S.A.
• Jiménez Herrero, L. 1996. Desarrollo sostenible y economía ecológica. Madrid: Editorial Síntesis, S.A.
• Jiménez Herrero, L. 1992. Medio Ambiente y desarrollo alternativo. Madrid: Iepala
Editorial. (Instituto de Estudios Políticos para América Latina), 2ª ed.
• UICN. 1995. Estrategias para el desarrollo sostenible. América Latina. Gland: Editorial
de la UICN.
Gl o s a r i o
A
ADN: Es la abreviatura del ácido desoxirribonucleico. Constituye el material
genético de los organismos. Es el componente químico primario de los cromosomas y el material del que los genes
están formados. En las bacterias y otros
organismos unicelulares, el ADN está distribuido por la célula, y en los organismos
multicelulares, la mayoría del ADN reside
en el núcleo celular. Se conoce desde hace
más de cien años. El ADN fue identificado
inicialmente en 1868 por Friedrich Miescher, biólogo suizo, en los núcleos de las
células del pus obtenidas de los vendajes
quirúrgicos desechados y en el esperma
del salmón.
AGENDA 21: Un programa de acción para
lograr el desarrollo sostenible y afrontar
las cuestiones ambientales y de desarrollo
de forma integrada a escala mundial, nacional y local. Incluye propuestas para luchar contra la pobreza, la degradación de
la tierra, el aire y el agua; para conservar
los recursos naturales y la diversidad de
especies; y para fomentar la agricultura
sostenible.
ALELO: Cada una de las alternativas que
puede tener un gen de un carácter. Por
ejemplo el gen que regula el color de la
semilla del guisante, presenta dos alelos,
uno que determina color verde y otro que
determina color amarillo. Por regla general se conocen varias formas alélicas de
cada gen; el alelo más extendido de una
población se denomina “alelo normal o
salvaje”, mientras que los otros más escasos, se conocen como “alelos mutados”.
AMINOÁCIDO: Cada una de las moléculas que actúan como unidades de
construcción de las proteínas. Se conocen
varios cientos de aminoácidos, pero sólo
20 se encuentran normalmente en las
proteínas.
ANABOLISMO: El anabolismo o bio-
síntesis es una de las dos partes del
metabolismo, encargada de la síntesis
o bioformación de moléculas orgánicas
(biomoléculas) más complejas a partir de
otras más sencillas o de los nutrientes,
con requerimiento de energía, al contrario
que el catabolismo. Anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos
funcionan coordinada y armónicamente, y
constituyen una unidad difícil de separar.
ANALOGÍA: Caracteres parecidos que
pueden originarse por convergencia o
paralelismo y no tienen un origen común
pero realizan las mismas funciones biológicas.
ANTICUERPO: Proteína formada y secretada por los linfocitos B y las células
plasmáticas en respuesta a sustancias
extrañas (o antígenos). Los anticuerpos
poseen la capacidad de reconocer y unirse
específicamente al antígeno.
ÁRBOL FILOGENÉTICO: Gráfico que representa las relaciones evolutivas entre
diferentes taxones tal como son entendidas por un investigador particular. Es una
hipótesis sobre las relaciones filogenéticas de un taxón.
AUTÓTROFO: Los seres autótrofos son
organismos capaces de sintetizar sus metabolitos esenciales a partir de sustancias
inorgánicas. Los organismos autótrofos
producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que
es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas
como fuente de energía.
B
BACTERIA: Microorganismos unicelulares
que se multiplican por división celular.
Incluyen los organismos conocidos más
pequeños con estructura celular. Las
células generalmente se encuentran recubiertas por una pared celular rígida y se
caracterizan por carecer de núcleo (es de-
cir, son células procariotas). Se clasifican
en función de la forma que adoptan como
cocos (esferas), bacilos (alargados como
bastoncillos) y espirilos (en espiral).
BIOLOGÍA EVOLUTIVA: es el área de la
biología que estudia los orígenes y la descendencia de las especies, así como sus
cambios a través del tiempo.
BIOTECNOLOGÍA: Utilización de células
vivas, cultivos de tejidos o moléculas
presentes en organismos vivos, para modificar un producto, mejorar una planta
o animal o manipular genéticamente un
microorganismo para utilizarlo con un
propósito específico.
Entre las aplicaciones de la biotecnología
tradicional se encuentran la producción
de pan, cerveza, vino y queso. La biotecnología moderna se utiliza en campos tan
dispares como el reciclaje de residuos y la
medicina (con la producción, por ejemplo,
de insulina, eritropoyetina o la hormona
del crecimiento).
C
CARÁCTER CUALITATIVO. Es aquel que
presenta dos alternativas claras, fáciles
de observar: blanco-rojo; liso-rugoso;
alas largas-alas cortas; etc. Estos caracteres están regulados por un único gen que
presenta dos formas alélicas (excepto en
el caso de las series de alelos múltiples).
Por ejemplo, el carácter color de la piel del
guisante está regulado por un gen cuyas
formas alélicas se pueden representar
por dos letras, una mayúscula (A) y otra
minúscula (a).
CARÁCTER CUANTITATIVO: El que tiene
diferentes graduaciones entre dos valores
extremos. Por ejemplo la variación de estaturas, el color de la piel; la complexión
física. Estos caracteres dependen de la acción acumulativa de muchos genes, cada
uno de los cuales produce un efecto pequeño. En la expresión de estos caracteres
influyen mucho los factores ambientales.
