botanica - Facultad de Ciencias Forestales UNSE
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CURSO DE INGRESO BOTANICA Universidad Nacional de Santiago del Estero Facultad de Ciencias Forestales RESPONSABLE DOCENTE: Ing. Ftal. Enrique Roger AÑO: 2016 ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica PRESENTACIÓN Esta cartilla forma parte del material didáctico sistematizado correspondiente a la asignatura denominada Botánica, para el ingreso 2016 a las carreras de Ingeniería Forestal, Ingeniería en Industrias Forestales, Licenciatura en Ecología y Conservación del Ambiente, Tecnicatura Universitaria en Viveros y Plantaciones Forestales, Tecnicatura Universitaria Fitosanitarista y Tecnicatura Universitaria en Aserraderos y Carpintería Industrial de la facultad de Ciencias Forestales -Universidad Nacional de Santiago del Estero-. Estas carreras bajo oferta académica de la facultad se encuadran en el marco de las ciencias biológicas, siendo la botánica un área temática de gran relevancia. Es por eso que esta guía se confeccionó para brindar a los estudiantes que inician su ciclo universitario, la posibilidad de revisar, reforzar y también adquirir nuevos conocimientos necesarios para la nivelación de sus saberes, en el área de las ciencias biológicas y en particular la botánica. Para ello se abordarán clases de carácter teórico-práctico, en las que esta guía constituye un dispositivo auxiliar que orientará al estudiante en la revisión, refuerzo e incorporación de nuevos conocimientos, considerados básicos para su nivelación en el área de las ciencias biológicas en general, y en botánica en particular La articulación temática de esta guía se centra en dos secciones: la primera denominada Introducción a la Biología, que incluye desarrollo conceptual de los temas seleccionados y de incumbencia para la formación de los estudiantes; y la segunda llamada Introducción a la Botánica, donde se analizan los principales grupos de plantas y su importancia global. Cada sección incluye: objetivos generales; fundamentos teóricos, acompañados de gráficos (esquemas, fotos, tablas); propuesta de actividades que faciliten la autoevaluación por parte del estudiante y Bibliografía de consulta, a la que podrá recurrir para ampliar o profundizar los conocimientos, todas ellas acompañadas de las fuentes consultadas. Al inicio se presenta un índice para facilitar la consulta por parte del lector. -----¤----- Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 2 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Queridos ingresantes: Han comenzado una nueva etapa en sus vidas. El ingreso a la universidad y a tu carrera elegida representa un nuevo desafío de enorme relevancia para tu futuro, profesional como personal. En este módulo abordaremos temas básicos en el espectro de las ciencias Biológicas y la Botánica, que serán transversales a lo largo de tu carrera, por lo que es importante que los conozcas y aprendas a manejarlos, para poder profundizarlos progresivamente. Es trascendente que revalorices tus saberes previos, y así podrás ampliar tus conocimientos, adquiridos previamente. Esta nueva etapa que decidiste comenzar implica tu crecimiento y desarrollo integral, por lo que debes aprovechar cada instancia que te toque sortear a lo largo de tu etapa como estudiante. Por nuestra parte pretendemos que utilices este espacio para que te expreses libremente, para trabajar en equipo, para poner en duda todo aquello que consideres, pero fundamentalmente para aportar tus ideas y opiniones; solo de esta forma se irán construyendo cotidianamente los saberes y conocimientos que el día de mañana te permitirá desarrollar eficazmente tu profesión. Para alcanzar la meta del camino que decidieron comenzar la responsabilidad es plenamente personal y el futuro depende del esfuerzo que estén dispuestos a realizar! Bienvenidos y que la nueva etapa sea exitosa! -----¤----- Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 3 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica INDICE TEMATICO PRIMERA PARTE: Introducción a la Biología TEMA ¿Qué es la Biología? Objeto de Estudio de la Biología ¿Qué es la Vida? Historia de la Biología Ramas de la Biología Características de los seres vivos ¿Qué es una célula? Teoría celular Células procariotas y eucariotas Célula animal y vegetal Fotosíntesis: organismos autótrofos y heterótrofos Clasificación de los seres vivos Dominios y Reinos Dominio Archaea Dominio Bacteria Dominio Eucarya Reino Protista Reino Fungi Reino Animalia Reino Plantae Bibliografía básica y fuentes seguras de consulta Actividades PAGINA 5 5 6 7 9 10 13 13 14 16 17 18 18 21 21 23 23 24 26 27 29 29 SEGUNDA PARTE: Introducción a la Botánica TEMA ¿Qué es la Botánica? ¿Cómo están formadas las plantas? Raíz Tallo Hoja Flor Fruto Semillas Clasificación de los vegetales Briofitas Pteridofitas Gimnospermas Angiospermas Monocotiledóneas Dicotiledóneas Bibliografía básica y fuentes seguras de consulta Actividades PAGINA 31 32 33 34 35 38 39 40 41 41 42 43 43 44 44 45 45 Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 4 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica PRIMERA PARTE: INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGIA Objetivos Que el estudiante adquiera la habilidad para: - - Describir la Biología como ciencia reconociendo su campo de estudio, las relaciones interdisciplinarias y su correlación con la tecnología y la sociedad a partir del razonamiento Explicar las diferencias entre un ser vivo y la materia inanimada Reconocer diferentes tipos de células, a partir del análisis comparativo de la estructura, funciones e importancia Reconocer diferentes tipos de organismos Identificar las pautas para la clasificación de la diversidad de seres vivientes ¿QUE ES LA BIOLOGÍA? Existen muchas definiciones sobre esta ciencia, pero en líneas generales se afirma que la biología (del griego bios, vida, y logos, tratado, estudio, ciencia) es la ciencia que estudia a los seres vivos. Forma parte de las Ciencias Naturales y su objetivo central es el estudio del origen, de la evolución y de las propiedades que poseen todos los seres vivientes. La biología analiza los seres vivos en sus diferentes niveles de organización y extiende su campo de análisis a otras áreas de la ciencia, como por ejemplo la botánica. La Biología es la Ciencia que estudia las múltiples formas que pueden adoptar los seres vivos, así como su estructura, funciones, historia evolutiva, crecimiento, desarrollo y relaciones con el medio ambiente OBJETO DE ESTUDIO DE LA BIOLOGÍA El estudio de la vida se extiende desde la escala microscópica (moléculas y las células que constituyen los organismos) hasta la escala global del Planeta vivo en su totalidad. Los avances tecnológicos recientes han alcanzado al campo de la biología transformándola en una ciencia de gran importancia. El campo actual de la investigación en biología molecular por ejemplo es utilizado en campos como la medicina o la agricultura, generando resultados de gran provecho para la sociedad humana. En el campo de la Ecología por ejemplo se han desarrollado líneas de investigación claves que evalúan aspecto ambientales incluyendo temáticas controversiales como el cambio climático global. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 5 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Figura 1. Campo de estudio de las Ciencias Biológicas ¿QUÉ ES LA VIDA? Al hablar de Biología automáticamente nos preguntamos qué significa estar vivo. Esta pregunta mantuvo en vilo a los científicos durante muchos años y aun hoy persisten algunas dudas. A lo largo de la historia surgieron distintas posturas que analizaron a los seres vivos. Existieron los llamados vitalistas, quienes sostenías que los seres vivientes se diferencian de la materia inanimada por poseer un “espíritu vital”, que les permite desarrollar ciertas actividades que no serian posibles fuera de ese organismo. Pero recién en el siglo XIX comenzaron a esbozarse teorías que incluían a la química como factor clave para el reconocimiento de los seres vivos y su diferenciación. Con la ayuda de los avances tecnológicos, se hallaron compuestos químicos en los tejidos vivos, no reconocidos en la materia inanimada. En este siglo Louis Pasteur fue un exponente del vitalismo, sostenía que los cambios ocurridos en la uva al transformarse en vino eran “vitales” porque solo podían ser realizados por las células de levadura. En 1898 los químicos Edward y Hans Buchner mostraron que una sustancia extraída de la levadura podían producir la fermentación fuera de la célula viva, a esta sustancia se le dio el nombre de “enzima” derivado de zyme, palabra griega que significa levadura o fermento. Así se demostró que las reacciones “vitales” son reacciones químicas. En la actualidad se acepta que los sistemas vivos obedecen a las leyes de la química y la física. Más adelante veremos en detalle las características distintivas de los seres vivos. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 6 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica HISTORIA DE LA BIOLOGÍA La historia del estudio de los seres vivos remonta desde la antigüedad y continua hasta la actualidad. Si bien el concepto de Biología –en su carácter científico- nació en el siglo XIX, se sabe que las culturas de la antigüedad ya esbozaban principios aplicables a esta disciplina. El más grande naturalista de la antigüedad fue el griego Aristóteles (384-322 a.C.) quién estudió y describió más de 500 especies animales; estableció la primera clasificación de los organismos que no fue superada hasta el siglo XVIII. En tiempos posteriores ya se había avanzado notablemente en esta ciencia. Se puede mencionar al médico romano Galeno (129-199), quien comenzó una detallada descripción del cuerpo humano. Por su parte Andreas Vesalio (1514-1564), anatomista flamenco, junto a William Harvey (1578-1657) establecieron los cimientos de la Anatomía y la Fisiología modernas al iniciar modernas técnicas para estudiar el cuerpo humano, basadas en observación directa de cadáveres. A partir del renacimiento europeo y tiempos posteriores se experimentó una verdadera revolución en las ciencias biológicas, época en la que se descubrieron nuevos individuos vivos. Apareció una herramienta clave y revolucionaria: el microscopio óptico, invento del biólogo holandés Anton van Leewenhoek (1632-1723), el cual permitió mostrar a la comunidad científica el mundo de los microorganismos, hecho que permitiría luego dar por tierra la teoría de la generación espontanea, y que luego permitiría sentar las bases de la teoría celular. En este contexto aparecen los primeros esbozos relacionados con la teoría de la evolución. Se menciona a los naturalistas franceses Lecrerc de Buffon (1707-1788) y Jean Baptsite Lamarck (1744-1829), éste último reconocido por algunos autores como creador del concepto de Biología como ciencia. Naturalistas como Lineo y Buffon iniciaron la clasificación de la diversidad de la vida, así como el desarrollo y el comportamiento de los organismos. Carl Von Lineé (o Lineo) (1707-1778), reconocido botánico sueco, publica sus obras Systema Naturae (1735), y Species plantarum (1753), consideras obras centrales de la biología moderna, ya que en ellas se elaboró el primer sistema natural conocido y estableció las reglas de la nomenclatura botánica y zoológica, utilizado en la actualidad. Lineo propuso un sistema de nomenclatura binomial, consistente en asignar a cada organismo dos palabras en latín, un sustantivo para el género y un adjetivo para la especie, lo que forma el nombre científico que debe subrayarse o destacarse con otro tipo de letra en un texto. El nombre científico sirve para evitar confusiones en la identificación y registro de los organismos. Otro científico que genero una revolución con sus investigaciones en el campo de la biología fue Charles Darwin (1809-1882), autor del libro denominado El origen de las especies (1859). En él expuso sus ideas sobre la evolución de las especies por medio de la selección natural. Esta teoría originó, junto con la teoría celular y la de la herencia biológica, constituyen la base científica de la biología actual. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 7 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica En el siglo XIX se estableció formalmente la teoría celular, a partir de trabajos como el de Matthias Schleiden (1804-1881) y Theodor Schwann (1810-1882), ambos alemanes. Dicha teoría es un pilar básico de la biología. Hacia mediados de siglo, en Austria, Gregor Mendel (1822-1884) estableció las reglas de la genética, mientras que en Inglaterra, Charles Darwin y Alfred Wallace dieron luz a la teoría de la evolución basada en la selección natural. Por otra parte, Louis Pasteur (1822-1895) demostró la falsedad de la hipótesis de la generación espontánea al comprobar que un ser vivo procede de otro. El suponía que la presencia de los microorganismos en el aire ocasionaba la descomposición de algunos alimentos y que usando calor sería posible exterminarlos, este método recibe actualmente el nombre de pasterización o pasteurización. Alexander Ivánovich Oparin (1894-1980), en su libro El origen de la vida sobre la Tierra (1936) dio una explicación de cómo pudo la materia inorgánica transformarse en orgánica y cómo esta última originó la materia viva. James Watson (1928-) y Francis Crick (1916-2004) elaboraron un modelo de la estructura del ácido desoxirribonucleico, molécula que controla todos los procesos celulares tales como la alimentación, la reproducción y la transmisión de caracteres de padres a hijos. La molécula de DNA consiste en dos bandas enrolladas en forma de doble hélice, esto es, parecidas a una escalera enrollada. Figura 2. Algunos emblemas históricos de las Ciencias Biológicas A. Microscopio de Van Leewenhoek. B. Modelo de ADN de Watson & Crick C y D. Portada del Libro de Darwin Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 8 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica RAMAS DE LA BIOLOGÍA La Biología es una ciencia que se nutre de múltiples áreas del que según la ocasión se tratan de manera independiente: la biología molecular y la bioquímica estudian la vida a partir de las moléculas, mientras que la biología celular o citología lo hacen a partir de las células. La anatomía, la histología y la fisiología realizan el estudio desde un aspecto pluricelular. Por esto mismo es que la biología debe ser considerada como un cúmulo de ciencias, debido a que los seres vivos pueden ser estudiados desde enfoques diversos. Estas ciencias, en su conjunto, conforman las ciencias biológicas, en las que se incluyen muchas disciplinas: En forma resumida, las ramas de la Biología se describen a continuación: - - Citología: la Citología es la rama que estudia las células Histología: rama encargada del estudio de los tejidos celulares Patología: corresponde al tratado sobre las distintas enfermedades de plantas y animales. Genética: Parte de la biología que estudia los genes y los mecanismos que regulan la transmisión de los caracteres hereditarios Morfología: es el estudio de las formas y constitución de los seres vivientes Botánica: rama de las Ciencias Biológicas que estudia los vegetales. Abarca varias sub-disciplinas que incluyen la descripción, clasificación y la identificación de las plantas, como también la composición química, la fisiología, la morfología, la reproducción y la genética de las plantas. Ecología: se encarga de estudiar los ecosistemas, y la relación existente entre los seres vivos y el ambiente en el que se encuentran. Fisiología: rama de las Ciencias Biológicas que estudia el funcionamiento de los distintos órganos y tejidos, ya sean de origen animal (Fisiología Animal) o de origen vegetal (Fisiología Vegetal). El objetivo principal de la Fisiología es el conocimiento de los procesos funcionales de los organismos vivos y todos sus elementos. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 9 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica - Anatomía: se encarga de estudiar la estructura, formas y relaciones de las diferentes partes del cuerpo de los seres vivos. Zoología: es una disciplina encargada del estudio de los animales, donde incluye la descripción, la clasificación, el modo de vida, la forma en que se interrelacionan y lo referente a aspectos de la evolución. - Paralelamente se puede afirmar que la biología se relacionado con otras ciencias, de las cuales toma o adquiere sus principios o leyes para aplicarlas en los estudios de índole biológica, por ejemplo: - Química: Aporta las bases para el conocimiento de la estructura de la materia. Física: Explica la relación entre materia y energía. Matemáticas: Utiliza porcentajes, proporciones, estadísticas. Historia: Aporta datos del ambiente, de los lugares y organismos que existían en las diferentes épocas pasadas. - Ciencias de la salud: Proporciona elementos básicos para prevenir y remediar problemas de salud. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS A pesar de la gran diversidad de seres vivos conocidos, los organismos vivientes de este planeta tienen ciertas características comunes, que permiten diferenciarlos de los cuerpos inanimados, a saber: se nutren, crecen y se desarrollan, se reproducen, se adaptan y evolucionan, responden a estímulos, pero fundamentalmente están formados por células. - Nutrición: los seres vivos necesitan de materia y energía para poder mantenerse con vida, crecer y reproducirse. La capacidad de obtener la materia y la energía se denomina nutrición. Este proceso implica un intercambio con el ambiente Figura 3. Distintos tipos de nutrición: fagocitosis celular, ingestión en animales, fotosíntesis en vegetales Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 10 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica - Crecimiento y desarrollo: como regla general se sabe que a lo largo de su ciclo vital cualquier organismo crece. Este fenómeno se produce por diferentes vías: por aumento del tamaño celular (hipertrofia), por aumento del número de células (hiperplasia), o de ambos procesos. El crecimiento es un proceso que puede durar toda la vida del organismo, como en los árboles, o solo en ciertas etapas del organismo y hasta cierto tamaño, como en la mayoría de los animales. Cuando los seres vivos crecen también se desarrollan, es decir que adquieren nuevas características, como la capacidad de algunas plantas de producir flores y frutos o de mamíferos de generar leche para amamantar a sus crías. Figura 4. Crecimiento y desarrollo en seres vivos. Ejemplo: ser humano e insectos - Reproducción: como parte del proceso de desarrollo, los seres vivos adquieren la madurez reproductiva o capacidad de dejar descendencia; o sea producir organismos muy semejantes, que a su vez tendrán la capacidad de dejar otros descendientes. Esta característica es la que permite a las especies auto-perpetuarse y es una de los rasgos más importantes de la vida en este planeta. - Adaptación y evolución: pese a que la reproducción produce individuos similares a sus progenitores biológicos, luego de varias generaciones la descendencia puede haber variado en su aspecto, siendo muy diferentes a sus antecesores, Estas diferencias hacen que se constituyan nuevas especies. El proceso por el cual nuevas especies son originadas a partir de otras antecesoras es conocido como evolución biológica. Por su parte las adaptaciones constituyen acciones que permiten a los seres vivos sobrevivir en las variables condiciones ambientales donde les toque habitar. Un ejemplo práctico para entender la adaptación evolutiva lo constituye la jirafa, que es un animal que habita los pastizales y bosques abiertos de todo el África subsahariana. Su anatomía especializada facilita la alimentación, la jerarquía social y la defensa. Con sus largos cuellos (2,5 metros) a las jirafas les es posible alcanzar lugares de alimentación que otros herbívoros no pueden. Otro ejemplo son los ratones que tienen grandes orejas como resultado de una adaptación evolutiva. Esto es debido a que son criaturas nocturnas y como no poseen visión nocturna, debieron adaptar increíbles capacidades auditivas. Los Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 11 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica cactus sirven de ejemplo de adaptación a climas semiáridos mientras que los osos polares han desarrollado la capacidad de adaptarse a climas sumamente fríos. Figura 5. Ejemplos de seres vivos adaptados a particulares condiciones del medio - Respuesta a estímulos: los seres vivos, al recibir señales del ambiente (estímulos) tienen la posibilidad de producir algunos cambios en su organismo o en su comportamiento, a lo cual denominamos respuesta. Esto les permite mantenerse y desarrollarse en relación a los cambios del ambiente. Los estímulos pueden ser externos (luz, olor, ruidos) o internos (necesidad de beber agua). La capacidad de responder a estímulos se denomina sensibilidad. Ejemplos de esta cualidad son: floración de las plantas a la llegada de la primavera, debido a un incremento en el calor y la humedad; un gato que persigue una mosca, una lagartija que al llegar el frio busca un lugar donde permanecer en reposo hasta la llegada de la primavera. Figura 6. Ejemplos de respuestas biológicas a distintos estímulos del medio - Organización: los seres vivientes tienen una organización interna común. Dicha organización es muy precisa, lo cual queda manifiesto en la teoría celular. Según esta teoría, la célula es la unidad estructural y funcional de todo ser vivo. Se conocen millones de especies diferentes, sin embargo todas poseen una estructura interna conformada por una o más unidades básicamente similares: la célula. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 12 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica ¿QUE ES UNA CELULA? Célula (del latín cellula diminutivo de cella = hueco, compartimento) es un término acuñado por Robert Hooke, un investigador que les dio este nombre a las celdas que conforman el corcho cuando las observaba bajo el microscopio. Si bien las células observadas por Hooke estaban vacías ya que el tejido del corcho consta de células muertas, el término fue adoptado para designar la menor porción de materia que cumple con las funciones vitales, es decir, la unidad de estructura y función. Desde el punto de vista de la biología molecular, una célula puede definirse como la mínima organización supramolecular, que cumple con todas las características de los seres vivos (por ejemplo la capacidad de vivir aisladas, la autorregulación, la autoperpetuación, la evolución). TEORIA CELULAR Como se menciono con anterioridad, una particularidad común a todos los seres vivos es la composición interna, la cual se caracteriza por estar conformada por células. Esta afirmación quedó demostrada a partir del desarrollo de la teoría celular. En 1838 el botánico europeo Mathias Schleiden propuso que cada célula vegetal se desarrollaba como una unidad independiente, aunque sólo formara parte de una planta. Sobre la base de estas afirmaciones Theodor Schwann propuso que lo mismo ocurría con las células animales. De esta forma se llegó a la conclusión de que tanto los animales como los vegetales están formados por células y que ellas tienen vida propia aunque forman parte de un organismo completo. A estos postulados se sumaron otros científicos que apoyaron y avalaron esta teoría y la transformaron en una idea central de la biología moderna: la teoría celular, que expresa que todos los seres vivos están formados por células y que en el interior de dichas células ocurren numerosas reacciones químicas. Además toda célula origina una nueva célula, que contiene información hereditaria, que es transmitida a su vez a las células hijas. El concepto moderno de teoría celular se en tres principales enunciados: - Todos los seres vivos están formados por células. La célula es la unidad estructural de la materia viva, y dentro de los diferentes niveles de complejidad biológica, una célula puede ser suficiente para constituir un organismo. - Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células. En la célula se realizan todas las funciones vitales, por lo que una célula es suficiente para tener un ser vivo. De esta manera se acepta que la célula es la unidad fisiológica de la vida. - Todas las células proceden de células preexistentes, por división de éstas. Es la unidad de origen de todos los seres vivos. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 13 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Todos los organismos vivos, se componen de células. En la actualidad se sabe que existen células incompletas con una mancha o agregación nuclear sin envoltura definida, y células completas cuyo núcleo está rodeado de membrana. Por lo tanto según su composición y estructura nuclear las células se clasifican en dos tipos: células procariotas y células eucariotas. CELULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Célula Procariota: (Pro=antes; carion=núcleo) No poseen un núcleo celular organizado Sus dimensiones oscilan entre 1-10 µm El material genético se encuentra libre en el citoplasma En el citoplasma puede haber también estructuras denominadas ribosomas Presentan pared celular y capsula exterior Estos organismos están representados por arqueobacterias, bacterias y algas azules Célula Eucariota (Eu=verdadero; carion=núcleo) La presencia del núcleo celular permite diferenciarlas de las procariotas Dimensiones mayores a 10 µm El material genético se encuentra en el núcleo En el citoplasma se encuentran numerosas organelas, por ejemplo: ribosomas, mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, centriolos, etc. Cada organela cumple una función particular Los organismos eucariotas pueden ser Unicelulares: protozoos Pluricelulares: plantas, animales, hongos Tabla 1. Diferencias entre células procariotas y células eucariotas Figura 7. Célula procariota y eucariota vistas al microscopio óptico. Fuente: www.halimabio.blogspot.com Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 14 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica En las células eucariotas, si bien se considera a la unidad célula como la mínima organización que posee todo ser vivo, estas a su vez están integradas por unidades funcionales más pequeñas, llamadas organelas, que cumplen funciones particulares distintivas en cada caso. Las organelas celulares y sus respectivas funciones se detallan a continuación: Organela Composición Función Citoplasma Es el contenido celular ubicado entre la membrana plasmática y el núcleo. Es una solución constituida por agua y enzimas Doble capa lipidica, compuesta de fosfolípidos y proteínas. En ella se llevan a cabo numerosas reacciones metabólicas de la célula. Membrana plasmática (plasmalema) Núcleo celular Ribosomas Lisosoma Centriolo Retículo endoplasmático Aparato de Golgi (Dictiosoma) Mitocondria Vacuola Citoesqueleto Cloroplastos Pared celular Organela central en células eucariotas. En él se forman los cromosomas que contienen los genes. Son