Biología I

Biología I Marta Patricia Velázquez Ocampo

BiologĂ­a I

Biología I

Marta Patricia Velázquez Ocampo Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias

Australia • Brasil • Estados Unidos • México • Reino Unido • Singapur

Biología I, primera edición Marta Patricia Velázquez Ocampo Director Higher Education Latinoamérica: Renzo Casapía Valencia Gerente editorial Latinoamérica: Jesús Mares Chacón Editora: Karen Estrada Arriaga Coordinador de manufactura: Rafael Pérez González Diseño de portada: Anneli Daniela Torres Arroyo Imágenes de portada: © NattapolStudiO/Shutterstock.com © suns07butterfly/Shutterstock.com © Africa Studio/Shutterstock.com © Danny XU/Shutterstock.com Composición tipográfica: Arturo Rocha Hernández

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Datos para catalogación bibliográfica: Velázquez Ocampo, Marta Patricia Biología I Primera edición ISBN: 978-607-526-827-9 Visite nuestro sitio en: http://latinoamerica.cengage.com

Impreso en México 1 2 3 4 5 6 7 22 21 20 19

Contenido general Dedicatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi Carta al estudiante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv Carta al profesor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Acerca de la autora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi

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I

Biología como ciencia de la vida

2

Q INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Q La ciencia de la biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Q Características de la ciencia: sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Q Características del método científico aplicado a la biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

Observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Información previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Diseño experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Experimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Análisis de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Informe escrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 15 15 15 15 16 16 16 16 17

Q Campo de estudio y divisiones de la biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Z Campo de estudio de la biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Q Relación de la biología con otras ciencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Q Avances de la biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Q Niveles de organización de la materia viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

vi

Biología I

Q Características de los seres vivos: estructura, organización, metabolismo, homeostasis, irritabilidad, reproducción, crecimiento y adaptación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Z Z Z Z Z Z Z Z

Estructura y organización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Reproducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Crecimiento y desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Irritabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Adaptación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Vivos o no vivos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BLOQUE Q Q Q Q

II

Componentes químicos de los seres vivos

32 32 33 33 34 34 34 35

38

INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bioelementos primarios y secundarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Propiedades del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Biomoléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41 42 46 48

Z Z Z Z

49 54 58 63

Carbohidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lípidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ácidos nucleicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Q Vitaminas y propiedades nutricionales de los alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

BLOQUE

III

La célula y su metabolismo

72

Q INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Q Teoría celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Q Tipos de células . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Z Célula procarionte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Z Célula eucarionte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

vii

Contenido general

Q Estructura y función de núcleo, citoplasma y organelos con y sin membrana . . . . . . . . . . . 83 Z Z Z Z Z

Núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Citoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Membrana celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pared celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Organelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 85 85 87 87

Q Aspectos relacionados con el metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Z Z Z Z Z Z Z Z

Anabolismo y catabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 El ATP y la energía de las células . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Quimiosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Respiración celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Fermentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Q Formas de nutrición autótrofa y heterótrofa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Z Nutrición autótrofa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Z Nutrición heterótrofa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

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IV

Genética molecular y biotecnología

124

Q INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Q Estructura del ADN y del ARN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Z Estructura del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Z Estructura del ARN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Q Técnicas del ADN recombinante (ingeniería genética) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Z Z Z Z Z Z

Transgénicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Reacción en cadena de la polimerasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Pruebas de ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Vacunas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Pruebas de diagnóstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

viii

Biología I

Z Genómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Z Biorremediación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Z Nuevas tecnologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Q Bioética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Z Z Z Z

Aspectos ecológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Aspectos sociales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Aspectos éticos y morales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Aspectos económicos y políticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Q Ventajas y desventajas del uso de la biotecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

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V

Reproducción celular

158

Q INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Q Mitosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Q Ciclo celular y cáncer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Z Ciclo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Z Cáncer y enfermedades cronicodegenerativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Z Meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Q Diferenciación y células madre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Contenido general

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

1

Niveles de organización de la materia

180

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

2

Carbohidratos y nutrición

184

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

3

Pigmentos fotosintéticos

188

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

4

Respiración

192

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

5

Obtención de ADN

196

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

6

Mitosis

199

ix

x

Biología I

Dedicatoria Este libro está dedicado a Miguel, a quien agradezco su apoyo incondicional de siempre para poder escribirlo, a nuestros hijos Adriana, Rodrigo, Salvador y Rocío, y a nuestros nietos Natalia, Julieta, Emiliano y André, quienes con su luz llenan mi vida de alegría.

A todos los estudiantes que al pasar por mis aulas a lo largo de los años me dieron su cariño y me enseñaron a conocer sus intereses, inquietudes y estilos de aprendizaje, en especial a aquellos que, al igual que yo, al adentrarse en el estudio de la biología quedaron cautivados por ella y ahora son mis colegas.

Presentación

Presentación La educación actual se ha enfocado, entre otros, en los siguientes aspectos que debemos considerar en el proceso pedagógico que se desarrolla en el aula: 1.

2.

3.

4.

5.

Aprendizaje situado Aprendizaje significativo Aprendizaje profundo Evaluación Aprender a aprender (metaaprendizaje)

En este libro se han incluido propuestas de actividades concretas que permiten cubrir estos aspectos importantes de la pedagogía actual, así como el desarrollo de las competencias que marca el programa actualizado de la Dirección General del Bachillerato (DGB) y que se señalan puntualmente en cada actividad.

1. Aprendizaje situado El aprendizaje situado ocurre cuando la actividad cognoscitiva se lleva a cabo como parte de una práctica contextualizada, situada y culturalmente significativa. Por tanto, el profesor debe diseñar un ambiente de aprendizaje e involucrar a los estudiantes en contextos pertinentes, objetivos que pueden lograrse, por ejemplo, a través de la solución de problemas originales, análisis de casos, proyectos, aprendizaje basado en tecnologías de la información y la comunicación (TIC) y prácticas situadas. Para ello, en este libro se presentan las siguientes secciones:

Z Introducción y problema Cada bloque se inicia con un análisis de caso: una lectura y una serie de preguntas y actividades con la finalidad de que el estudiante se cuestione acerca de los temas del bloque. Se pretende que, al inicio, sea un reto poder resolverlo por completo para que, al concluir el bloque, se puedan observar y medir los avances que se lograron.

También se propone realizar una actividad concreta o proyecto pertinentes al contexto para desarrollar colaborativamente.

Z Transferencia para la vida En esta sección se presentan actividades que permiten al estudiante ir más allá del texto y del salón de clases para relacionar sus aprendizajes con actividades concretas de la vida cotidiana.

De esta manera se logra que el aprendizaje trascienda y forme parte de su bagaje cultural y, a la vez, que el estudiante mantenga el interés por la escuela.

xi

xii

Biología I

Z Aplica las TIC Es una oportunidad para que el estudiante incursione en páginas de internet sugeridas y profundice en los temas vistos, lo cual le permite que relacione los temas con diferentes aspectos del entorno.

2. Aprendizaje significativo Los nuevos conocimientos se deben vincular con otros adquiridos antes, por lo cual es importante averiguar qué sabe el estudiante y enseñar conocimientos relacionados. Es preciso que el profesor, en la medida de lo posible, adapte sus actividades al nivel de conocimientos del grupo para lograr que los estudiantes puedan construir significados. En este enfoque se hace hincapié en la motivación, es decir, en la disposición para aprender.

Z ¿Qué tanto sabes?

Permite rescatar conocimientos previos para relacionarlos con los nuevos aprendizajes.

Z Actividad de apertura Todos los temas comienzan con una actividad de apertura, la cual tiene como objetivo motivar al estudiante relacionando el tema que se va a abordar con la vida cotidiana. Asimismo, permite rescatar conocimientos previos que le sirven como base para el aprendizaje significativo.

3. Aprendizaje profundo Consiste en procesar la información, elaborar inferencias, construir categorías y redes semánticas y evitar la simple repetición de conceptos. No se puede solicitar al estudiante que solo recircule información, sino que debe analizarla, explicar causas, relacionar, formular hipótesis.

La memorización de datos representa un nivel superficial del aprendizaje; por ello debemos profundizar para promover la necesidad de aprender más e ir más lejos en el conocimiento.

Z Actividades El estudiante demuestra lo que ha podido comprender del tema, lo cual va más allá de la simple repetición de conceptos, pues se le solicita que los aplique. Se propone menos enciclopedismo y más razonamiento, menos memorización y más análisis y aplicación de conceptos.

Z Prácticas Se proponen actividades para realizar de manera grupal, ya sea en el aula o en el laboratorio escolar, de manera que a través de las interacciones entre compañeros se logre potenciar el aprendizaje.

Presentación

Las prácticas se distribuyen a lo largo del texto, y también se incluye un anexo al final del libro con varias actividades que deben ser desarrolladas en el laboratorio escolar.