123
CATABOLISMO: es el proceso inverso del
anabolismo. La palabra catabolismo procede del griego kata que significa hacia
abajo.
El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación
de moléculas orgánicas o biomoléculas
complejas en moléculas sencillas y en el
almacenamiento de la energía química
desprendida en forma de enlaces fosfato
de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen
gran cantidad de energía en los enlaces
covalentes que la forman, en reacciones
químicas exotérmicas.
CATALIZADOR: Es una sustancia (compuesto o elemento) capaz de acelerar
una reacción química, permaneciendo
sin sufrir modificaciones (no se consume
durante la reacción). A este proceso se le
llama catálisis. Muchos de los catalizadores actúan aumentando la superficie que
permite encontrarse y unirse o separarse
a dos o más reactivos químicos. Los catalizadores no alteran el balance energético
final de la reacción química, sino que sólo
permiten que se alcance el equilibrio con
mayor o menor velocidad.
CENTRÍOLO: orgánulo citoplasmático
idéntico en estructura al cuerpo basal;
las células flageladas y todas las células
animales, incluyendo las que carecen de
flagelos tienen centríolos en los polos del
huso durante la división.
CICLO DE KREBS: es una serie de reacciones químicas que ocurren en la vida de la
célula y su metabolismo. Fue descubierto
por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981).
Dicho ciclo se produce dentro de la mitocondria en las eucariotas y en el citoplasma en las procariotas. Es parte del desarrollo del metabolismo en los organismos
aeróbicos (utilizando oxígeno como parte
de la respiración celular), los organismos
anaeróbicos usan otro mecanismo, como
es la glucólisis, otro proceso de fermentación independiente al oxígeno.
CILIOS: estructura corta, delgada, embebida en la superficie de algunas células
eucariotas; habitualmente se presentan
en gran cantidad y se disponen en hileras;
estructura interna altamente característica que consiste en dos microtúbulos
internos, rodeados por nueve pares de
microtúbulos externos; intervienen en la
locomoción y el movimiento de sustancias
a través de la superficie celular.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: Conjunto de
variables numéricas que reflejan las
condiciones de velocidad de una reacción
acelerada por enzimas.
CLADISMO: (del griego clados =rama)
es una escuela de biología sistemática,
que practica las técnicas de análisis
filogenético cuya base conceptual fue
inicialmente propuesta por Willi Hennig
(1913-1976).
El objeto de la escuela cladista es la
sistemática filogenética, es decir, la clasificación de los seres vivos estrictamente
basada en el parentesco evolutivo.
El programa cladista contiene como objetivos: averiguar las relaciones filogenéticas entre las especies, a través del desarrollo y la aplicación de la metodología y
técnica del análisis filogenético.
CLADOGRAMA: Esquema dicotómico que
muestra una hipótesis sobre las relaciones
filogenéticas de varios taxones. Se construye en los supuestos del análisis cladista. No refleja el grado de divergencia.
Cada nodo está definido por una o varias
sinapomorfías. Los cladogramas son dirigidos ya que de otro modo no se pueden
identificar los clados.
CLON: Población de células descendientes todas ellas de una misma célula
inicial. En general, estirpe celular o serie
de individuos absolutamente homogéneos
desde el punto de vista de su estructura
genética.
CLOROFILA: es un pigmento de color
verde exclusivo de los vegetales, que se
encuentra en los cloroplastos, interviene
en los procesos bioquímicos de la fotosíntesis. La clorofila fue descubierta en
1817 por los químicos franceses Pelletier
y Caventou, que consiguieron aislarla de
hojas de plantas.
CONVENCIÓN MARCO SOBRE EL
CAMBIO CLIMÁTICO: un acuerdo para
estabilizar las concentraciones de gases
causantes del efecto invernadero en la
atmósfera, hasta unos valores que no
interfieran en el sistema climático mundial. En 1997, en la tercera reunión de
la Convención Marco sobre el Cambio
Climático, se aprobó el Protocolo de
Kioto, un acuerdo que establece que los
países desarrollados deben reducir sus
emisiones de gases de efecto invernadero
en un 5,2% para el año 2012, respecto a
las emisiones del año 1990. Sin embargo,
este protocolo debe ser ratificado por
al menos 55 países desarrollados cuyas
emisiones de gases de efecto invernadero
sumen el 55% del total.
CONVENIO SOBRE LA DIVERSIDAD
BIOLÓGICA: un acuerdo para conservar
la diversidad genética, de especies y de
ecosistemas, y equilibrar los beneficios
obtenidos con el desarrollo de la biotecnología entre los países ricos (investigadores y transformadores) y los pobres
(suministradores de recursos naturales).
El principio que inspira el Convenio es
que todos los Estados tienen el derecho
soberano de explotar sus propios recursos
en aplicación de su propia política ambiental, teniendo en cuenta que las actividades que se lleven a cabo bajo su jurisdicción no deben afectar a otros Estados.
En el Convenio, la biodiversidad se define
como sinónimo de riqueza. Los objetivos,
por tanto, de este Convenio son: conservar la diversidad biológica, utilizar de forma sostenible los componentes de dicha
diversidad, es decir, los recursos naturales
vivos, y conseguir una participación justa
y equitativa de los beneficios derivados
del uso de los recursos genéticos.
CONTAMINACIÓN: incorporación al medio ambiente de elementos o condiciones
extrañas, en cantidad o calidad, que provoque un daño, ya sea sanitario, económico, ecológico, social, y/o estético.