macromoléculas, localizadas en el citoplasma, mitocondrias, retículo endoplasmático y cloroplastos. Vesícula origina en el aparato de Golgi, Contiene enzimas Estructura cilíndrica constituida por proteínas Conjunto de sacos aplanados y microtubulos. Se diferencia en Retículo endoplasmático liso (REL) y retículo endoplasmático rugoso (RER) Se compone en estructuras denominadas sáculos, los cuales tienen forma curva y se orientan hacia el retículo endoplasmático Cavidad formada por una doble membrana. Son “bolsas” cerradas o limitadas por la membrana plasmática. Pueden tener gran tamaño, ocupando en ocasiones hasta el 90% del volumen celular El citoesqueleto es un orgánulo y también es un entramado tridimensional de proteínas Solo presentes en células vegetales. Compuestos de granas y discos tilacoides Capa rígida que rodea a la célula vegetal, formada por fibras de celulosa y lignina entre otros elementos. Regulación del pasaje de sustancias. Protección y mantenimiento del equilibrio celular Protección de los genes y control de las actividades celulares Síntesis de proteínas intracelulares Digestión celular Reproducción celular El REL sintetiza lípidos y su superficie es lisa por carecer de ribosomas. El RER sintetiza proteínas y debe su aspecto al gran número de ribosomas que lo conforman. Su función es la de modificar, distribuir y enviar las macromoléculas producidas en el RE en la célula. Además participa en la secreción celular y producción de membrana plasmática Captación de oxigeno y respiración celular En ella se almacenan sustancias (agua, sales minerales, azucares, ácidos, o tóxicos –Ej. nicotina-) provee soporte interno en las células, organiza las estructuras internas e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular Fotosíntesis Protección, Control del crecimiento celular, transporte Tabla 2. Composición y funciones de las principales organelas presentes en las células eucariotas Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 15 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica CELULA ANIMAL Y CELULA VEGETAL Las células eucariotas están presentes tanto en organismos vegetales como animales. Sin embargo son muy diferentes entre sí. Las diferencias y semejanzas se detallan en la siguiente tabla 3: Similitudes Diferencias 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Característica Membrana celular Citoplasma Núcleo Mitocondrias Pared celular Cloroplastos Vacuolas Granos de almidón Forma 10 Obtención de energía Célula animal Célula vegetal Presente Presente Presente Presente No tiene Tiene No tiene Tiene Pequeñas o ausente Muy grandes Nunca Frecuentemente Irregular Regular Compuestos Luz solar orgánicos Tabla 3. Similitudes y diferencias entre células eucariotas animales y vegetales Figura 8. Célula animal y vegetal. Esquema comparativo Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 16 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica FOTOSÍNTESIS. ORGANISMOS AUTÓTROFOS Y HETRÓTROFOS Como se puede apreciar en el cuadro precedente, una de las diferencias ente células animales y vegetales es la presencia de cloroplastos. Esta es una de las diferencias más fuertes ya que de eso depende fundamentalmente el rol ecológico de los organismos en los ecosistemas. Los cloroplastos tienen por función rescatar la energía proveniente de la luz solar, para posteriormente formar azucares, mediante la ayuda de agua, dióxido de carbono y clorofila, pigmento presente en los cloroplastos. Fotosíntesis: Foto = luz; Síntesis = hacer algo a partir de otros. La fotosíntesis es un fenómeno natural de carácter revolucionario ya que supone el único proceso de creación natural. Los organismos capaces de realizar esta función se llaman productores, y pueden elaborar su propio alimento. La clorofila es una molécula que tiene facilidad para captar dióxido de carbono (CO2). A su vez las plantas toman sustancias abundantes en la tierra (agua y nutrientes), para formar azucares. Un producto de desecho de este proceso es el oxigeno, elemento vital para el resto de los seres vivos. Figura 9. Esquema de la Fotosíntesis. Obtenido de www.slideshare.net De esta manera, según la capacidad de elaborar su propio alimento podemos clasificar a los seres vivos en: - Autótrofos: Organismo capaz de sintetizar o elaborar su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas - Heterótrofos: Organismo que elabora su propia sustancia orgánica alimentándose de materia elaborada por otros seres vivos Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 17 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica CLASIFICACION DE LOS SERES VIVOS En la actualidad es muy común escuchar el término diversidad biológica o biodiversidad. Pero ¿Qué es la diversidad? Existen muchas formas de conceptualizar este término aunque al hablar de diversidad hacemos alusión a las distintas formas de vida que existen en la tierra. En términos generales, el término biodiversidad hace referencia a la variedad de especies, como así también de genes, o de ecosistemas. Recientes estimaciones afirman que podrían existir cerca de 2.700.000 especies de seres vivos conocidas, elevando ese número en hasta un 70% si se consideran las especies no conocidas aún por la ciencia. Esta gran complejidad hizo necesario crear sistemas de clasificación basados en características y funciones (taxonomía), estableciendo un esquema de parentescos, similitudes y relaciones evolutivas (sistemática) entre los diferentes organismos. La utilidad principal de la clasificación es que haya un consenso general y casi universal para establecer un orden esquemático sobre la enorme diversidad de los organismos. La clasificación moderna de los seres vivos se basó en el trabajo de Lineo (1753), quien propuso una forma jerárquica de clasificación a partir de caracteres compartidos. Paralelamente propuso la formula binomial, en la cual se usan dos palabras para asignar el nombre a una entidad biológica. En esta clasificación se reconocen distintas categorías taxonómicas: especie, género, familia, orden, clase, división, reino y dominio, agrupados según características compartidas. La disciplina encargada de clasificar y nombrar organismos se llama Taxonomía, mientras que el estudio de las relaciones evolutivas y de parentesco entre los organismos corresponde a la Sistemática. DOMINIOS Y REINOS Lineo, además de dar nombres a numerosas especies también las agrupó en una jerarquía de categorías cada vez más amplia. El primer agrupamiento está constituido dentro del binomio de especie; las especies que parecen hallarse estrechamente emparentadas se encuentran agrupadas en el mismo género. Por ejemplo, el yaguareté (Panthera onca) pertenece al género que incluye también al leopardo (Panthera pardus) y al león (Panthera leo). Por encima del género los sistemáticos emplean categorías de clasificación cada vez más amplias. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 18 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Agrupan los géneros emparentados en la misma familia, las familias en órdenes, los órdenes en clases, las clases en divisiones o phyllum, los phyllum en reinos y estos en dominios. Los seres humanos, a pesar de la gran variación morfológica pertenecemos a una especie biológica única (Homo sapiens), diferenciada por la capacidad de razonamiento. Esta forma de agrupar a los seres vivos en diferentes categorías taxonómicas no es algo reciente sino que fue evolucionando a lo largo de la historia, y estuvo fuertemente ligado al desarrollo tecnológico que permitió profundizar progresivamente la escala de estudios. Hasta mediados del siglo XVIII sólo se conocían dos reinos o ramas biológicas: Animal y Vegetal; incluyendo los hongos, las algas y algunos animales inmóviles en este último grupo. Se desconocía la existencia de bacterias y protozoos. A partir de la invención del microscopio se descubren los organismos unicelulares, razón por la cual Haeckel propone un tercer reino, al que denominó Protistas, donde se incluían microorganismos que no podían agruparse con animales ni plantas. Paralelamente observó que algunos microorganismos carecían de núcleo celular, y los denomino Moneras (bacterias), incluidos junto con los protistas. Posteriormente, gracias a los avances en la tecnología óptica, las bacterias fueron reconocidas, en 1956, por Herbert Copeland, como reino Monera, independiente de los Protistas. Hasta que en 1969, R. Whittaker, separó los hongos de las plantas, y propuso una clasificación general de los seres vivos, constante de cinco reinos: Monera (bacterias), Protista (algas y protozoos), Fungi (hongos y líquenes), Animalia (animales vertebrados e invertebrados) y Plantae (vegetales –musgos, helechos, coníferas y plantas con flores-). Estos reinos se agrupaban en dos imperios: Procariota (bacterias) y Eucariotas (los reinos restantes). Reino Organismos Moneras Bacterias Protista Fungi Animalia Plantae Protozoos Hongos Animales Vegetales Tabla 3. Esquema de los cinco reinos propuestos por Whittaker. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 19 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Moneras Protistas Fungi Animalia Plantae Tipo de células Procariotas Eucariotas Unicelulares Eucariotas Unicelulares / Pluricelulares Eucariotas Nº de células Eucariotas Unicelulares / Pluricelulares Pluricelulares Pluricelulares Nutrición Autótrofos / Heterótrofos Autótrofos / Heterótrofos Heterótrofos Heterótrofos Autótrofos Química / Lumínica Química / Lumínica Química Química Lumínica Existe Existe / No existe Existe No existe Existe Sí / No Sí / No No Sí No Energía que utilizan Existencia de pared celular Movilidad Tabla 4. Principales características de los organismos incluidos en los cinco reinos propuestos por Whittaker. Esta teoría se mantuvo firme hasta 1977, donde el reino era considerado como la categoría taxonómica más inclusiva. Sin embargo, el desarrollo del microscopio electrónico de barrido y otros avances tecnológicos permitieron observar secuenciación de moléculas de ADN, lo que permitió a C. Woese y su equipo la determinación de un árbol filogenético en el que se diferencian claramente tres linajes evolutivos principales, a los que llamó: Dominios. Woese, a partir de los estudios moleculares y de A.D.N dividió a las bacterias en dos Dominios: Archaeobacteria y Eubacteria (con seis reinos incluidos) y al resto de los organismos los agrupo en el dominio Eucarya. Dominio Archaeobacteria Bacteria Eucarya Organismos Arqueobacterias Bacterias Reinos Protista, Fungi, Animalia y Plantae Tabla 5. Esquema de los tres dominios propuesto por Woese Carácter Núcleo rodeado por membrana Organelas rodeadas por membrana Cromosomas circulares Desarrollo a temperaturas superiores a 100°C Bacteria Dominio Archaea Eucarya no no si no no si Presente Presente Ausente no Algunas especies no Tabla 6. Cuadro comparativo de los tres dominios propuestos por Woese Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 20 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica DOMINIO ARCHAEA Las Archeobacterias son organismos unicelulares procariotas, que se diferencian de las bacterias y organismos eucariotas por caracteres infracelulares (ARNr y composición de la pared celular). Son organismos adaptados a ambientes extremos de la tierra. Comprende múltiples reinos (e.g. Crenarchaeota, Euryarchaeota y Korarchaeota) y posee aproximadamente 200 especies conocidas, agrupadas en tres grupos principales. - - Halófilas: viven en ambientes extremadamente salinos. Metanogénicas: son anaerobias obligadas que producen metano a partir del dióxido de carbono e hidrógeno. Son comunes en el tracto digestivo de animales y pueden vivir en ambientes pantanosos. Termoacidófilas: crecen en ambientes ácidos, cálidos, como las fuentes sulfurosas del Parque Yellowstone, con temperaturas de más de 60 ºC y pH 1 a 2. Curiosamente, las arqueobacterias están más cercanas genéticamente a los eucariontes que a las eubacterias, dado que hasta comparten ciertos genes. Se encuentran hoy restringidas a hábitats marginales como manantiales calientes, lagos de alta salinidad o áreas de baja concentración de oxígeno. Figura 10. Arqueobacterias vistas en microscopio electrónico de barrido. Fuente: www.fullciencia.com DOMINIO BACTERIA Las Bacterias comprenden los organismos más antiguos y abundantes. Son unicelulares de tipo procariota. Generalmente poseen una pared celular, similar a la de plantas u hongos, pero compuesta por peptidoglicanos. Carecen de núcleo y organelas limitadas por membranas, sin embargo poseen un nucleoide en el centro de cada célula, en donde se sitúa el cromosoma, compuesto de una sola molécula continua de A.D.N. La mayoría de las bacterias se reproduce por fusión binaria, consistente en un proceso de reproducción asexual, donde la célula se divide en dos partes iguales, formando una nueva. Según su Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 21 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica alimentación, pueden ser autótrofas o heterótrofas, y según su respiración pueden ser aeróbicas (utilizan oxigeno para respirar) o anaeróbicas (fermentadoras, que carecen de aquel). Actualmente se las divide en varios reinos, donde se incluyen a las cianobacterias (llamadas también algas verde-azuladas) y al resto de las bacterias (eubacterias) Las bacterias son organismos unicelulares que presentan diversidad de formas: - Cocos: con forma de esferas Bacilos: como bastones con extremos redondeados, como Escherischia coli Espirilos: células helicoidales Vibriones: con forma de coma, ej.: Vibrio cholerae, causante del cólera Las bacterias cumplen un rol ecológico fundamental, pues son descomponedores o recicladores de la materia orgánica, pudiendo desdoblar las distintas sustancias rompiendo sus moléculas, degradándolas y permitiendo que en un futuro puedan ser aprovechadas por otras materias como por Seres Vivos. También interactúan en una gran cantidad de procesos bioquímicos que inclusive se presentan en el cuerpo humano, como aquellas que habitan en el sistema digestivo, teniendo muchas de ellas un rol protector del organismo contribuyendo al Sistema Inmunológico, aunque otros tipos en cambio son causales de Trastornos de la Salud, inclusive pudiendo causar Enfermedades Mortales de tipo infecciosas. Se caracterizan por su rápida división celular, y por su capacidad para sobrevivir en ambientes muy fríos, muy cálidos o formados por compuestos químicos muy tóxicos para plantas y animales. Figura 11. Escherischia coli, bacteria patógena vista en microscopio electrónico de barrido. Obtenido de www.sociedad.elpais.com Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 22 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica DOMINIO EUKARYA El dominio Eukarya incluye a organismos unicelulares o pluricelulares con células eucariotas. En este dominio se encuentran los 4 reinos restantes: Protista, Fungi Animalia y Plantae. REINO PROTISTA El reino Protista (Proto = primero; zoo = animal), considerado el primero de los reinos eucariontes comprende organismos eucariotas, uni o pluricelulares, autótrofos o heterótrofos, de vida libre o sésiles, acuáticos -la mayoría-, algunos parásitos. Poseen núcleo celular verdadero y organelas. Es un grupo muy heterogéneo integrado por aquellos organismos que no encajan en ninguno de los otros reinos. Habitan todos los ambientes (agua salada, agua dulce, en el suelo, en la materia en descomposición, en plantas y animales) Comprende a los protozoarios y las algas entre otros. Es el reino que mayor variación morfológica presenta: desde individuos unicelulares microscópicos (1 µm de diámetro, ej. Micromonas –alga-) hasta grandes algas marinas; incluye organismos autótrofos fotosintéticos, heterótrofos, parásitos, saprófagos (ingieren organismos muertos) En este grupo se encuentran las algas, euglenoides, ciliados, protozoarios, y flagelados, por ejemplo las amebas, los paramecios, entre otros. Los protozoos pueden ser autótrofos o heterótrofos. Los autótrofos se diferencian según sus pigmentos y características de la pared celular. En este grupo se encuentran: - las algas verdes (que habitan en aguas dulces) las euglenoides, unicelulares sin pared celular Las crisófitas, como las diatomeas, las algas pardo-doradas y las algas amarilloverdosas Entre los heterótrofos se distinguen según sean uni o pluricelulares: - Los mohos mucilaginosos y los mohos acuáticos, heterótrofos multicelulares Entre los protistas heterótrofos unicelulares se encuentran los organismos que en clasificaciones antiguas eran los verdaderos protozoos, como las amebas, los paramecios, ciliados y flagelados. Su importancia estriba, entre otras, en ser el "grupo de origen" de los tres Reinos restantes: Plantas, Animales, y Hongos. Son indicadores ecológicos y de contaminación (constituyen el zooplancton). Tienen incidencia sanitaria ya que existen numerosos protozoos Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 23 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica parásitos (Tripanosoma, Leishmania, Toxoplasma, Plasmodium, entre otros) que causan graves perjuicios tanto en el hombre como en animales domésticos. Figura 12. Ameba y Paramecium: Distintos tipos de Protistas Fuente: www.foxitsoftware.com REINO FUNGI El reino Fungi está formado por los hongos. Son organismos eucariotas, heterótrofos (incapaces de generar su propia materia orgánica, al carecer de clorofila), no fotosintéticos, muchos de vida libre, saprófitos, algunos parásitos, células con pared celular no celulósica, formadores de esporas y que carecen de movimiento en todas las fases de su ciclo de vida; poseen paredes celulares y absorben su alimento por digestión enzimática externa. Se encuentran filogenéticamente más relacionados con los animales que con las plantas. La forma y el tamaño son variables, tienen el cuerpo, llamado micelio, formado por estructuras llamadas hifas. Se reproducen de manera sexual y asexual mediante diversos tipos de esporas. Son generalmente descomponedores que absorben los nutrientes al degradar organismos muertos y desechos