4. Evaluación La evaluación, parte muy importante del aprendizaje, se lleva a cabo en tres momentos: a) Diagnóstica. Se realiza al inicio de un bloque o de un tema. En el texto la

tenemos en la sección ¿Qué tanto sabes? y en Actividad de apertura. b) Formativa. Se realiza cuando se revisan las Actividades, Prácticas y Transfe-

rencia para la vida y en algunas expresamente señaladas en el texto. c) Sumativa. Se marca al final del bloque en la sección Actividades de cierre de bloque con ejercicios diversos que pueden ser de alguno de los tres tipos siguientes, según quién la lleva a cabo: • Heteroevaluación: del profesor al estudiante.

• Coevaluación: entre iguales, por ejemplo, los compañeros del grupo.

• Autoevaluación: de uno mismo, que permite ejercer la reflexión para me-

jorar.

5. Aprender a aprender Se han incluido al final, en las actividades de cierre de bloque, unas preguntas para que el estudiante reflexione acerca de su proceso de aprendizaje a fin de que pueda mejorarlo, es decir, para fomentar el metaaprendizaje.

xiii

xiv

Biología I

Carta al estudiante Estimado estudiante: Este libro fue elaborado para ti, para proporcionarte información acerca de diversos temas de biología de gran interés, mostrándolos de manera sencilla, amena, sin que tengas que perderte en un mar de nombres complicados que desalienten tu lectura.

El texto te ayudará a descubrir aspectos nuevos y valiosos de la ciencia, por ejemplo, cómo llevar una nutrición saludable y qué sucede en tus células cuando haces ejercicio. Asimismo, se muestran los avances más recientes en la tecnología del ADN, de las células madre, nuevas estrategias para curar el cáncer y cómo se puede mejorar el medio ambiente. También te conduce a la reflexión acerca de aspectos de la ciencia que han desatado controversias debido a que aún se discute si son éticamente aceptables.

El libro contiene muchos ejercicios y actividades interesantes, que podrás realizar para aplicar tus conocimientos.

Pero más allá de la información que conozcas a través de este libro, su verdadero propósito ha sido que logres descubrir que la ciencia es un mundo fascinante, en el que hay todavía mucho por hacer y que tú podrías ser quien aporte nuevos conocimientos a la biología.

Espero que vivas la aventura de aprender y que disfrutes de este libro tanto como yo disfruté cuando lo escribí.

La autora.

Carta al profesor

Carta al profesor Estimado profesor: Este libro se ha ideado como una herramienta que le permita facilitar su labor pues le proporciona información completa, pertinente y actualizada sobre cada uno de los temas del programa de Biología I. Está escrito en un lenguaje accesible, con ejemplos que facilitan la comprensión.

Se pretende que a través de este texto el estudiante pueda encontrar sentido a la materia y se involucre en ella con gusto.

Sabemos también que uno de los mayores retos a los que debemos enfrentarnos los profesores es el diseño de actividades pertinentes que involucren al estudiante en el aprendizaje y que promuevan el desarrollo de competencias genéricas y disciplinares.

Es así que este texto le ofrece una amplia gama de actividades probadas en las aulas por su eficacia, que podrán motivar a sus estudiantes y promover su interés por la ciencia.

Dichas actividades están enfocadas principalmente en que el estudiante enlace los conocimientos que adquiere en la escuela para que los aplique en su entorno.

Asimismo, más allá de la memorización de datos, se promueve la aplicación del conocimiento y se pretende generar en ellos una actitud crítica y propositiva ante los avances que han surgido en la biología de los años más recientes.

La idea es que podamos formar estudiantes que se conviertan en protagonistas de su propio desarrollo académico y personal, e incluso trasciendan lo que el programa señala mediante la generación de un genuino interés en profundizar en algunos temas de actualidad.

Esperamos que este libro contribuya a este fin, aunado desde luego al entusiasmo y creatividad que aporte usted, estimado profesor, para enriquecerlo.

La autora.

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xvi

Biología I

Acerca de la autora La profesora Marta Patricia Velázquez Ocampo es bióloga egresada de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Se desempeñó como profesora de bioquímica y trabajó en el Laboratorio de Biología Molecular en la Facultad de Ciencias de dicha institución.

Ha colaborado con el Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa (ILCE), así como con la Dirección General de Telesecundarias en la elaboración de libros y material de apoyo para profesores de ciencias naturales.

Está certificada en competencias didácticas por la Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior (ANUIES) y también por el Centro Interdisciplinario de Investigación y Docencia en Educación Técnica (CIIDET); asimismo, ha participado en diplomados sobre la enseñanza de las ciencias, impartidos por la UNAM y por la Universidad Autónoma de Querétaro, así como en diplomados en formación de talentos en las ciencias, tutorías académicas y en pensamiento creativo, entre otros.

Ha impartido cursos y conferencias a profesores sobre diversos tópicos relacionados con estrategias didácticas y competencias aplicadas a la biología en diferentes ciudades del país.

Cuenta con experiencia docente de más de 30 años. Ha sido profesora de nivel medio superior en diversas instituciones privadas, como la Universidad del Valle de México (UVM), la Universidad Latina de América, así como en el Colegio de Bachilleres de Querétaro como profesora de tiempo completo.

Ha colaborado con la Dirección General del Bachillerato (DGB) como elaboradora de los programas de Biología I y Biología II de la actual Reforma Educativa, y ha participado como asesora y elaboradora de los programas de Biología y de Temas Selectos de Biología en las reformas anteriores.

Es autora, desde 2005, de libros que han tenido amplia difusión en instituciones de nivel medio superior de todo el país: Biología 1, Biología 2, Temas selectos de Biología I, Biología por competencias 1 y 2, y Biología I con enfoque por competencias, publicado por Cengage en 2016.

BiologĂ­a I

BLOQUE

Propósito del bloque: Explica el campo de acción de la biología, distinguiendo las características que unifican a los seres vivos, reconociendo de manera crítica y responsable su participación dentro de la naturaleza.

© Eduard Goricev/Shutterstock.com

I

Biología como ciencia de la vida

Competencias genéricas

Competencias disciplinares

CG 5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante

CD 1 Establece la interrelación entre la ciencia,

la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

CG 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.

CG 8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

CD 13 Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos.

Horas asignadas: 10 horas

Conocimientos

Habilidades

Actitudes

Características de la ciencia y método científico.

t

t

t t t

Sistemática Metódica Objetiva

t t

Verificable Modificable

Campo de estudio y divisiones de la biología.

Relación de la biología con otras ciencias.

Avances de la biología.

Niveles de organización de la materia viva.

Características de los seres vivos:

t t t t t

Metabolismo: catabolismo y anabolismo Estructura celular t Reproducción Organización t Crecimiento Homeostasis t Adaptación Irritabilidad

t

t t

Reconoce las características de la ciencia y las del procedimiento científico.

Describe los avances del campo de estudio de la biología y su relación con otras ciencias.

Distingue los niveles de organización de la materia.

Identifica las características de un ser vivo.

t

t

Favorece un pensamiento crítico ante las acciones humanas de impacto ambiental.

Se relaciona con sus semejantes de forma colaborativa mostrando disposición al trabajo metódico y organizado.

Reflexiona sobre diferentes posturas para conducirse en el contexto.

Aprendizajes esperados t t t

Analiza, por medio del método científico, diferentes problemáticas de su entorno mostrando disposición al trabajo metódico y organizado.

Explica la importancia de la biología, sus avances, así como su relación con otras ciencias, favoreciendo un pensamiento crítico sobre su impacto en su entorno.

Distingue los niveles de organización y las características de los seres vivos, identificándolos en su entorno, asumiendo una actitud responsable hacia el mismo.

¿Qué tanto sabes?

A manera de recordatorio de tus conocimientos sobre los temas de este bloque, contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es el objeto de estudio de la biología?

2. Describe la diferencia entre molécula y célula.

3. De la siguiente lista, subraya las características que están presentes en todos los seres vivos. g) Tienen células d) Caminan a) Se nutren b) Hacen fotosíntesis c) Tienen cabeza 4. ¿De qué está hecho un ser vivo?

e) Piensan

h) Se reproducen

f) Respiran

i)

Nadan

5. Menciona dos ciencias relacionadas con la biología.

6. ¿Qué estudia un botánico? ¿Y un paleontólogo?

7. Explica cuál es la importancia social de la ciencia.

8. Describe cómo te imaginas a un científico. ¿En qué basas tu idea?

9. Menciona algún avance reciente de la biología que haya mejorado la calidad de vida de las personas.

10. ¿Es necesario conservar la naturaleza? ¿Por qué?

© Damsea/Shutterstock.com

La biología estudia las interacciones entre las diferentes especies y su relación con el ambiente.