CRICK FRANCIS HARRY COMPTONES:
uno de los descubridores de la estructura
del ADN. Nació en Northampton, Reino
Unido, el 8 de junio de 1916, y murió en
San Diego, Estados Unidos, el 28 de julio
de 2004. Estudió Física en el University
College de Londres graduándose en 1937 ,
obtuvo una beca del Consejo de Investigación Médica (CIM) para ir a la Universidad
de Cambridge y estudiar Biología. Trabajó
en el Strangeways Research Laboratory y
en 1949 se incorporó al CIM, consejo del
cual fue miembro hasta su muerte.
En 1950 fue aceptado como estudiante
investigador en el Caius College. En 1951,
con el biólogo estadounidense James
Watson estudia los ácidos nucleicos, en
especial el ADN, considerado como fundamental en la transmisión hereditaria
de la célula. En 1954 se doctoró con una
tesis sobre la aplicación de la difracción
al estudio de polipéptidos y proteínas. A
través de estos estudios llegaron a la formulación de un modelo que reconstruía
las propiedades físicas y químicas del
ADN, compuesto por cuatro bases nitrogenadas que se combinaban en pares de
manera definida para formar una doble
cadena que determinaba una estructura
helicoidal. Así, Crick y Watson pusieron
de manifiesto las propiedades de replicación del ADN y explicaron el fenómeno
de la división celular a nivel cromosómico. Al mismo tiempo establecieron que la
secuencia de las cuatro bases del ADN
representaba un código que podía ser
descifrado, y con ello sentaron las bases
de los futuros estudios de genética y biología molecular. Por este descubrimiento,
considerado como uno de los más importantes de la biología del siglo XX, Crick,
Watson y Wilkins fueron galardonados
con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1962.
bre de 1859 y que se agotó el primer día
en que salió a la venta. Darwin fue escogido miembro de la Royal Society (1839)
y de la Academia Francesa de las Ciencias
(1878).
CRISIS AMBIENTAL: es un proceso de
deterioro del ambiente natural a escala
mundial (efecto invernadero, lluvias ácidas, disminución de la biodiversidad, etc.)
que lentamente está demostrando que las
soluciones deben encararse internacionalmente ya que los problemas ambientales
no respetan las fronteras políticas.
D
DECLARACIÓN DE PRINCIPIOS SOBRE
LOS BOSQUES: el primer consenso
mundial para orientar la gestión, la conservación y el desarrollo sostenible de los
bosques, esenciales para el desarrollo
económico y para la preservación de todas las formas de vida.
CROMÁTIDA: cualquiera de las dos cadenas de un cromosoma replicado, unidas
en el centrómero.
DECLARACIÓN DE RÍO SOBRE MEDIO
AMBIENTE Y DESARROLLO: también
conocida como Carta de la Tierra: una especie de Constitución ambiental mundial
que define, a partir de 27 principios básicos, los derechos y responsabilidades de
las naciones en la búsqueda del progreso
y el bienestar de la humanidad. Insiste,
sobre todo, en el desarrollo humano, la
protección de los recursos naturales, así
como en la necesidad de actuar en favor
de la paz y en contra de la pobreza.
CUERPO BASAL: orgánulo citoplasmático
de los animales y algunos protistas, del
cual surgen cilios o los flagelos; idéntico
en estructura al centríolo, que interviene
en la mitosis o meiosis de los animales y
algunos protistas.
Sir Charles Robert Darwin fue un biólogo
británico. Nació el 12 de febrero de 1809
y murió el 19 de abril de 1882. Sentó las
bases de la moderna teoría de la evolución, al plantear el concepto de evolución
de las especies a través de un lento proceso de selección natural.
Escribió su teoría en el libro “El origen de
las especies”, publicado el 24 de noviem-
CUMBRE DE RÍO: Conferencia sobre el
medio ambiente y el desarrollo convocada por las Naciones Unidas. Heredera de
la Conferencia sobre el Medio Humano,
que tuvo lugar en Estocolmo (Suecia) en
1972, se celebró, veinte años después, la
CNUMAD: Conferencia de las Naciones
Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo, conocida comúnmente como Cumbre
de Río o Cumbre de la Tierra, celebrada en
Río de Janeiro (Brasil) en junio de 1992.
El objetivo de la Cumbre, a la que asistieron representantes de 172 países, fue el
de establecer los problemas ambientales
existentes y proponer soluciones a corto,
medio y largo plazo. Dentro de la agenda
de trabajo de la Conferencia, se aprobaron
los siguientes acuerdos: la Declaración de
Río sobre Medio Ambiente y Desarrollo, la
Agenda 21, el Convenio sobre la Diversidad Biológica, la Convención Marco sobre
el Cambio Climático y la Declaración de
Principios sobre los Bosques.
DERIVA GENÉTICA O DERIVA GÉNICA:
es un mecanismo evolutivo que actúa con
la selección natural, cambiando las características de las especies en el tiempo. Es
un efecto estocástico que emerge en un
acto aleatorio en la producción de proge-
nie. Al igual que la selección actúa sobre
las poblaciones, alterando la frecuencia
de los alelos (frecuencia alélica) y la
predominancia de los caracteres sobre los
miembros de una población, y cambiando
la diversidad del grupo. Los efectos de la
deriva se observan con mayor fuerza en
poblaciones de tamaño pequeño, y resultan en cambios que no son necesariamente adaptativos.