orgánicos, como restos de hojas y las heces de animales. Según su modo de reproducción y estructura, los hongos se clasifican en: - Zigomicetos: sin demasiada importancia, son hongos terrestres, saprofitos. Ej. Moho negro del pan. Ascomicetos: entre estos hongos se encuentran las levaduras, mohos negros y verdinegros, trufas, etc. Algunas especies de ascomicetos se utilizan en la industria alimenticia, y se conoce una gran cantidad de hongos patógenos de plantas y animales Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 24 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica - - Basidioicetos: en este grupo se encuentran muchos hongos venenosos, como los hongos sombrero y los tizones. También existen algunos basidiomicetos comestibles, como los champiñones. Hongos imperfectos: aquellos en que no se sabe muy bien el modo de reproducción, como por ejemplo Penicillium Existe un grupo particular de organismos llamados líquenes, que algunos autores los ubican junto con los hongos. En realidad se trata de una relación simbiótica entre hongos y algas, aunque la fase dominante la constituye el hongo. Desde el punto de vista ecológico resultan importantes ya que junto con las bacterias son los principales descomponedores de materia y recicladores de nutrientes de los ecosistemas. Desde el punto de vista económico los hongos proveen alimentos (intervienen, por ejemplo en la fabricación del pan, del vino y de quesos), como antibióticos (el gran ejemplo es la penicilina, se aisló de un hongo del género Penicillium). Sin embargo pueden ser nocivos ya que muchos hongos viven sobre peces, insectos y otros animales llegando inclusive a provocarles la muerte. Producen enfermedades en seres humanos, llamadas micosis. Parasitan animales y pueden afectar sistemas agrícolas, lo que se traduce en pérdidas millonarias. Ilustración 13. Esquema de un hongo Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 25 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica REINO ANIMALIA En la actualidad se sabe que es probable que tanto las plantas como animales tengan sus orígenes en el reino de los protistas. A pesar de este origen común, existen diversas características que permiten separar uno de otros. El reino Animalia comprende organismos eucariotas, multicelulares, heterótrofos. Tienen la capacidad de locomoción. La mayor parte de los animales puede realizar esta función al menos en alguna etapa de su ciclo vital. Sus células no poseen pared celular de ningún tipo, solo poseen una membrana que la separa del medio exterior y que le permite el intercambio de sustancias. Las células animales carecen además de cloroplastos, órganos que poseen clorofila, donde se produce la fotosíntesis. Se alimentan por ingestión y digestión de las sustancias ingeridas y almacenan sus reservas energéticas en forma de glucógeno o grasa. La reproducción puede ser sexual o asexual. El reino animal posee una gran diversidad de seres. En la actualidad la ciencia conoce más de un millón de especies, y es probable que exista otro tanto de especies desconocidas. La clasificación de los animales se basa en la estructura general del cuerpo, disposición de sus extremidades, presencia de cavidades corporales, tejido embrionario, desarrollo del individuo desde la fecundación, entre otros. Entre los animales se puede diferenciar dos grupos esenciales: invertebrados y vertebrados - - Invertebrados (no cordados): son los animales carentes de columna vertebral y esqueleto interno. Agrupan al 90% de los animales. Dentro de este grupo se encuentran los poríferos (esponjas), los cnidarios (medusas, anemonas, corales), platelmintos (gusanos); los moluscos (ostras, mejillones, almejas, caracoles, babosas, calamares y pulpos); los anélidos (lombrices de tierra y sanguijuelas); y los artrópodos que constituye el grupo más grande del reino animal. En él se encuentran los arácnidos (arañas, garrapatas, escorpiones); los crustáceos (cangrejos, langostas, centollas); quilópodos (ciempiés); y la de los insectos (abejas, hormigas, avispas) Vertebrados: agrupan a peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Desde el punto de vista ecológico los integrantes del reino animal tienen gran importancia ya que representan el grupo biológico de los consumidores. Pueden ser consumidores primarios si se alimentan de vegetales; secundarios si se alimentan de herbívoros, o terciario si ingieren alimentos provenientes de animales carnívoros. Los humanos al igual que otros organismos, somos omnívoros (capaces de funcionar como herbívoros o carnívoros) Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 26 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Desde el punto de vista económico de los animales son de gran importancia por los bienes que aportan. De ellos obtenemos carne, huevos, leche, fibras textiles, cuero, pieles, transporte, animales domésticos, etc. Un grupo de animales de enorme interés en las ciencias ambientales son los insectos, la clase de seres vivientes más diversos y numerosos del planeta, puesto que son fundamentales en el reciclado de la materia, sirven de alimento a otros organismos, polinizan las flores, producen miel, provén tintes, aportan en investigaciones científicas, son controladores biológicos de plagas perjudiciales, etc. También algunos insectos son nocivos para el ser humano ya que son vectores de transmisión de enfermedades, o son plagas de animales y de cultivos agrícolas o forestales. Figura 14 Reino Animalia: invertebrados y vertebrados REINO PLANTAE El reino Plantae lo integran las plantas (musgos, helechos, coníferas y plantas con flores). Son organismos multicelulares, autótrofos (producen su alimento mediante la fotosíntesis) la gran mayoría, con células con paredes celulósicas diferenciadas en tejidos, con órganos más o menos complejos según los distintos grupos, y con reproducción asexual y sexual que implica alternancia de generaciones. La principal característica del reino es la presencia de clorofila, con la cual capturan la luz, produciendo compuestos carbonados, por esta característica son autótrofos. En una variedad que supera las 250.000 especies, siendo el segundo grupo de seres vivos luego de los artrópodos. Desde el punto de vista ecológico los integrantes de este reino son considerados productores primarios, ya que captan energía solar para producir materia orgánica, razón por la cual se encuentran en la base de la cadena alimenticia. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 27 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Los principales grupos dentro de este reino son las briofitas (musgos), pteridofitas (helechos), gimnospermas (coníferas) y angiospermas (plantas con flores). Desde el punto de vista económico este reino está ligado fuertemente con la agricultura la cual genera divisas a la economía de los países productores. De las plantas obtenemos: combustible, alimentos, maderas, papel, medicinas, drogas, flores y frutos, comestibles o no. Desde el punto de vista ecológico las plantas son una de las principales fuentes de oxigeno en el planeta, vital para el resto de los organismos, sin el cual muchas especies no sobrevivirían. También están ligados con la colonización y la formación de los ambientes, desde los desiertos, tundras, bosques boreales, selvas tropicales, praderas y demás fueron producidos y moldeados por las plantas. Figura 15. Reino Plantae www. plantae.galeon.com Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 28 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica BIBLIOGRAFÍA BÁSICA - - Audesirk, T. & Audesirk G. 2004. Biología, ciencia y naturaleza. Ed. Pearson Prentice Hall. México Barderi, M., Cuniglio, F., Fernandez, E. Haut, G. Lopez, A. Lotersztain, I. y Schipani, F. 1998. Biología: Citología, Anatomía y Fisiología, Genética, Salud y Enfermedad. Ed. Santillana. Argentina Curtis, H.; Barnes, S. 2000. Biología. 6ª Edición. Ed. Médica Panamericana. México Kimball, J. 1984. Biología. 4° Edición. Addison-Wesley Iberoamericana. México Purves, W.K., Sadava, D., Orians, G.H., Heller, H.C. 2003. Vida. La Ciencia de la Biología. 6ª Edición. Ed. Médica Panamericana. Sitios Web - http://web.educastur.princast.es/cp/ventanie/Webquest/webquest.htm - http://www.aldeaeducativa.com/aldea/Tareas2.asp?which=7 - http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/chapters.html - http://www.biologia.edu.ar/ Enciclopedia Encarta - Biología - Vida - Reino (biología) ACTIVIDADES 1. Contesta brevemente las siguientes preguntas. a. ¿Cómo justificas que la Biología es una ciencia importante? b. ¿Es importante para ti? Sí, No ¿Por qué? c. Establezca las principales diferencias entre animales y vegetales d. ¿Cuál es la importancia de efectuar una clasificación de los seres vivos? 