4

Bloque I Biología como ciencia de la vida

INTRODUCCIÓN El día de hoy, mientras te dirigías a la escuela, posiblemente observaste en tu camino algunos árboles, flores e insectos; asimismo, quizá has leído o te has enterado de los problemas que se han generado por los efectos del calentamiento global, por ejemplo, para los osos polares, y también sobre el exceso de plásticos en el mar. Además, constantemente escuchas sobre nuevos tratamientos para el cáncer, sobre las pruebas de ADN, y es común hablar sobre alimentos más saludables y energéticos que previenen enfermedades.

En todos los temas anteriores interviene directamente la biología, que es la ciencia que estudia las diversas formas de vida, desde microorganismos hasta grandes grupos de animales y plantas, ecosistemas y sus interrelaciones. En otras palabras, es la disciplina que estudia a los seres vivos en todos sus niveles de complejidad, así como las interacciones entre las especies y su relación con el ambiente, de manera que sepamos cómo conservarlas.

Sin embargo, también se enfoca en el aspecto microscópico y busca explicaciones acerca de cómo funciona interiormente un ser vivo: sus células, sus biomoléculas, su ADN. Estos estudios nos pueden llevar a entender el origen de las enfermedades, cómo alimentarnos mejor o vivir más años con una buena calidad de vida.

En este bloque conocerás acerca de la forma en que se lleva a cabo el trabajo científico, el campo de acción de la biología y la importancia de esta ciencia en el mundo actual, así como sus avances e impacto en el entorno, las ciencias con las que se vincula, los niveles de organización de la materia y las características de los seres vivos.

Problema Organizados en equipos de cuatro integrantes, lean el siguiente texto y resuelvan las preguntas que se plantean. Mientras avanzan en el bloque verifiquen sus respuestas para que, al concluirlo, las revisen y entreguen su proyecto a su profesor.

Las abejas, nuestro tesoro Seguramente alguna vez has tenido frente a ti una abeja y posiblemente has sentido temor de que te ataque y clave su aguijón… ¡causándote gran dolor e hinchazón! Sin embargo, cabe preguntarnos si las abejas tienen predilección por andar por allí clavando su aguijón en las personas o si lo hacen solamente cuando se sienten agredidas y esa es su manera de defenderse, pero pierden la vida en esa acción.

Lo cierto es que su función biológica es imprescindible para la mayoría de las plantas de nuestro planeta.

Las abejas realizan la polinización, proceso de intercambio de polen entre las flores, por el cual las plantas logran reproducirse y dar frutos. Su intervención favorece el desarrollo de los vegetales, la producción de oxígeno, que las cadenas alimentarias sigan su curso y en general que nuestro planeta mantenga sus ecosistemas.

Se sabe que alrededor de tres de cada cuatro plantas comestibles necesitan la polinización asistida específicamente por abejas. Por ello, la producción de la mayoría de los alimentos que consumimos (como frutas, verduras y leguminosas) depende de estos insectos. Ello nos indica que las plantas del campo, las flores que embellecen los paisajes, los árboles y arbustos de diversos hábitats no existirían sin la ayuda de estos pequeños insectos.

5

6

Biología I

Lamentablemente, las abejas se encuentran en peligro de extinción. Se ha reportado que en Europa ya se han extinguido cuatro especies de abejorros, y la disminución de sus poblaciones oscila entre 50 y 80%.

En México ya se nota esta reducción en diversas regiones del país. Si bien no se dispone de datos precisos que cuantifiquen la disminución de estos polinizadores, sabemos que las poblaciones de abejas están en crisis, y que el reto para el futuro inmediato es lograr preservarlas.

1. Describan el problema planteado en esta lectura.

2. ¿Cuál es el nivel de gravedad de este problema en nuestro país? Investiguen al respecto en fuentes confiables, las cuales deberán citar.

3. Planteen al menos dos hipótesis para explicar el origen del problema.

4. Elijan una de estas hipótesis y anoten cuál sería el procedimiento que seguirían para averiguar si es correcta.

5. ¿Qué aspectos deben tomarse en cuenta para que los resultados de una investigación sean válidos?

6. ¿A qué especialistas de diversas ramas de la biología consultarían para realizar una investigación sobre este tema?

7. ¿A qué científicos, además de biólogos, invitarían para trabajar en este problema?

8. Elaboren un proyecto que incluya acciones concretas a realizar en su entorno para evitar que este problema crezca aún más.

Algunos ejemplos de proyectos serían los siguientes: a) Crear un huerto familiar o techo verde, de manera que se contribuya a dar fuentes de alimento a las abejas y al desarrollo sustentable al cultivar sus propios alimentos.

© Jack Hong/Shutterstock.com

b) Poner en práctica una campaña en medios electrónicos para preservar el hábitat y la vida de las abejas.

Las abejas están en peligro de extinción y se proponen medidas para protegerlas.

Bloque I Biología como ciencia de la vida

Aplica las TIC Para complementar la información de este tema y encontrar algunas ideas sobre las preguntas planteadas, consulta la siguiente página web: http://mexiconuevaera.com/nacional/ambiental/2018/10/4/en-grave-riesgo-laspoblaciones-de-abejas-y-la-polinizacion-unam

La ciencia de la biología Actividad de apertura ¿Has observado a los insectos que habitan tu entorno? Elabora una lista que contenga cinco de los que veas de manera cotidiana. ¿Te has preguntado cuánto tiempo viven? ¿Cómo nacen? ¿De qué se alimentan? Y, sobre todo, ¿qué importancia tienen para la vida de los demás seres vivos, incluidos los humanos? Responde en tu cuaderno estas preguntas y posteriormente comparte tus respuestas con tus compañeros.

Desde tiempos inmemoriales el ser humano ha contemplado la naturaleza con un sentimiento de asombro y curiosidad. Muchas personas se han planteado las preguntas que acabamos de hacer y han dedicado su tiempo y esfuerzo a contestarlas.

El mundo vivo que nos rodea es tan diverso como las estrellas que hay en el universo: existen desde pequeños microorganismos hasta formas inimaginables de animales marinos, plantas de todos tamaños, hongos de colores que esconden venenos peligrosos, aves cantadoras y pequeños animales que amamos como mascotas. En fin, hay muchos temas que aún debemos conocer y comprender acerca de los seres vivos. Por otra parte, si profundizamos en la investigación de lo que hay en nuestro interior, también descubriremos un mundo fascinante de moléculas y células perfectamente organizadas para cumplir con todas sus funciones.

Podemos definir a la biología como una ciencia experimental y sistemática basada en una metodología que pretende describir los procesos que comparten los seres vivos, la forma en que se mantiene y multiplica la vida, la biodiversidad y las relaciones de los organismos con su ambiente. Esta ciencia se relaciona con otras disciplinas científicas como la química y las matemáticas para generar conocimientos de aplicación universal.

La biología nació de la curiosidad del ser humano por entender los fenómenos relacionados con la vida y por describir cada una de las partes de los seres vivos que existen en el mundo. En un principio fue una disciplina predominantemente descriptiva que consistía en hacer un largo inventario de todas las especies de plantas y animales. Los naturalistas (los biólogos del pasado) se dedicaban a recolectar organismos y describirlos de manera minuciosa, asignándoles un nombre científico.

CG 8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

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Biología I

© MarcelClemens/Shutterstock.com © Budimir Jevtic/Shutterstock.com

Esta ciencia fue objeto de largas discusiones filosóficas que pretendían explicar la “esencia de la vida” a partir de la reflexión influida por las ideas preconcebidas de los pensadores que participaban en ellas, por ejemplo, los filósofos griegos. Poco a poco, al apoyarse cada vez más en una observación cuidadosa y metódica de los fenómenos naturales, la biología se erigió como una verdadera ciencia experimental y objetiva, de manera que se cambiaron viejas ideas subjetivas para dar lugar a nuevas teorías científicas basadas en una metodología y una sistematización racionales del conocimiento adquirido.

A lo largo del tiempo, la biología ha avanzado gracias al desarrollo de la tecnología. El diseño de microscopios cada vez más potentes y de técnicas para estudiar las moléculas de la vida junto con el perfeccionamiento de la computadora La Tierra responde como un todo a los daños que han sido decisivos para que esta ciencia se encuentre a la vanrecibe, como si fuera un solo ser vivo. guardia, lo que ha dado lugar a conocimientos nunca antes imaginados.

Con el apoyo de la tecnología hemos logrado comprender los fenómenos biológicos en todos los niveles, desde el microscópico y bioquímico, hasta la imagen macroscópica de nuestro planeta azul visto desde el espacio. Este conoSubjetivo. Interpretación cimiento nos ha hecho cobrar conciencia de que la Tierra semeja un enorme ser de la realidad basada en la percepción, valoración y vivo que responde como un todo a los daños que recibe. apreciación personales.

Así, ha surgido la creciente necesidad de encontrar alternativas para dismiBiotecnología. Empleo de nuir el impacto ambiental producido por el ser humano en los diversos ecosiscélulas vivas para obtener temas, que ha generado el cambio climático que nos preocupa y causa cada vez y mejorar productos útiles más problemas. como los alimentos y los medicamentos.