DETERIORO AMBIENTAL: es un concepto
más amplio que incluye la disminución
de la calidad ambiental por múltiples
factores.
DIPLOIDE: célula u organismo con un
número n de pares de cromosomas. Se lo
simboliza 2n.
DISTRIBUCIÓN LIMITADA: hace referencia a los mayores riesgos corridos por las
especies raras, cuyas poblaciones viven
en reducidos sitios geográficos y corren
riesgos aunque no se haga un uso económico de ellas.
DISTURBIO Y PERSECUCIÓN: incluyen la
erradicación y destrucción de especies
silvestres considerada plaga, como el
zorro patagónico y el yaguareté.
E
ECOSISTEMA: sistema de organismos
vivos funcionando juntos dentro de un
ambiente abiótico que incluye factores
físicos y químicos. Es una red dinámica
de múltiples interacciones biológicas,
químicas y físicas que sustentan a las
comunidades bióticas.
EMBRIÓN: es la primera etapa en el desarrollo de los organismos pluricelulares.
Sigue inmediatamente a la fusión de los
pronúcleos en el óvulo fecundado o fecundación (en aquellos organismos con
reproducción sexual).
Se caracteriza por un incremento en el
número de células, por la diferenciación
celular, los rudimentos de los órganos, y
el establecimiento progresivo del patrón
morfológico que caracterizará al organismo final.
En los animales vertebrados el embrión
es definido por el conjunto de etapas que
surgen desde la primera división celular
del zigoto hasta la formación del feto.
Estas etapas se llaman mórula, blástula
125
y gástrula.
ENDEMISMO: término utilizado en biología para describir la tendencia de algunas
plantas y animales a limitarse de manera
natural a una zona determinada, dentro
de la cual se dice que son endémicos.
ENZIMA: son las moléculas que facilitan
las reacciones químicas que tienen lugar
en los seres vivos. Las enzimas son proteínas. Las enzimas, en griego in ferment,
son biocatalizadores compuestos por una
parte protéica llamada apoenzima y, en
ocasiones, una no protéica llamada coenzima sustancia de naturaleza no orgánica,
imprescindible para el funcionamiento de
la enzima, y que suele encontrarse en el
centro activo de la misma.
Las enzimas, son sustancias capaces de
acelerar las reacciones bioquímicas del
organismo.
ESPECIACIÓN: Mecanismo de origen de
las especies.
ESPECIES AMENAZADAS: se trata de
aquellas cuya supervivencia es improbable si continuaran actuando los factores
que las amenazan en la actualidad.
EXTINCIÓN: es la desaparición de una
especie o grupo de especies. Una especie
se extingue a partir del momento en que
muere el último individuo de esa especie.
En las especies que se reproducen sexualmente, la extinción es generalmente inevitable cuando solo queda un individuo
de la especie, o únicamente individuos del
mismo sexo. La extinción es un fenómeno
relativamente frecuente en la historia de
la Tierra (en términos del tiempo geológico).
F
FENETICISMO: Sistemática fenética o
taxonomía numérica. Procede de Sokal &
Sneath (1963) y Sneath & Sokal (1973).
Surgió por oposición al evolucionismo y
se considera un método libre de cualquier
teoría. Se fundamenta en una evaluación
del parecido global de los organismos sin
diferenciar homologías de analogías.
FENOTIPO: Es la manifestación externa
del genotipo, es decir, la suma de los
caracteres observables en un individuo. El
fenotipo es el resultado de la interacción
entre el genotipo y el ambiente. El ambiente de un gen lo constituyen los otros
genes, el citoplasma celular y el medio
externo donde se desarrolla el individuo.
dejan en diferentes sustratos geológicos,
las diferentes partes anatómicas de los
organismos que no son de la época geológica actual.
FILAMENTOS INTERMEDIOS: componente del citoesqueleto; son haces sólidos, y
tienen por lo menos cinco proteínas diferentes, cumplen la función de: mantenimiento de la forma celular, soporte de los
procesos de las células nerviosas.
FOTOSÍNTESIS: es el proceso de nutrición
de las plantas, mediante el cual a través
de la energía de la luz transforman el
agua que absorben de las raíces y el anhídrido carbónico que adquieren por las
hojas, en sustancias orgánicas sencillas.
También las cianobacterias y algunas
algas realizan la fotosíntesis.
Se producen compuestos orgánicos a
partir del dióxido de carbono utilizando
energía lumínica y agua, liberándose oxígeno como subproducto.
FILOGENIA: Historia del desarrollo evolutivo de las especies. Curso histórico de la
descendencia de los seres vivos.Es la parte
de la biología que estudia las relaciones
evolutivas entre las distintas especies,
reconstruyendo la historia de su diversificación desde el origen de la vida en la
tierra hasta la actualidad. La Filogenia
proporciona el fundamento para la clasificación de los organismos.
FLAGELOS: orgánulo filamentoso que se
encuentra en los eucariotas, que se lo
utiliza para la locomoción y alimentación;
tiene su estructura interna formada por
9 pares de microtúbulos que rodean a dos
microtúbulos centrales.
FOSFOLÍPIDO: lípido con una cabeza
formada por un fósforo (P) y nitrógeno
(N) que le otorga naturaleza hidrofílica
(Polar) y con dos colas formadas por cadenas de ácidos grasos que le confieren
condición hidrofóbica (No Polar).