2. Completa el siguiente cuadro, indicando en cada caso el objeto de estudio de las diferentes ramas de la biología y su importancia en tu formación: Rama Botánica Zoología Citología Morfología Anatomía Fisiología Patología Ecología Objeto de Estudio Importancia en la carrera Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 29 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica 3. Con el material bibliográfico proporcionado identifique los distintos grupos de seres vivos y enumere, en la siguiente tabla, según su parecer qué importancia tiene cada uno de en su formación Grupo Bacterias Aspecto Importancia Salud Agricultura Ecología Protistas Salud Agricultura Ecología Hongos Salud Agricultura Ecología Animales Salud invertebrados Agricultura Ecología Animales Salud vertebrados Agricultura Ecología Plantas Salud Agricultura Ecología Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 30 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica SEGUNDA PARTE: INTRODUCCIÓN A LA BOTANICA Objetivos Que el estudiante adquiera la habilidad para: - Familiarizarse con conceptos botánicos claves Observar los vegetales y razone respecto a su sistemática Plantear problemas y alternativas de solución respecto a la preservación de la biodiversidad vegetal ¿QUÉ ES LA BOTANICA? El hombre siempre se interesó por la naturaleza en la que vivía. La curiosidad por esa naturaleza lo llevó a preocuparse por diferenciar plantas toxicas de las comestibles, y la forma de aprovechar hojas, flores, raíces, tallos y frutos. Así nació la botánica, ciencia milenaria que, a grandes rasgos puede describirse como: BOTANICA (del griego botaun = hierba) es la rama de la biología que se encarga del estudio integral de las plantas, su descripción, clasificación, distribución y relaciones con otros seres vivos. La botánica tiene varias ramas: la paleobotánica, que estudia los restos vegetales fósiles; la geobotánica, que trata la distribución de la flora en las distintas áreas del planeta; la botánica propiamente dicha, que ordena y clasifica las plantas y la botánica aplicada que estudia las características de las plantas en su relación con su empleo por parte del hombre. La botánica se relaciona directamente con otras ciencias ligadas como la citología (estudia las células vegetales), la histología (los tejidos vegetales), embriología (desarrollo y transformaciones del embrión), morfología (aspecto exterior de las plantas), anatomía (aspecto interior), fisiología (nutrición y reproducción vegetal). Se relaciona además con ciencias de otros campos como la geografía, la paleontología, la química, entre otras. Pero ¿Que son las plantas? Los vegetales o plantas fueron los primeros seres vivos que aparecieron en la tierra. Su actividad vital genero durante miles de años el oxígeno indispensable para la vida animal y modificaron la atmósfera original de la tierra. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 31 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Las principales características de las plantas son: - Generan su propio alimento mediante la fotosíntesis. - Están fijos en el suelo. - Crecen en grosor y longitud durante toda su vida. - Las células vegetales se caracterizan por presencia de pared celular (formada básicamente de celulosa que le da rigidez a la célula), presencia de cloroplastos (que realizan la fotosíntesis, presencia de una gran vacuola (que almacena agua y sustancias de reserva y le da turgencia a la célula). ¿CÓMO ESTÁN FORMADAS LAS PLANTAS? En líneas generales podemos aseverar que las plantas están constituidas por diferentes órganos. Ellos son: raíces, tallos, hojas, flores, frutos, semillas. Todos ellos con una gran diversidad de formas. La posición de estos órganos en las plantas, sus funciones y transformaciones son analizadas por la anatomía y la morfología y se aplican en la clasificación de los vegetales. Por lo tanto es importante conocer conceptual y funcionalmente cada una de ellas. Figura 16. Partes de una planta Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 32 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica RAIZ Para su supervivencia las plantas necesitan extraer sustancias del medio en que se encuentran. Para ello utilizan las raíces. La raíz son es la parte subterránea de las plantas, y el órgano encargado de absorber agua y sales minerales y sirve de fijación al suelo del cuerpo de la planta. Funciones: - Anclar la planta al suelo - Absorber agua y sales minerales del suelo. - Transportar y conducir el agua y las sales hacia el tallo a través de tejidos llamados xilema y el floema. - acumular sustancias de reserva en sus células Existen dos tipos principales de raíces1: - Fasciculada; cuya raíz principal tiene ramificaciones, y un desarrollo igual a las laterales - Pivotante o Axonomorfa: cuya raíz principal generalmente adopta forma cónica de mayor crecimiento que las laterales Ilustración 17. Raíz pivotante y raíz fasciculada 1 Existen otros tipos y clasificaciones de raíces, pero su desarrollo conceptual escapa a los fines de este curso. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 33 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica TA L L O Es el órgano que vincula a las raíces con las hojas. Sobre él se desarrollan las hojas y las flores, suele ser aéreo, erguido y alargado, aunque en algunas plantas presenta una estructura modificada. Funciones: - Conducir el agua y las sales minerales absorbidos por la raíz hacia las hojas (vía xilema) - Conducir los alimentos producidos por las hojas hacia el resto de de planta (vía floema) - Almacenar agua y sintetizar alimentos (e.g. cactus) Existen diferentes tipos de tallo2: - Herbáceo: blandos y verdes, no leñosos - Tronco: duro y resistente, generalmente no es verde. También llamado tallo leñoso - Caña: Tallo hueco y dividido en segmentos por nudos. Característico de las gramíneas - Estípite: tallo típico de las palmeras, formado por un tronco que remata en un penacho de hojas y flores Figura 18. Tipos de tallo: A: Herbáceo; B: Tronco; C: Caña; D:Estípite 2 Existen otros tipos de tallos, como por ejemplo los tallos subterráneos, pero su desarrollo conceptual escapa a los fines de este curso. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 34 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica HOJAS Las hojas son órganos laminares, de crecimiento definido, que por lo general se expanden desde el tallo en sentido lateral. Su disposición y funcionamiento confieren una función protagónica en distintos procesos bioquímicos de la planta (e.g. fotosíntesis e intercambio gaseoso). Partes de una hoja La hoja típica (nomófilo) consta de diversas partes que son el limbo, el peciolo y la base foliar. Ilustración 19. Partes de una hoja - - El limbo es la superficie laminar, con frecuencia verde y muy delgada, que tiene una cara superior (haz) y una cara inferior (envés) y que está recorrida por nervios (haces conductores por donde circula el agua y los nutrientes). Según el limbo, podemos diferenciar las hojas en simples (un único limbo) o en compuestas (el limbo está dividido en hojas separadas llamadas foliolos). El peciolo es el pedúnculo que une el limbo con el tallo. La base foliar o vaina es la parte por donde la hoja queda unida al nudo de un tallo. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 35 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Tipos de hojas: - - Cotiledones: hojas embrionales que aparecen tras la germinación de la semilla Catafilos: hojas normalmente incoloras de función protectora. Nomófilos: hojas normales. Realizan la función de fotosíntesis (captan la luz y la transforman en energía química) y facilitan el intercambio gaseoso. Tienen una duración: Hipsofilos o brácteas: hojas verdes que protegen o acompañan a las flores. Antófilos: hojas que forman las flores. Ilustración 20. Tipos de hojas Según la división del limbo los nomófilos u hojas normales se clasifican en simples o compuestas Ilustración 21. Hojas simples y compuestas. Fuente: www.foxitsoftware.com Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 36 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Ilustración 22. Hoja simple y hoja compuesta (pinnada y bipinnada) Las hojas pueden clasificarse por: - la forma del limbo3: acintada, acicular, aovada, acorazonada, lanceolada, lineal, ovalada, flabelada, lobulada, romboidal, sagitada - la nerviación o nervaduras4: retinervadas, paralelinervadas Forma del limbo Existen infinitas formas que pueden presentar las hojas según el tipo de vegetales. Algunas de ellas se presentan en la siguiente ilustración: Ilustración 23. Clasificación de las hojas por forma del limbo. A: acicular; B: acintada; C: lanceolada; D: aovada; E: acorazonada; F: romboidal; G: flabelada; H: sagitada; I: peltada; J: cuneiforme 3 Existen otros tipos de limbos, pero su desarrollo conceptual escapa a los fines de este curso. 4 Existen otros tipos de nerviación pero su desarrollo conceptual escapa a los fines de este curso. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 37 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Nervaduras: La nervadura es la distribución de los nervios que forman parte del tejido vascular de la hoja. A través de ellos circula la savia, nutriendo los órganos de la hoja. Existen tres tipos generales de clasificación de las hojas según sus nervaduras - uninervadas: una sola nervadura retinervadas: los nervios se disponen en forma de red paralelinervadas (los nervios se disponen en forma paralela con los márgenes laterales de la hoja) Ilustración 24. Tipos de nervaduras. A: uninervadas; B: paralelinervadas; C: retinervadas FLOR La flor es el órgano sexual de la planta. Partes de la flor: - Sépalos: hojas de color verde en la parte más externa. El conjunto de sépalos forma el cáliz. - Pétalos: son hojas grandes, brillantes y coloridas que envuelven las estructuras reproductoras. El conjunto de pétalos forma la corola. - Androceo: órgano reproductor masculino. Está compuesto por los estambres, que contienen en su interior los granos de polen (gametos masculinos). - Gineceo: órgano reproductor femenino. Está formado por uno o más carpelos. Cada carpelo consta del ovario (en su interior está el óvulo o primordio seminal), estilo y estigma. Ilustración 25. Partes de una flor de angiosperma. Fuente: www.foxitsoftware.com Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 38 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica FRUTO El fruto es el ovario fecundado y maduro que contiene la semilla que es el óvulo fecundado. Su principal función es la protección y dispersión de las semillas. Se pueden clasificar a los frutos de la siguiente manera: - - Fruto simple: un ovario simple desarrollado a partir de una sola flor. Pueden ser secos (roble, bellota, avellana) o carnosos (cereza, tomate, manzana). Fruto complejo: se desarrollan a partir de ovarios de muchas flores formando una estructura que parece un solo fruto y además tienen otras partes de la flor (frutilla, granada). Frutos compuestos: se desarrollan a partir de muchos ovarios de una inflorescencia (higo, mora). Carnosos Frutos simples Secos Frutos complejos Frutos compuestos Tabla 7. Distintos tipos de frutos Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 39 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica SEMILLA La semilla es el embrión de la planta que ha alcanzado la madurez y se encuentra en estado de latencia. Cuando la semilla encuentra las condiciones ambientales adecuadas, germinará. La semilla está formada por tres elementos: - Embrión: planta diminuta con uno o dos cotiledones. Endospermo: tejido de reserva alimentario de la semilla. Tegumento: cubierta exterior que actúa de defensa y evita la pérdida de agua de la semilla. Ilustración 26. Esquema de una semilla. Tomado de www.biblioteca.org.ar Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 40 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica CLASIFICACION DE LOS VEGETALES El estudio del reino vegetal requiere del desarrollo de un método para clasificar las distintas formas de vida. Por lo general se basan en rasgos observables a simple vista o con ayuda de sencillos materiales de observación. Existen distintas formas de clasificar a los vegetales conocidos. En este curso seguiremos tres criterios: - Presencia o ausencia de vasos conductores Presencia o ausencia de flores Presencia o ausencia de frutos verdaderos Siguiendo estos lineamientos las plantas se agrupan de la siguiente manera: Figura 27. Clasificación de los vegetales BRIOFITAS Las briofitas son un grupo de plantas primitivas que incluye a musgos y hepáticas. Las briofitas constituyen un grupo intermedio entre las plantas acuáticas y los vegetales superiores. Poseen aspecto de plantas verdaderas, pero no lo son ya que son organismos simples que carecen de un sistema de conducción y transporte interno. Además carecen de raíces, tallo y hojas verdaderas. Habitan en lugares húmedos. Al carecer de estructuras de protección son buenos indicadores de contaminación ambiental, Su ciclo de vida se presenta en dos fases: una generación dominante y una fase complementaria. La reproducción se realiza a partir de germinación de esporas. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 41 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Figura 28. Ciclo vial de una Briofita Tomado de Achá et al PTERIDOFITAS Son las plantas inferiores más desarrolladas, ya que poseen raíz, tallo y vasos conductores. Son organismos de transición entre las plantas no vasculares y las plantas vasculares. Se reproducen por medio de esporas. Suelen ser plantas terrestres o que viven sobre troncos, ramas de árboles, o bien sobre la tierra. Existen helechos arbóreos o herbáceos. La morfología general consta de n eje central que se va ramificando y formando numerosas foliaciones. Posee una fase dominante llamada esporofito que produce esporas que sirven para la reproducción. Figura 29. Ciclo biológico de una Pteridofita Tomado de Achá et al Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 42 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica GIMNOSPERMAS Las Gimnospermas se caracterizan por poseer semillas descubiertas visibles en el “pseudofruto”. Un ejemplo de estos falsos frutos lo constituyen las piñas de los pinos. Poseen hojas duras y superpuestas denominadas escamas, y hojas verdaderas por lo general en forma de agujas. Se conocen en la actualidad alrededor de 700 especies de gimnospermas. Son plantas leñosas, crecen como arboles o arbustos, y pueden alcanzar tamaños gigantescos. Las hojas tienen nervaduras rudimentarias y se mantienen verdes durante todo el año. Los vasos conductores son menos evolucionados que en las angiospermas y producen una sustancia densa llamada resina. Sus flores son poco vistosas formadas por escamas que luego se transforman en falsos frutos. Forman naturalmente bosques densos que tienen gran importancia ecológica. Económicamente las coníferas poseen valor por su madera, utilizada en la fabricación de celulosa y papel. También son cultivados como ornamentales. Figura 30. Ciclo vital característico de una Gimnosperma Tomado de Achá et al ANGIOSPERMAS Las angiospermas se diferencian de las gimnospermas porque sus semillas se encuentran encerradas y protegidas dentro del fruto que se considera verdadero por generarse a partir del ovario de la flor. Es la rama de plantas superiores más numerosa ya que posee cerca de 250.000 especies conocidas. Pueden ser herbáceas o leñosas, incluyendo hierbas, matas, arbustos y árboles. Las angiospermas se dividen en Monocotiledóneas y Dicotiledóneas. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 43 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Figura 31. Ciclo vital característico de una angiosperma. Tomado de Achá et al MONOCOTILEDONEAS En este grupo las semillas poseen un embrión con una sola hoja llamada cotiledón. Las flores tienen tres, seis o nueve pétalos y las hojas presentan nervaduras paralelas. Las raíces son fasciculadas. Comprende unas 50.000 especies siendo la mayoría herbáceas, de gran valor económico. Entre ellas encontramos las gramíneas, como el trigo, el arroz, el maíz, la cebada, el centeno, etc., que sirven para alimentación del hombre, del ganado, entre otros diversos usos. DICOTILEDONEAS Sus semillas poseen dos cotiledones, las nervaduras de las hojas son con dibujo de red, las flores tienen de 2 a 5 pétalos y la raíz es de tipo pivotante. Agrupan a aproximadamente 200.000 especies. Las dicotiledóneas tienen numerosas aplicaciones ya que muchas de sus plantas se utilizan en la industria alimenticia, en farmacología, ornamentación y construcción. Dentro de este grupo se encuentran plantas como las hortalizas (papas, remolacha, lechuga); ornamentales (rosas, margaritas, claveles); frutales (cítricos, manzanos, perales) y arboles (sauces, quebrachos, algarrobos, robles) Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 44 - ----------------------------------------------------------------- -------------- Curso de Ingreso 2016 – Botánica Bibliografía básica: - Achá, D., Fonturbel, F. Mondaca, D. Zambrana, I. 1999. Introducción a la Botánica. Manual Universitario. Universidad Mayor de San Andrés. Bolivia Audesirk, T. & Audesirk G. 2004. Biología, ciencia y naturaleza. Ed. Pearson Prentice Hall. México Font Quer, P. 1982. Diccionario de Botánica. Ed. Labor. España Marzocca, A. 1985. Nociones básicas de taxonomía vegetal. Ed. IICA. Costa Rica. Strasburger, E. 1988. Tratado de Botánica. Ed. Omega. España Valla, J. 1979. Morfología de las Plantas Superiores. Ed. Hemisferio Sur. Argentina Enciclopedia Microsoft Encarta - Plantas vasculares Morfología vegetal Actividades 1. Responda las siguientes preguntas a) ¿Qué órganos son esenciales para clasificar a los vegetales? b) Mencione los criterios utilizados para diferenciar las plantas vasculares c) ¿Qué grupo considera de mayor relevancia para su carrera? 2. Elabore un cuadro comparativo entre los grupos de vegetales mencionados, considerando aspectos generales. 3. Con el material proporcionado por el docente, identifique a qué grupo pertenece cada muestra 4. En una recorrida por el Jardín Botánico de Santiago del Estero, identifique los distintos grupos de vegetales. Facultad de Ciencias Forestales – Universidad Nacional de Santiago del Estero ---------------------------------------- pág. - 45 -