Por otra parte, los grandes avances de la biología molecular han permitido al ser humano no solo comprender la forma en que funcionan los seres vivos, sino también la manera en que estos pueden ser modificados genéticamente.

Esta ciencia ha cobrado tal importancia que se dice que actualmente vivimos en el “siglo de la biología” debido a los avances extraordinarios que ha generado y a los descubrimientos que han permitido controlar enfermedades que antes nos asolaban, además de diseñar nuevas estrategias para lograr una mayor producción de alimentos y desarrollar biotecnologías que facilitan la vida de la humanidad.

Sin embargo, aún hay mucho por hacer.

Para muchas personas, la biología sigue siendo una gran aventura: el reto de desvelar los secretos de la naturaleza y descifrar sus La biología ha tenido grandes avances pero aún hay mucho por misterios por el simple hecho de atreverse a descubrir. hacerlo.

Bloque I Biología como ciencia de la vida

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Actividad Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es la diferencia entre un naturalista y un biólogo?

2. ¿Qué aportaciones importantes ha hecho la tecnología al desarrollo de la biología?

3. ¿Por qué se dice que vivimos en el “siglo de la biología”?

4. ¿Cuáles son los problemas ambientales más urgentes que se deben resolver y qué piensas que se tiene que hacer para disminuir su impacto?

Características de la ciencia: sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable Actividad de apertura ¿Qué son los mitos? ¿Cuál es la diferencia entre la ciencia y las leyendas?

Reflexiona acerca del siguiente relato: En el pasado, a algunas enfermedades se les atribuían causas que no tenían nada que ver con su origen. Por ejemplo, los griegos pensaban que los epilépticos tenían una enfermedad sagrada, que un dios arrojaba a la persona al suelo, le producía convulsiones y luego la regresaba a su estado normal.

Por lo tanto, estos episodios se consideraban un fenómeno sobrenatural, que causaba asombro y a veces temor debido a que se consideraban un mal presagio. Hipócrates la llamó Morbus Maior.

1. ¿Qué sabes sobre la epilepsia? ¿Cuál es su origen? ¿Qué pensaban las personas acerca de ella?

2. Comenta con tus compañeros lo que conozcan con respecto a este padecimiento y si es posible controlarlo o curarlo.

3. ¿Qué otros mitos o leyendas conocen, por ejemplo, acerca de los eclipses? ¿Es cierto que las mujeres embarazadas no deben exponerse a espacios abiertos durante un eclipse?

Las personas suelen hacerse preguntas acerca de los fenómenos que suceden a su alrededor. A veces, la curiosidad las impulsa, pero otras tantas, la necesidad de resolver un problema concreto las lleva a encontrar las respuestas. En ocasiones, como en los ejemplos que hemos señalado, las respuestas no tienen un fundamento científico y suelen basarse en mitos, en leyendas o en creencias que se han transmitido a través de las generaciones. Muchas veces, los conocimientos que nos transmite el saber popular son poco cuestionados y los creemos como verdades absolutas sin ponerlos a prueba.

CD 1 Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

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Biología I

En el pasado también prevalecía el conocimiento empírico, que se basa en la observación de la naturaleza y es un saber que se transmite por tradición oral; por ejemplo, el uso de plantas medicinales, el conocimiento de la época de siembra y cosecha o el uso de remedios caseros para distintos fines. Si bien este conocimiento es útil no siempre está bien fundamentado.

Por el contrario, la ciencia implica la búsqueda de respuestas a diversas preguntas, pero con un enfoque riguroso en el rastreo de evidencias contundentes y comprobables que nos permitan aproximarnos a la esencia de los fenómenos. El científico no se conforma con cualquier explicación de los fenómenos que observa, sino que indaga, busca y experimenta para eliminar sus dudas. Esta actitud implica un trabajo sistemático y organizado para descubrir los secretos de la naturaleza.

Así, la ciencia puede definirse como una actividad humana que busca explicaciones objetivas de los fenómenos con base en los hechos observables, que de manera sistematizada obtiene conocimientos y es modificable; es decir, ningún conocimiento científico se considera una verdad absoluta ni eterna.

Debido a que es una actividad humana, la investigación científica es afectada por factores sociales, económicos y políticos; a su vez, influye en ellos. La manera de hacer ciencia ha evolucionado y lo hace constantemente, y sus cambios se relacionan con el pensamiento prevaleciente de cada época y con los avances tecnológicos.

Por ejemplo, hasta antes del siglo xvi, la concepción acerca de la diversidad del mundo natural se basaba en la inmutabilidad de las especies, es decir, se pensaba que todos los seres vivos habían sido siempre iguales y que no se relacionaban entre sí. Esta teoría se basaba en la idea de una Tierra estática que era el centro del universo y en la afirmación de que nuestro planeta tenía tan solo unos 6 000 años de antigüedad, una concepción muy diferente de la que se tiene en la actualidad.

Más tarde, cuando se descubrieron los fósiles, el hecho de encontrar el parecido entre ciertas especies y observar que había algunas emparentadas hizo surgir entre algunos naturalistas la idea de que los organismos pudieron pasar por un proceso de transformación para dar lugar a la diversidad existente. Sin embargo, estas ideas no prosperaron sino hasta el siglo xix, cuando las corrientes de pensamiento más modernas, encaminadas a explicar que las sociedades evolucionaban, favorecieron el nacimiento de la teoría evolutiva, propuesta al mismo tiempo por dos personajes en lugares distintos: Charles Darwin y Alfred Wallace.

Esta teoría no solo revolucionó la ciencia de la biología pues permitió descubrir que existe una relación entre todos los seres vivos y que todos se encuentran en proceso continuo de transformación, sino que también influyó definitivamente en el pensamiento y en la cultura de su tiempo.

Gracias a los avances en la genética, en la actualidad se han obtenido nuevas evidencias que, sin lugar a dudas, fundamentan la teoría de la evolución. Cada día surgen explicaciones acerca de cómo se originan las especies, de manera que no podríamos asegurar que esta es una teoría completamente terminada o definida. Y esa es una de las principales características de la ciencia: estar en constante desarrollo de acuerdo con las evidencias que surgen y los conocimientos que se generan en las distintas áreas del conocimiento.

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Así, la biología ha avanzado en respuesta a los cambios que se han presentado en la sociedad con base en los avances tecnológicos y los cambios en el pensamiento filosófico de cada época.

Quizá te preguntes qué se necesita para ser un científico.

Tal vez los imagines como personajes aislados y excéntricos.

Nada más alejado de la realidad. Un científico es una persona como cualquier otra, que tiene problemas, gustos, aficiones y amigos; con una gran curiosidad, que gusta de enfrentar, entre otros, el reto de descubrir las causas de las cosas, y El espíritu científico se encuentra en cada niño que que es perseverante para buscar todos los caminos para re- quiere investigar la naturaleza. solver los problemas. El espíritu científico se encuentra en cada niño que hace mil preguntas acerca de la naturaleza, de la vida y del mundo que lo rodea. Quienes conservan ese espíritu en la edad adulta se convierten en científicos y disfrutan con pasión cada día de su trabajo.

Por ejemplo, James Watson (1928) es un biólogo estadounidense que desde niño amó la ornitología, esto es, el estudio de las aves. Él hizo un doctorado en zoología y más adelante se interesó por entender a fondo los cambios hereditarios, por lo cual se dedicó a la genética molecular. Es uno de los descubridores de la estructura del ADN, investigación que tuvo una trascendencia enorme en el campo de las ciencias biológicas. Ganó el Premio Nobel de Química en 1962 y siguió trabajando en diversos proyectos de gran relevancia relacionados con el estudio de los genes. A pesar de su edad avanzada en la actualidad no ha perdido el entusiasmo y el gusto por la ciencia y sigue haciendo nuevas investigaciones en su laboratorio. El mundo necesita más científicos, ¡ojalá te conviertas en uno!

Existen ciertas características que distinguen el trabajo científico. Veamos cada una de ellas: t Sistemática: en primer lugar, el trabajo científico debe efectuarse en orden;

se trata de organizar claramente las ideas y las observaciones para comprender los fenómenos que se estudian. Todo científico tiene una bitácora en la que anota día a día lo que hace, toma nota de sustancias, cantidades, tiempos, observaciones y, de manera minuciosa, organiza sus datos. Elabora tablas y gráficas de sus resultados, los analiza y así es como puede llegar a conclusiones confiables. t Metódica: en el pasado, se pensó que para hacer ciencia bastaba con proponer una idea y defenderla brillantemente ante los filósofos o científicos. Sin embargo, el avance mayor de la ciencia se produjo cuando se estableció la necesidad de comprobar las ideas, teorías, conjeturas, etc., mediante el método experimental. El método científico, como se verá más adelante, no es una mera secuencia de pasos, sino una guía de investigación en la que se puede ir y venir de una hipótesis para obtener resultados, hasta el nuevo planteamiento de un problema, pero siempre de acuerdo con un orden que permita obtenerlos de tal forma que puedan interpretarse para extraer conclusiones.