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA O CADENA
DE TRANSPORTE DE ELECTRONES: es la
transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH,
obtenidos en la glicólisis y en el ciclo de
Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso
metabólico está formado por un conjunto
de enzimas complejas que catalizan varias
reacciones de óxido-reducción, donde el
oxígeno es el aceptor final de electrones y
donde se forma finalmente agua.
FÓSILES: son vestigios en sustrato pétreo de seres vivientes extinguidos, tanto
vegetales como animales, se encuentran
en los estratos geológicos de la superficie
terrestre.
No se limitan a las partes duras petrificadas; se consideran también como fósiles
las impresiones, vestigios o moldes que
G
GEN: Unidad hereditaria que controla
cada carácter en los seres vivos. A nivel
molecular corresponde a una sección de
ADN, que contiene información para la
síntesis de una cadena proteíca.
GENOMA: Todo el material genético contenido en un organismo particular, ya sea
DNA como RNA.
GENOTIPO: Es el conjunto de genes que
contiene un organismo heredado de sus
progenitores. En organismos diploides, la
mitad de los genes se heredan del padre y
la otra mitad de la madre.
GOULD STEPHEN JAY: Paleontólogo y prominente divulgador científico
norteamericano (1941-2002).En 1972
publicó junto a Niles Elredge “Punctuated equilibria: an alternative to phyletic
gradualism”, donde exponen la hipótesis
del equilibrio puntuado en la evolución de
las especies. Dos años más tarde publicó
un libro titulado “Evolutionary Theory and
the Rise of American Paleontology”. En estas y en posteriores publicaciones afirma
que la evolución de las especies no se da
de forma uniforme, sino en periodos de
evolución rápida, como parece deducirse
de la escasez de formas intermedias encontradas entre los fósiles animales.
GLUCÓLISIS: o ruta de EMBDEN-MEYERHOF es la secuencia metabólica consistente en diez reacciones enzimáticas, en
la que se oxida la glucosa produciendo
dos moléculas de piruvato y dos equivalentes reducidos de NADH o NADH2, que
al introducirse en la cadena respiratoria,
producirán dos moléculas de ATP.
La glucólisis es la única vía en los animales que produce ATP en ausencia de
oxígeno. Los organismos primitivos se
originaron en un mundo cuya atmósfera
carecía de 02 y por esto, la glucólisis se
considera como la vía metabólica más
primitiva y por lo tanto, está presente en
todas las formas de vida actuales. Es la
primera parte del metabolismo energético
y en las células eucariotas ocurre en el
citoplasma.
GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN: sucesión de concentraciones decrecientes;
“gradiente a favor” sería el movimiento de
las moléculas desde donde estaban más
concentradas hacia donde están menos
concentradas.
H
HAPLOIDE: célula u organismo con un
único complemento cromosómico, y se lo
simboliza “n”
HETEROCIGOTO: Individuo que para
un gen dado tiene en cada cromosoma
homólogo un alelo distinto, por ejemplo,
Aa.
HIBRIDOMA: en el campo de la producción de anticuerpos monoclonales, célula
resultante de la fusión de un linfocito B
productor de anticuerpos, pero de vida
limitada, con una célula de un tumor
llamado mieloma. El hibridoma se caracteriza por ser un tipo de célula inmortal
capaz de producir anticuerpos.
HOMEOSTASIS: (del griego “permanecer
sin cambio”) Para permanecer vivos y
funcionar eficazmente, los organismos
deben mantener condiciones constantes
dentro de su cuerpo. Una de las condiciones que regula es la temperatura
corporal. El mantenimiento de la homeostasis se efectúa por una gran variedad de
mecanismos automáticos, por ejemplo en
el caso de la regulación de la temperatura
la sudoración como mecanismo de control
para cuando hay temperaturas elevadas.
HOMOCIGOTO: Individuo que para un
gen dado tiene en cada cromosoma homólogo el mismo tipo de alelo, por ejemplo, AA o aa .
I
INFORMACIÓN GENÉTICA: Es la información biológica hereditaria (la que puede pasar de padres a hijos). Está contenida
mayoritariamente en estructuras de DNA,
los cromosomas, excepto en algunos virus
que transportan su información genética
en el RNA.
INTRODUCCIONES: se refiere a la predación o la competencia con especies exóticas que fueron introducidos en un ecosistema. Perros, vacas, cerdos, etc., pero
también deben incluirse algunas especies
vegetales que se transforman en malezas
(cardos en la provincia de Buenos Aires).
IN VITRO: Término del latín utilizado
para hacer referencia a las técnicas de la
ciencia y la biotecnología que se aplican
sobre sistemas biológicos en el laboratorio. Estos sistemas biológicos pueden ser
parte de organismos más complejos, por
ejemplo: una línea celular.
L
LAMARCK JEAN-BAPTISTE PIERRE
ANTOINE DE MONET, CHEVALIER DE:
nació el 1 de agosto de 1744, y murió el
28 de diciembre de 1829. Expuso que las
especies evolucionaban por la herencia de
caracteres adquiridos, que las partes de
los seres vivos se modifican dependiendo
de su uso o desuso. Es decir “la función
hace al órgano”, y esa función es la que
se transmitiría genéticamente a sus descendientes.
LINNEO CARLOS: nació el 23 de mayo de
1707 , y murió el 10 de enero de 1778,
fue un gran científico sueco, que sentó
las bases de la taxonomía moderna. Al
igual que otros importantes personajes,
poseía nombres en otros idiomas: Carolus
Linnaeus (latín), Carl Linné (francés) y
Carl von Linné (adaptación alemana del
francés).