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Bloque I Biología como ciencia de la vida

12

Biología I

t Objetiva: la ciencia se basa en hechos observables y medibles. El investiga-

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dor no debe dejarse influir por ideas preconcebidas ni ajustar sus resultados a lo que él u otros esperan. Debe ser capaz de informar exclusivamente qué observa sin dejar que sus expectativas modifiquen sus datos. En muchas ocasiones no es fácil asumir esta actitud porque la mente humana es muy poderosa y se deja llevar por lo que queremos encontrar. Por ejemplo, imaginemos que se está probando un nuevo medicamento para el cáncer. El científico, con la esperanza de tener éxito, podría interpretar los resultados de las pruebas que efectúa en pacientes de manera positiva, sin que en realidad lo sean. t Verificable: es decir, que cualquier persona pueda repetir el experimento y obtener resultados similares. Para ello es imprescindible llevar un registro detallado de todos los pasos de la investigación para repetirla en las mismas condiciones cuando sea necesario. Por ejemplo, los científicos James P. Allison y Tasuku Honjo, ganadores del Premio Nobel de Medicina 2018, que han desarrollado recientemente estudios para la cura del cáncer basados en el sistema inmunológico (inmunoterapia), han publicado varios artículos en los que explican sus resultados a fin de que cualquier otra persona en otra parte del mundo pueda repetir sus experimentos y obtener los mismos efectos. De no ser así, su investigación no sería confiable ni válida. t Modificable: una de las características fundamentales de la ciencia es que está en constante cambio. No podemos asegurar que lo que se ha descubierRefutar. Contradecir con to hasta ahora es la verdad absoluta, sino que es una simple aproximación al argumentos o razones lo conocimiento, que es válida por el momento mientras no haya nuevas exque otros dicen. plicaciones derivadas de los avances de cada época. Es importante atreverse a vencer el principio de autoridad, es decir, que no porque exista una teoría ya comprobada esta no puede ser refutada por nuevas evidencias que demuestren que no es tan precisa como se creía. La ciencia ha avanzado gracias a quienes han desafiado con nuevas observaciones los conocimientos ya establecidos. Por ejemplo, los ganadores del Premio Nobel de Medicina 2005, Barry J. Marshall y J. Robin Warren, se atrevieron a defender sus ideas acerca de que la gastritis era causada por una bacteria cuando todos pensaban que era provocada por estrés o por comidas picantes y que una bacteria no podría sobrevivir en los ácidos del estómago. Sin embargo, perseveraLos científicos realizan un trabajo metódico y sistemático. ron en su idea y lograron comprobarla, de manera que hicieron una gran aportación a la ciencia.

En conclusión, podemos decir que la ciencia es una forma de entender el mundo, una acumulación de saberes que se adquieren de acuerdo con una metodología propia de investigación, que se caracteriza por ser sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable.

Bloque I Biología como ciencia de la vida

13

Sin embargo, la ciencia no tiene poderes ilimitados, es decir, no puede contestar todas las preguntas ni es infalible. Por ejemplo, no pretende resolver las causas de la muerte o la finalidad de la vida, ya que en estos temas interviene la subjetividad, esto es, la forma en que cada persona percibe el mundo, de donde nacen la filosofía y la religión. La ciencia no tiene por qué contraponerse a las ideas filosóficas o religiosas que nos explican el mundo, sino que puede complementarse con ellas. La ciencia abarca el campo de lo objetivo, lo observable y lo comprobable, por lo que es importante establecer con claridad sus límites para no esperar de ella más de lo que puede ofrecernos.

La ciencia es una aventura fascinante, que por sí misma causa emoción cuando desvela los secretos de la naturaleza; es una bella experiencia que atrapa a quien incursiona en ella. Contrario a lo que algunos piensan, no tiene un simple sentido de utilidad, sino que es una manifestación de la cultura y de la capacidad del ser humano por comprender el mundo que le rodea.

Actividad Reflexiona acerca del siguiente planteamiento: Algunas personas afirman que para curar enfermedades respiratorias basta con colocar una cebolla cerca de la cama del enfermo. De esta manera, los virus o bacterias que causen la enfermedad serán eliminados y la persona sanará.

CG 5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

Analiza esta información en términos de las características de la ciencia y explica por escrito qué se necesitaría hacer para que esta afirmación fuera un conocimiento científicamente comprobado. Entrega tu trabajo a tu profesor.

Características del método científico aplicado a la biología Actividad de apertura Lee el siguiente texto, resuelve las preguntas en tu cuaderno y comparte tus respuestas con tus compañeros: Andrea vive en un poblado pequeño, alejado de la ciudad, en una zona boscosa llena de flores y hongos. Hace algunos días observó que ella y varios de sus vecinos empezaron a enfermar pues presentaban ronchas y escozor en la piel. Los afectados eran niños y adultos y se desconocía la causa. Solo se sabía que en esa época, debido al cambio de estación, abundaban el polen y diversos insectos y que por el lugar pasaba un río en el que se descargaban las aguas residuales de una fábrica. Algunos científicos fueron al poblado para tratar de ayudar a los pobladores y descubrir el origen de este problema.

1. ¿Cuál es el problema planteado?

2. Nombra dos hipótesis que podrían explicar el problema.

3. Describe los pasos que seguirías para comprobarlas.

36

Biología I

Actividades de cierre de bloque 1. Cuestionario para heteroevaluación I. Responde en tu cuaderno las siguientes cuestiones: 1. Anota una definición de biología.

2. Da un ejemplo en el que la biología ha mejorado la vida de las personas.

3. Elabora un diagrama ordenado de los niveles de organización de la materia, en el que incluyas los siguientes términos: célula, ecosistema, biosfera, molécula, organismo, tejido, átomo y órgano.

4. Imagina que caminas por un bosque y encuentras una masa gelatinosa, muy brillante, pegada al tronco de un árbol. ¿Cómo harías para demostrar si se trata de un ser vivo?

5. Describe un problema ambiental actual y lo que se requiere para tratar de resolverlo.

2. Lista de cotejo del periódico mural para coevaluación Aspecto a calificar

Valor (puntos)

1. El periódico contiene información escrita sobre el tema elegido.

1

2. Se muestra información actualizada, con datos recientes sobre el tema.

1

3. Se indican correctamente las fuentes consultadas.

1

4. A través del periódico se muestra la interrelación entre la ciencia, la tecnología y la sociedad.

1

5. Contiene imágenes alusivas al tema.

1

6. Se observa un equilibrio entre texto e imagen.

1

7. No contiene faltas de ortografía.

1

8. Se observa un trabajo de buena calidad en diseño, letras e imágenes.

1

9. Los integrantes del equipo explican claramente su trabajo.

2

Cumple

No cumple

Valoración 10 puntos

Excelente

8-9 puntos

Bien

6-7 puntos

Suficiente

1-5 puntos

Insuficiente

3. Resolución del problema Retoma, junto con tu equipo, el caso que se planteó al principio y observa si han podido responder todas las preguntas. Muéstrenlo al profesor para corroborar si lo hicieron bien. Expongan a otros equipos sus propuestas respecto del proyecto que hayan sugerido y llévenlas a cabo, como una acción en la que demuestran su compromiso con el entorno.

Bloque I Biología como ciencia de la vida

4. Autoevaluación de las competencias Con base en la cantidad de aciertos obtenidos en la solución del problema anterior, usa esta rúbrica para que ubiques cuáles desempeños consideras que alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma los puntos que obtengas y luego consulta la escala.

Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser honesto en este tipo de valoraciones para así determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

Aspectos a evaluar

3

2

1

a) Analizo por medio del método científico diferentes problemáticas de mi entorno y muestro disposición al trabajo metódico y organizado

Utilizo correctamente el método científico, en diferentes problemáticas de mi entorno

Aplico, con algunas dificultades, el método científico, en diferentes problemáticas de mi entorno

No he logrado encontrar la manera de aplicar el método científico en problemáticas de mi entorno

b) Explico la importancia de la biología y sus avances, así como su relación con otras ciencias, favoreciendo un pensamiento crítico sobre su efecto en el entorno

Explico claramente por medio de ejemplos la importancia de la biología y sus avances, así como su relación con otras ciencias y su efecto en el entorno

Describo, con algunas dificultades, la importancia de la biología y sus avances, así como su relación con otras ciencias, sin mencionar su efecto en el entorno

No reconozco la importancia de la biología y sus avances, ni su relación con otras ciencias, ni analizo su efecto en el entorno

c) Distingo los niveles de organización y las características de los seres vivos identificándolos en el entorno, asumiendo una actitud responsable hacia este

Identifico claramente los niveles de organización y las características de los seres vivos y promuevo la conservación del entorno

Identifico con algunas dificultades los niveles de organización y las características de los seres vivos, pero asumo una actitud responsable hacia el entorno

No logro identificar los niveles de organización y las características de los seres vivos y aún no he asumido una actitud de cuidado del entorno

Valor

9

6

3

Total

Valoración Excelente

8-9

Bien

6-7

Regular

4-5

Insuficiente

1-3

5. Aprendiendo a aprender Reflexiona y responde las siguientes preguntas de acuerdo con tu desempeño en el estudio de este bloque: 1. ¿En qué actividad se te presentaron más dificultades?

2. ¿Qué estrategias tomaste para superarlas?

3. ¿Reconociste conocimientos previos? ¿Cuáles?

4. ¿Profundizaste por tu cuenta en alguno de los temas? ¿En cuál?

37

BLOQUE

Propósito del bloque: Plantea la clasificación y constitución de las moléculas que forman parte de los seres vivos y alimentos, identificando sus funciones para favorecer la toma de decisión consciente e informada sobre una alimentación balanceada.

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II

Componentes químicos de los seres vivos

Competencias genéricas

Competencias disciplinares

CG 1.5 Asume las consecuencias de sus

comportamientos y decisiones.

CG 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo.

CD 5 Contrasta los resultados obtenidos en una

investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

CD 12 Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.

Horas asignadas: 10 horas.

Conocimientos

Habilidades

Actitudes

Bioelementos primarios y secundarios.

Biomoléculas:

t

t

t t t t t

t

Agua Carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos (ADN, ARN)

Vitaminas.

Propiedades nutricionales de los alimentos.

t

t

Identifica los diferentes bioelementos que participan en los procesos biológicos.

Distingue las propiedades fisicoquímicas del agua.

Describe la estructura y función de las diferentes biomoléculas y vitaminas presentes en los organismos.

Reconoce las propiedades nutricionales de los componentes químicos presentes en los alimentos.

t

Participa de manera responsable en el cuidado de su salud.

Toma decisiones de manera consciente e informada asumiendo las consecuencias de sus acciones.

Aprendizajes esperados t Examina la presencia de biomoléculas en alimentos presentes en su entorno, promoviendo la toma de decisiones conscientes e informadas que favorezcan el cuidado de su alimentación.

¿Qué tanto sabes?

A manera de recordatorio de tus conocimientos sobre los temas de este bloque, resuelve las siguientes preguntas: 1. Anota el nombre de estos elementos químicos: Na _____________

N _____________

K

_____________

Fe

_____________

I

_____________

Ca _____________

F

_____________

Mn _____________

Se _____________

2. Anota tres propiedades físicas del agua.

3. Explica qué es un puente de hidrógeno y elabora un esquema para representarlo.

4. Señala cuál es la función principal de los carbohidratos.

5. Da un ejemplo de alimento que sea rico en lípidos.

6. Explica cuál es la diferencia entre una vitamina y una proteína.

7. ¿Qué son los aminoácidos esenciales?

8. Describe la función del ADN. 9. ¿Qué importancia tiene la elección de una nutrición adecuada?

10. ¿Cuáles hábitos alimentarios consideras que son perjudiciales para tu salud?

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Cada alimento aporta una cantidad específica de calorías a nuestro organismo, que nos brinda energía para realizar nuestras actividades.

40

Bloque II Componentes químicos de los seres vivos

41

INTRODUCCIÓN Ante la posibilidad de elegir un alimento, por ejemplo, entre unas papas fritas y una manzana, ¿cuál prefieres? ¿En qué podrías basar tu elección? ¿Qué consecuencias tienen las elecciones que hacemos día a día sobre cómo nos alimentamos? Las investigaciones y estudios más recientes sobre la salud humana, el envejecimiento, las posibilidades de enfermedades como diabetes, cáncer, problemas cardiovasculares y muchas más apuntan a la nutrición como factor decisivo para que se desencadenen o se agraven este tipo de procesos. Así que es importante saber que una alimentación adecuada previene enfermedades y conduce al bienestar en general.

En este bloque describiremos los componentes químicos y sus funciones en los seres vivos. Asimismo, explicaremos sus propiedades nutricionales debido a que están presentes en los alimentos que consumimos y la importancia de su consumo adecuado, de manera que se tenga la posibilidad de tomar decisiones correctas sobre el cuidado de la alimentación.

CD 5 Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Problema Organizados en equipos de cuatro miembros, realicen la siguiente lectura y resuelvan las preguntas que se plantean. A medida que avancen en el bloque verifiquen sus respuestas para que, al concluirlo, entreguen el proyecto a su profesor.

Celebración de la amistad Emilio y sus amigos decidieron organizar un día de campo para celebrar el reinicio de clases. Para ello, cada uno se comprometió a colaborar con diversos alimentos. Andrés llevó frituras en bolsa, galletas y refrescos; Julieta, sándwiches de queso y atún, mientras que Adriana aportó fruta y una ensalada de lechuga.

En el paseo observaron diversos insectos, algunas plantas y recolectaron algunos frutos llamados garambullos, que se encontraban en un cactus. Investigaron si podían comerlos y supieron que este tipo de frutos, además de ser deliciosos, previenen enfermedades, por lo que es muy saludable consumirlos.

También encontraron una araña roja; ante la duda de si era venenosa o no decidieron no tocarla y se limitaron a observar con cuidado y admiración cómo tejía una gran telaraña. La reunión fue muy divertida, pues observaron y apreciaron las bellezas naturales del entorno.

1. ¿Cuál de los amigos llevó alimentos ricos en carbohidratos?

2. ¿Cuál es el riesgo de consumir refrescos embotellados?

3. ¿Qué alimentos de los que llevaron a la reunión contienen mayor cantidad de proteínas?

4. ¿Cuál es la función de las proteínas en el organismo?

5. ¿Qué beneficios se obtienen del consumo de frutas y verduras?

6. ¿Qué son los ácidos grasos omega-3? ¿En qué alimentos se encuentran?

7. Menciona cinco minerales o bioelementos que se requieren en pequeñas cantidades para conservar la salud del ser humano.

42

Biología I

8. Con respecto a la araña, investiga: a) De qué sustancia química está hecho su exoesqueleto. b) Qué proteína se encuentra en la seda de su telaraña. c) Qué tipo de moléculas puede contener su veneno.

9. El garambullo, además de ser nutritivo, previene o cura enfermedades, por lo que se dice que es un alimento nutracéutico. Investiga qué beneficios tiene para la salud el consumo de este fruto.

10. Desarrolla junto con un equipo de cuatro integrantes el siguiente proyecto: a) Investiguen las propiedades de un alimento nutracéutico de origen natural. b) Elaboren una presentación electrónica acerca de sus características, sus componentes químicos, los beneficios que aporta y presenten una propuesta creativa para consumirlo de manera agradable y apetitosa. c) Entreguen y compartan con el grupo este proyecto al finalizar el estudio de este bloque.

Bioelementos primarios y secundarios Actividad de apertura Investiga en internet o en las fuentes que encuentres a tu alcance cuál es la composición química del ser humano, es decir, los elementos que lo forman y en qué proporción se encuentran. Asegúrate de buscar fuentes de información confiables. Dibuja una silueta humana y anota en ella los símbolos de los elementos que encontraste, así como los porcentajes correspondientes.

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Cuando observamos las estrellas tal vez no imaginamos que la materia de la que estamos constituidos provenga de ellas. Si rastreamos el origen de los átomos que forman a todos los seres vivos podremos comprobar que provienen de la Tierra y de la atmósfera. Sin embargo, en el pasado los componentes físicos de nuestro planeta fueron una nebulosa en el espacio. Por eso, el famoso astrónomo y divulgador científico Carl Sagan decía, con razón, que en realidad somos “polvo de estrellas”.

Si bien los elementos que nos forman son los mismos que hay en el universo, sus proporciones no son exactamente iguales a las que se presentan en los seres vivos. Esto se debe a que no todos los elementos tienen características químicas que favorezcan su participación en los procesos que se requieren para la vida.

Los componentes físicos de nuestro planeta alguna vez fueron una nebulosa en el espacio.

Bloque II Componentes químicos de los seres vivos

43

Observa la tabla 2.1, en la cual se muestra el porcentaje de los elementos presentes en el universo y en los seres vivos. Identifica qué elementos abundantes en el universo no forman parte importante de los seres vivos.

Tabla 2.1 Porcentaje en masa de los elementos en el universo y en los seres vivos.

Elemento Hidrógeno

Universo (%) 75

Ser humano (%) 10

Helio

24

Trazas*

Oxígeno

0.085

65

Carbono

0.036

18

Nitrógeno

0.011

3

Neón

0.011

Trazas

Azufre

0.001

0.25

Fósforo

Trazas

1

* Trazas significa que la concentración es menor a 0.001%.