Su temprano interés por las plantas hizo
que a la edad de ocho años se le conociera
ya por el apodo del Pequeño Botánico, se
graduó en medicina, en las universidades
de Lundt y Uppsala.
Además de realizar expediciones botánicas
a Laponia, por cuenta de la Academia de
Ciencias de Uppsala, amplió sus estudios
de medicina en los Países Bajos, y recorrió
otros países europeos, como Gran Bretaña
y Francia. Fue catedrático de botánica en
la Universidad de Uppsala (1742). Considerado el creador de la clasificación de
los seres vivos o taxonomía, desarrolló un
sistema de nomenclatura binomial (1731)
que se convertiría en clásico, basado en la
utilización de un primer término, escrito
en letras mayúsculas, indicativo del género y una segunda parte, correspondiente
al nombre específico de la especie descrita, escrita en letra minúscula.
LIPOSOMA: Partículas artificiales esféricas cuyas paredes poseen una bicapa
de lípidos parecidos a los que forman las
membranas celulares. Se utilizan para introducir diversos tipos de sustancias en el
interior de las células.
LOCUS: Es el lugar que ocupa cada gen
a lo largo de un cromosoma (el plural es
loci).
M
MARGULIS LYNN: (1938). Bióloga de
origen estadounidense. Licenciada en
la Universidad de Chicago, máster en la
Universidad de Wisconsin y doctora por la
Universidad de California. Sus aportaciones científicas son innumerables, como
por ejemplo la popularización de la clasificación de los seres vivos en cinco reinos,
su aportación teórica a la Hipótesis Gaia
y, principalmente, la endosimbiosis, que
explica cómo ciertas bacterias con características complementarias se unieron
simbióticamente para dar paso a la célula
eucariota, de la cual y por evolución, hemos surgido todos los animales, plantas
y hongos del planeta. Sus revelaciones,
junto a las conclusiones obtenidas por el
famoso experimento de Stanley L. Miller
de 1953, en el que consiguió recrear en
laboratorio las condiciones del caldo primigenio y, mediante la aplicación de una
corriente eléctrica, logró la “generación
espontánea” de sencillos aminoácidos,
son algunos de los mayores logros obtenidos en el proceso de explicar cómo surgió
la vida en nuestro planeta. En la actualidad es una de las personalidades científicas más respetadas del planeta y cuenta
con nueve doctorados Honoris Causa por
diferentes universidades del mundo. En
1957 se casó con Carl Sagan.
En sus últimos libros defiende que la
simbiosis entre seres muy distintos puede ser más importante, como factor que
aumenta la diversidad biológica, que las
127
mutaciones. Y que la selección natural
actúa, entonces, sobre esos seres que han
incorporado material genético procedente
de otros seres vivos.
MATERIA: es todo lo que constituye el
Universo. Tiene masa y ocupa lugar en el
espacio.
MICROFILAMENTOS: componente del citoesqueleto; son haces sólidos, compuesto por proteína actina (en su mayoría)
y/o miosina. Interviene en la contracción
muscular, cambios de la forma celular, incluyendo la división del citoplasma en las
células animales en división, movimientos
de pseudópodos.
R
RADIACIÓN ADAPTATIVA: es un proceso que describe la rápida especiación de
una o varias especies para llenar muchos
nichos ecológicos. Este es un proceso de
la evolución cuyas herramientas son la
mutación y la selección natural.
RECURSO NATURAL: cualquier forma de
materia o energía que existe de modo natural y que puede ser utilizada por el ser
humano. Los recursos naturales pueden
clasificarse por su durabilidad, dividiéndose en renovables y no renovables. Los
primeros pueden ser explotados indefinidamente, mientras que los segundos
son finitos y con tendencia inexorable
al agotamiento. El carácter renovable
de un recurso se puede matizar: existen
recursos renovables que son por definición inagotables a escala humana, como
la energía solar, la eólica, o la energía
de las mareas ya que, por intensivo que
sea su uso, siempre están disponibles de
modo espontáneo. Los recursos naturales
no renovables son los recursos mineros,
entre los que se puede contar también
a los combustibles fósiles (el carbón o el
petróleo).
MAYR ERNST: biólogo de origen alemán
(1904-2005) que dedicó gran parte de
su carrera al estudio de la evolución, la
genética de poblaciones y la taxonomía.
Estudió medicina en la Universidad de
Greifswald y se doctoró en la Universidad
de Berlín. En la década de los 30 tomó
parte en una expedición de 2 años a
Nueva Guinea y las islas Salomón donde
estudió la evolución de la fauna autóctona, especialmente la ornitológica.
Durante 18 años y hasta 1953 trabajó
como investigador en el Museo Americano de Historia Natural de Nueva York,
donde fue responsable de la taxonomía de
aves. A comienzos de la década de 1930
estaba ya convencido de lo acertado de la
teoría evolutiva de Darwin. En 1937 fue
uno de los científicos que apoyó la teoría
evolutiva sintética moderna esbozada en
el libro “Genética y el origen de las especies” de Theodosius Dobzhansky, y que
fue crucial en la aceptación generalizada
del concepto de evolución. En 1950 Mayr
propuso una clasificación alternativa de
los fósiles, incluyendo los de homínidos.
En 1999 recibió en Premio Crafoord en
ciencias de la vida, galardón que compartió con los doctores Williams y Smith.