Fuentes: http://www.tayabeixo.org/sabias/quimica_universo.htm; https://www.lenntech.es/tabla-peiodica/presencia-en-cuerpo-humano.htm

Como se puede observar en la tabla, el helio y el neón no se encuentran de manera significativa en los seres vivos. Esto se debe a que son gases nobles que difícilmente se combinan con otros elementos. En el transcurso de la formación de materia viva, los elementos que de manera natural constituyeron parte de ella fueron los que tenían, entre otras características, capacidad para combinarse con otros además de poseer un número atómico bajo.

De los 92 elementos naturales que se conocen, aproximadamente 25 son los que forman parte de los seres vivos y cumplen en ellos una función.

Los elementos que forman parte de los seres vivos, que se conocen como elementos biogenésicos o bioelementos, se clasifican en: Bioelementos primarios: indispensables para la formación de las biomoléculas fundamentales, como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Constituyen aproximadamente 97% de la materia viva y son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Sus símbolos químicos nos permiten recordarlos fácilmente: C, H, O, N, P, S. Bioelementos secundarios: son todos los elementos biogenésicos restantes.

Se pueden distinguir entre ellos los que tienen una abundancia no mayor a 4.5%, ni menor a 0.1%. Algunos ejemplos son calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro.

También se les conoce como bioelementos secundarios indispensables, dado que es necesaria su presencia en todos los seres vivos. Por otra parte, están los llamados oligoelementos o bioelementos secundarios variables, cuyas concentraciones en los organismos están por debajo de 0.1% y no se encuentran en todos los organismos. Esto no significa que sean poco importantes, ya que una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que el organismo viva; sin embargo, la ausencia de algunos de ellos puede determinar la muerte del organismo. Algunos oligoelementos en el ser humano son: flúor, cobalto, cobre, yodo, hierro, manganeso, silicio, selenio y zinc.

Bioelemento. Elemento químico que se encuentra presente en la materia viva.

Oligoelemento. Elemento que se requiere en cantidades mínimas en los seres vivos pero que es indispensable para mantener la vida.

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Biología I

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Podemos corroborar la importancia de estos elementos para conservar la salud si observamos, por ejemplo, que las personas que consumen muy poco yodo desarrollan bocio, enfermedad caracterizada por un abultamiento en la zona del cuello, dificultad para deglutir e hipotiroidismo; es decir, que producen bajas concentraciones de la hormona tiroidea, la cual es fundamental para controlar el metabolismo, el crecimiento y ciertos procesos relacionados con la reproducción.

En cambio, el exceso en la ingesta de ciertos oligoelementos es perjudicial para la salud, como El yodo es un oligoelemento indispensable para la salud, que se es el caso del flúor. En algunas regiones del planerequiere para producir la hormona tiroidea. Su ausencia puede ta, el agua contiene altos niveles de este elemento, producir una enfermedad llamada bocio. y el efecto que causa en la población que la consume es la fluorosis, que se caracteriza por el daño en el esmalte de los dientes, que se tornan amarillentos, manchados, y en casos más severos se puede producir hasta la pérdida de piezas dentarias.

En la tabla 2.2 se muestra la función de algunos de los minerales y oligoelementos esenciales en los seres vivos.

Completa la tabla anotando el nombre de cada elemento.

Tabla 2.2 Función de algunos minerales y oligoelementos en los seres vivos.

Elemento

Símbolo

Función

Ca

Constituye los huesos, dientes, caparazones. Regula la función nerviosa y muscular

Na

Transmisión de los impulsos nerviosos. Regula el volumen plasmático y la presión arterial

Cl

Forma parte del jugo gástrico y participa en el equilibrio de líquidos de la célula

K

Transmisión de impulsos nerviosos y de movimiento muscular

Mg

F

Contribuye al funcionamiento normal de músculos y nervios, mantiene constantes los latidos del corazón y ayuda a que los huesos permanezcan fuertes. Componente de la clorofila Incrementa la dureza de huesos y dientes. Previene la caries dental

Co

Componente de la vitamina B12; ayuda a la formación de los eritrocitos

Cu

Participa en la formación de hemoglobina, componente de la sangre de invertebrados acuáticos y de enzimas respiratorias

I

Forma parte de las hormonas de la tiroides

Fe

Componente de la hemoglobina, proteína transportadora de oxígeno en la sangre

Mn

Actúa en asociación con diversas enzimas. En plantas, su deficiencia induce color amarillo en las hojas

Si

Forma parte de caparazones de diatomeas y fortalece el tallo del trigo

Se

Es un antioxidante; participa en reacciones enzimáticas

Zn

Se le asocia con el control del azúcar en la sangre

Fuentes: Jimeno, A., M. Ballesteros y L. Ucedo (2003). Biología (pp. 33-34). México: Santillana. Martin, D., V. Rodwell y P. Mayes (1982).

Bioquímica de Harper (pp. 585-586). México: El Manual Moderno.

Bloque II Componentes químicos de los seres vivos

45

Evaluación formativa Realiza la siguiente actividad. Al terminar, intercambia con un compañero tu trabajo y realicen una coevaluación.

1. En la siguiente lista de elementos, encierra en un círculo rojo los bioelementos primarios, en azul los oligoelementos y en amarillo los que no forman parte de los seres vivos.

Hidrógeno

Selenio

Neón

Yodo

Calcio

Nitrógeno

Fósforo

Zinc

Helio

Carbono

2. Anota la diferencia entre bioelemento primario y oligoelemento. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

Transferencia para la vida Los bioelementos secundarios, también conocidos como minerales, se encuentran en frutas y verduras, así como en algunos alimentos industrializados.

Visita un supermercado y revisa las etiquetas de los alimentos hasta encontrar productos que contengan los siguientes minerales: calcio, fósforo, zinc, hierro. Todos ellos son necesarios para el buen funcionamiento del organismo. Anota el nombre del (los) producto(s) y la cantidad que contienen del mineral. En las etiquetas se informa el porcentaje de la ingesta diaria recomendada; anota también este dato.

El sodio, si bien es necesario, no debe consumirse en exceso, así que anota también los productos que contienen sodio para evitar en lo posible su consumo.

Minerales Calcio (Ca) Fósforo (P) Zinc (Zn) Hierro (Fe) Sodio (Na)

Productos

Cantidad

Ingesta diaria (%)

CG 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo.

BLOQUE

Propósito del bloque: Define a la célula como la unidad funcional y morfológica de los seres vivos, relacionando sus componentes con la homeostasis, producción y gasto energético de acuerdo con su nivel de organización para explicar tanto sus procesos internos como el de organismos de su entorno.

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III

La célula y su metabolismo

Competencias genéricas

Competencias disciplinares

CG 5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de

CD 3 Identifica problemas, formula preguntas de

manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

CG 5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

CG 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

CD 4 Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

CD 8 Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.

Horas asignadas: 16 horas.

Conocimientos

Habilidades

Actitudes

• •

•

•

•

Teoría celular Tipos de células:

° °

Procarionte Eucarionte

° ° °

Núcleo Citoplasma Organelos con y sin membrana

Aspectos relacionados con el metabolismo:

• • • •

•

Estructura y función de:

•

Describe el concepto de célula, sus características, estructura y función como parte de un ser vivo.

Distingue los procesos metabólicos celulares para la producción y transferencia de la energía.

Identifica los tipos de nutrición existentes en los organismos.

• • • •

Muestra interés y participa de manera colaborativa.

Privilegia el diálogo para la construcción de nuevos conocimientos.

Expresa ideas y conceptos favoreciendo su creatividad.

Participa con un postura crítica reflexiva.

Actúa de manera consciente y congruente.

Anabolismo y catabolismo Energía, ATP y enzimas Fotosíntesis, quimiosíntesis Respiración celular y fermentación

Formas de nutrición:

•

Autótrofos y heterótrofos

Aprendizajes esperados • Demuestra la importancia de la célula como elemento fundamental de los seres vivos, identificando los diferentes tipos de estas y su ubicación dentro del entorno natural.

• Ilustra los procesos metabólicos de la célula, así como los tipos de nutrición existentes en los organismos, reflexionando su relación con la obtención de energía que necesitan los seres vivos para realizar sus actividades cotidianas.

¿Qué tanto sabes?

A manera de recordatorio de tus conocimientos sobre los temas de este bloque, contesta las siguientes preguntas: 1. Anota tres ejemplos de organismos que tengan células.

2. Ordena, de acuerdo con los niveles de organización, los siguientes elementos: molécula, átomo, tejido, célula, organismo.

3. Anota dos ejemplos de tipos de células humanas.

4. Menciona dos tipos de microscopios con los que podemos observar las células.

5. ¿Cuál es la diferencia entre una célula eucarionte y una procarionte?

6. ¿Qué función tiene el ATP en las células?

7. ¿Qué es el anabolismo?

8. ¿Qué proceso realizan las plantas para su nutrición?