MICROTÚBULOS: componente del citoesqueleto; son tubos huecos, compuestos
por proteína llamada tubulina. Participan
en el movimiento de cromosomas durante
la división celular, movimiento de organelas dentro del citoplasma, movimiento de
cilios y flagelos.
METABOLISMO: etimológicamente el
origen de la palabra metabolismo procede
del griego metabolé que significa cambio,
transformación.
El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas común en todos los
seres vivos, que ocurren en las células,
para la obtención e intercambio de materia y energía con el medio ambiente y
síntesis de macromoléculas a partir de
compuestos sencillos con el objetivo de
mantener los procesos vitales (nutrición,
crecimiento, relación y reproducción) y la
homeostasis.
Cada una de las sustancias que se producen en este conjunto de reacciones
metabólicas se denominan compuestos
endógenos o metabolitos.
OXIDACIÓN: es el proceso electroquímico
por el cual un ion o átomo pierde uno o
varios electrones.
RESPIRACIÓN ANAEROBICA: es un
proceso biológico de oxidorreducción de
azúcares y otros compuestos. La realizan
exclusivamente algunos grupos de bacterias.
En la respiración anaeróbica no se usa
oxígeno, otra sustancia oxidante distinta,
como el sulfato. No hay que confundir
la respiración anaeróbica con la fermentación, aunque estos dos tipos de
metabolismo tienen en común el no ser
dependientes del oxígeno.
P
PROBLEMA AMBIENTAL: es la manifestación de un factor de origen humano o
natural que deteriora la calidad del medio
ambiente.
S
SITIO ACTIVO: lugar específico en la
estructura de la molécula de una enzima
donde ésta promueve los cambios químicos sobre sus sustratos.
PROTEÍNA: moléculas formadas por una
o varias cadenas de aminoácidos dispuestos en un orden determinado que viene
dictado por la secuencia de nucleótidos
del DNA del gen que lleva la información
para dicha proteína. Las proteínas son
esenciales para todos los aspectos de la
estructura y actividad celular.
T
TAXÓN: del griego TAXIS, ordenamiento.
Es una unidad jerárquica de cualquier
categoría (especie, género,... hasta reino,
que es la categoría taxonómica más alta).
Existen dos tipos de taxones:
1) Taxón natural. El que existe en la
naturaleza. La sistemática filogenética
considera taxones a cada especie parti-
MOLÉCULA ANFIPÁTICA: es aquella que
presenta una región hidrofóbica (repele el
agua) y otra hidrofílica (“ama” el agua).
Los fosofolípidos son moléculas antipáticas ya que el grupo fosfato le confiere hidrofilia, mientras que las colas de los ácidos grasos son altamente hidrofóbicas.
N
NOMENCLATURA: se ocupa de asignar
nombres científicos válidos a los organismos. La nomenclatura binomial es un
convenio estándar que construye el nombre científico de las especies como una
combinación de dos palabras (“nombres”)
en latín: el nombre del género y el adjetivo o epíteto específico.
O
OVOCITO: célula que da origen, por meiosis, a un óvulo.
cular o a cualquier grupo monofilético de
organismos. Son los únicos que acepta la
sistemática filogenética.
2) Taxón artificial: El que no existe en
la naturaleza, es decir, los organismos
que lo componen no son monofiléticos.
Por ejemplo, los reptiles. La sistemática
filogenética no los considera taxones,
aunque se emplean con frecuencia en los
casos de filogenias complejas, por resultar
útiles.
TAXONOMÍA: es la ciencia que trata de
los principios de la clasificación. En su
sentido más general, la taxonomía (del
griego, taxis, “ordenamiento”, y, nomos,
“norma” o “regla”) es la ciencia de la
clasificación. Por lo general se emplea el
término para designar la taxonomía biológica, esto es, la clasificación de los seres
vivos en (taxa) o taxones que describen
jerárquicamente las relaciones de similitud y parentesco entre organismos.
TEORÍA EVOLUTIVA SINTÉTICA: surgida
en 1937, llamada también neodarwinismo, fruto de los nuevos conocimientos
genéticos surgidos de los estudios de Jo-
ham Mendel, siendo generalmente aceptada en la actualidad la moderna teoría
de la evolución elaborada por el genético
y zoólogo Theodosius Dobzhansky (19001975), en la obra “Genética y el origen de
las especies”, que afirma que la evolución
de las razas y las especies han podido producirse a través de la adaptación.
V
VIRUS: entidad biológica acelular que
puede reproducirse sólo en el interior
de una célula huésped. Los virus están
constituidos por un ácido nucleico (ADN
o ARN) protegido por una cubierta de
proteína.
W
WALLACE ALFRED RUSSEL: (8 de enero
de 1823 - 7 de noviembre de 1913) fue
un naturalista inglés. Wallace es conocido
sobre todo por haber alcanzado el concepto de selección natural, central en la
teoría biológica de la evolución, independientemente de Charles Darwin.
WATSON JAMES DEWEY: biólogo y zoólogo estadounidense, famoso por ser uno
de los descubridores de la estructura de
la molécula de ADN. Nació el 6 de abril
de 1928 en Chicago. En 1947 ingresa en
la Escuela de graduados de la Universidad
de Indiana, galardonado con el Premio
Nobel de Fisiología y Medicina en 1962
(compartido ese año con Maurice Wilkins
y Francis Crick) por su trabajo sobre las
mutaciones inducidas por los rayos X. En
mayo de 1950, a la edad de 22 años, Watson completó su doctorado en Zoología.
Se incorporó a la Universidad de Harvard en 1955. Trabajó junto al biofísico
británico Francis Crick en el Laboratorio
Cavendish, Universidad de Cambridge de
1951 hasta 1953. Tomando como base
los trabajos realizados en el laboratorio
por el biofísico británico Maurice Wilkins,
Watson y Crick desentrañaron la estructura en doble hélice de la molécula del
ácido desoxirribonucleico (ADN). Las investigaciones proporcionaron los medios
para comprender cómo se copia la información hereditaria. Ellos descubrieron
que la molécula de ADN está formada por
compuestos químicos enlazados llamados
nucleótidos.
129
Indice
EL PORQUÉ DE ESTE TEXTO…….................................................................................................……9
EL PARA QUÉ DE ESTE TEXTO………….............................................................................................9
QUÉ NOS PROPONEMOS ………................................................................................................…..10
CÓMO PLANTEAMOS DESARROLLAR EL TRABAJO PROPUESTO……...............................….10
CAPÍTULO 1
BIOLOGÍA. ENTRE LA CIENCIA Y LA FILOSOFÍA….....................................................................13
1.¿Qué es la vida?…..........................................................................................................................13
2.¿Bajo qué condiciones se genera la vida?…...........................................................................13
3.¿Qué es la Biología?…..................................................................................................................14
3.1.Vitalismo versus mecanicismo …....................................................................................15
3.2.Las teorías sobre el origen de la vida …........................................................................17
3.3.Las teorías sobre la diversidad celular….......................................................................19
3.4.Otra manera de entender la vida. Las teorías sistémicas........................................19
4.¿Qué es un sistema?.............….....................................................................................................20
4.1.La Biología es un sistema conceptual y los fenómenos biológicos son sistemas
concretos…...................................................................................................................................22
4.1.2. Los niveles de conocimiento de los sistemas biológicos ....................................23
Actividades ........................................….............................................................................................23
CAPÍTULO 2
LA VIDA EN LA TIERRA….................................................................................................................27
1. ¿Cómo se explica la evolución?…............................................................................................27
1.1.La primer teoría …...............................................................................................................27
1.2. Los aciertos y errores de Lamarck…..............................................................................28
1.3. Darwin, una mirada superadora….................................................................................29
1.4. La selección natural, mecanismo del cambio evolutivo…......................................29
2. ¿Qué es la evolución?…..............................................................................................................30
2.1. El proceso evolutivo …......................................................................................................30
2.2. La Evolución como teoría científica ….........................................................................31
2.3. El cambio evolutivo …......................................................................................................33
3. ¿Cómo se diversifica el árbol de la vida?…...........................................................................37
3.1. Las grandes transiciones de la historia de la vida ...................................................40
3.1. Las grandes transiciones de la historia de la vida....................................................41
Actividades ........................................….............................................................................................41
CAPÍTULO 3
LA ORGANIZACIÓN DE LA VIDA….................................................................................................49
1.¿Qué es organización?…..............................................................................................................49
2.¿Qué de único y diverso poseen los seres vivos?…...............................................................49
2.1.Características de los seres vivos…................................................................................51
2.2. Los seres vivos como sistemas complejos, abiertos y coordinados......................53
2.3.Niveles de organización….................................................................................................54
2.3.1. Las biomoléculas….........................................................................................................55
2.3.2. Agua y minerales56
3. ¿Cómo opera la energía en los procesos biológicos?.........................................................57
3.1. Ciclo de la materia y flujo de la energía - Procesos Metabólicos........................57
4. ¿Cuál es el comportamiento de los organismos como sistemas complejos, abiertos y
coordinados? …..................................................................................................................................60
4.1.Funciones …..........................................................................................................................60
4.2. Equilibrio: Homeostasis…................................................................................................63
Actividades.….....................................................................................................................................63
CAPÍTULO 4
LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL ...................................................67
1.¿Cómo nace la Teoría Celular? Un poco de historia….........................................................69
2.¿Cuáles son los modelos básicos de organización celular?...............................................72
3.¿Qué encontramos dentro de una célula?..............................................................................73
4.¿Cuáles son las funciones de la membrana celular?...........................................................81
Actividades…......................................................................................................................................83
CAPÍTULO 5
LA PERPETUACIÓN DE LA VIDA…..................................................................................................89
1.¿Qué son los Ácidos Nucleicos? …............................................................................................89
2.¿Cuáles son las de la información genética de los organismos vivos?...........................91
3.¿Qué son los cromosomas?..…...................................................................................................94
4. ¿Qué es la reproducción celular?….........................................................................................95
Actividades.......................................................................................................................................104
CAPÍTULO 6
DESARROLLO SOSTENIBLE ….......................................................................................................105
1. ¿Qué es el desarrollo sostenible?….......................................................................................107
2. ¿Cuáles son los procesos que conducen a la mordenización agrícola?......................109
3. ¿Cómo impacta la Agricultura Sostenible?........................................................................111
4. ¿Cuáles son las Amenazas y los Obstáculos para la agricultura sostenible?............113
5. ¿Qué es la evaluación de Impacto Ambiental (EIA)?.......................................................114
6. ¿En qué consiste la gestión forestal?…................................................................................115
Actividades.......................................................................................................................................117
Bibliografia.......….............................................................................................................................121
Glosario.....….....................................................................................................................................123