9. ¿En qué consiste la fermentación?

10. Anota qué tipo de nutrición realizan los siguientes organismos: a) Hongo b) Cactus c) Bacteria d) Estrella de mar

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La obtención de energía por todos los seres vivos está directamente relacionada con procesos que se llevan a cabo en sus células.

74

Bloque III La célula y su metabolismo

75

INTRODUCCIÓN La célula es la unidad más pequeña de vida. En ella se pueden observar los procesos de nutrición, respiración, comunicación, reproducción y envejecimiento que se llevan a cabo en todo ser vivo. Esto significa que si entendemos cómo funciona una célula podemos comprender el origen de enfermedades, la herencia, el crecimiento, la transmisión nerviosa, el envejecimiento y muchos otros aspectos de la vida de plantas, animales y, desde luego, del ser humano.

Los avances recientes en el campo de la citología y la histología, disciplinas que se enfocan en el estudio de las células y los tejidos, respectivamente, son sorprendentes. Estamos frente a un mundo nuevo de terapias y de formas de prevención de enfermedades antes nunca imaginadas.

En este bloque conoceremos la célula y los pasos que llevaron a descubrir su función en los seres vivos. Luego, nos adentraremos en el conocimiento de los organelos que las forman y la relación de cada uno de ellos con los procesos que ocurren en todo el organismo, como la obtención de energía que nos permite conservar la vida. También conoceremos las diferentes formas de nutrición de los seres vivos.

CG 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

Problema Organizados en equipos de cuatro integrantes lean el siguiente apartado y resuelvan las preguntas que plantea. Asimismo, inicien el proyecto que se propone.

A medida que avancen en el bloque revisen sus respuestas, para que al concluirlo las verifiquen y entreguen el proyecto a su profesor.

Fanáticos del ejercicio Esteban disfruta de ir diariamente al gimnasio. Todos los días se ejercita para tener mayor fuerza y aumentar su masa muscular. Su entrenador le ha recomendado que consuma proteína e inclusive alguien le ha sugerido que ingiera productos anabólicos para lograrlo.

Como parte de su entrenamiento ha adquirido una aplicación para su teléfono móvil que monitorea su frecuencia cardiaca y ha observado que cuando hace algún ejercicio aeróbico intenso esta se incrementa, así como su frecuencia respiratoria.

Recientemente tuvo un accidente y se enterró un alambre suelto de un aparato del gimnasio. La herida fue grande y sufrió una infección porque el alambre estaba sucio y oxidado. Este percance ocasionó que tuviese que dejar de asistir al gimnasio por algunos días. Sin embargo, no todo fue tan terrible, porque en compensación por haber sufrido este accidente, su compañera de ejercicios, Lucy, lo visitó varias veces en su casa y hasta le llevó chocolates para animarlo.

Al recuperarse, Esteban invitó a Lucy a realizar una carrera en un campo lleno de flores de lavanda.

Observaron que en el terreno había algunos hongos tipo sombrero. La pasaron muy bien y descubrieron que tenían muchas cosas en común, la principal: ser fanáticos del ejercicio.

1. ¿De dónde obtiene Esteban la energía para realizar sus actividades?

2. ¿Por qué las proteínas favorecen el crecimiento de la masa muscular?

3. ¿Cuál es el riesgo que corre debido al consumo de productos anabólicos?

76

Biología I

4. ¿Por qué se incrementa el ritmo cardiaco cuando hacemos ejercicio?

5. En un alambre oxidado puede haber bacterias peligrosas. ¿Qué diferencias hay, a nivel celular, entre una bacteria y una célula humana?

6. ¿Qué organelos celulares se encargan de producir energía?

7. ¿Qué forma tienen las células musculares?

8. ¿Qué procesos llevan a cabo las plantas, como las de lavanda, para nutrirse?

9. ¿Cómo se nutren los hongos?

10. Realiza con un equipo de cuatro integrantes el siguiente proyecto, el cual deben entregar al final de este bloque: a) Elaboren un periódico mural sobre algún deporte y su relación con el anabolismo, el catabolismo y el ATP. b) Incluyan en su periódico imágenes de células musculares y tejido muscular. c) Incorporen imágenes de la alimentación que requiere un deportista y señalen de manera gráfica de dónde proviene la energía de los alimentos que consumimos. d) Muestren y expliquen su periódico mural a sus compañeros de clase.

Teoría celular Actividad de apertura ¿Cómo son las células del cuerpo humano?

1. Señala qué tipo de células se alteran cuando una persona enferma de: • Sida • Tétanos • Alzheimer 2. Organícense en equipos, lleven a la clase imágenes de internet o fotocopias de libros donde se muestre cómo son las células humanas: musculares, sanguíneas, óseas, epiteliales, de óvulos, de espermatozoides y de neuronas, entre otras.

3. Con las imágenes que llevaron elaboren un collage y explíquenlo a su profesor.

Todo el organismo humano es un enorme conjunto de células que trabajan en armonía para mantenernos con vida.

En realidad, la vida misma se origina a partir de una célula llamada cigoto, resultado de la unión de un óvulo y un espermatozoide. El cigoto se multiplica y las células resultantes se van diferenciando para dar lugar a cada uno de nuestros tejidos. Así, todas nuestras células se parecen, pero cada una obtiene la forma que le corresponde para cumplir su función dentro de nuestro organismo.

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Bloque III La célula y su metabolismo

No solo los seres humanos estamos formados por células: todos los seres vivos lo están, sean árboles, hongos, insectos, estrellas de mar o microorganismos. Una célula realiza todas las funciones de un ser vivo: respirar, crecer, reproducirse y morir, así que si entendemos el funcionamiento de una célula, comprenderemos cómo funciona todo organismo.

En la actualidad se ha avanzado en el conocimiento sobre las células, de sus formas, de su fisiología e importancia; sin embargo, no siempre ha sido así. En el pasado, cuando se descubrieron, la gente las consideraba una mera curiosidad de la naturaleza y nadie sospechaba que las plantas, los hongos o los seres humanos estuviesen formados por ellas o que llevaran a cabo alguna función de interés que valiese la pena analizar.

El pionero en el estudio de las células fue Antón van Leeuwenhoek (1632-1723), un tallador de lentes holandés que construyó su propio microscopio.

Este personaje, algo excéntrico pero muy observador, se encerraba en su taller durante horas y observaba todo lo imaginable e inimaginable: agua sucia, cabellos, esperma, sangre, insectos y pestañas, entre otras cosas. De esta forma accedió por primera vez a un mundo hasta entonces desconocido y observó gran cantidad de células de diversos colores y formas. Registró Leeuwenhoek tuvo acceso a un mundo todas sus observaciones en cuadernillos que después entregó a nuevo de microorganismos a través de su los miembros de la Royal Society de Londres, quienes, si bien al microscopio.

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Todos los seres vivos estamos formados por células.

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Biología I

Protoplasma. Todo el material contenido por la membrana celular; núcleo, citoplasma y organelos.

principio no confiaban mucho en sus descubrimientos, cuando comprobaron su importancia lo estimularon para que siguiera adelante con sus investigaciones y lo nombraron miembro honorario en 1680.

Sin embargo, no fue Leeuwenhoek quien dio su nombre a la célula, ya que unos años antes, en 1665, Robert Hooke, al realizar finos cortes de corcho y observar las pequeñas celdillas que lo formaban, utilizó por primera vez este término para referirse a ellas.

Después de los descubrimientos de Leeuwenhoek otros científicos hicieron observaciones y descubrimientos relacionados con las células. Uno de ellos fue Marcello Malpighi (1628-1694), quien estudió los tejidos de plantas, insectos y animales. Así, en 1691 descubrió los vasos capilares del sistema circulatorio. La información que a través de los años se acumuló acerca de las células comenzó a integrarse en el siglo xix, unos 200 años después de su descubrimiento.

En 1831, Robert Brown (1773-1858), mientras estudiaba las hojas de las orquídeas, descubrió que sus células tenían una mancha oscura en el interior, a la que denominó núcleo, ya que intuía que era la parte más importante de la célula.

Por otro lado, en 1835, Félix Dujardín (1801-1860) observó que los organismos unicelulares tenían una sustancia gelatinosa que les permitía desplazarse, a la que llamó sarcoda. Esta sustancia recibiría más adelante el nombre de protoplasma. Este avance fue muy importante ya que antes se pensaba que las células eran huecas. Sin embargo, cuando se demostró la existencia del protoplasma se hizo evidente que las células tenían una estructura más compleja de lo que se pensaba.

La teoría celular, uno de los pilares de la biología actual se debió a las aportaciones del botánico Matías Jacob Schleiden (1804-1881) y el zoólogo Theodor Schwann (1810-1882). Ambos trabajaban con células, pero Schleiden estudiaba las que conformaban vegetales mientras Schwann se enfocaba en las que constituían a los animales. Estos dos científicos, al conjuntar su trabajo, plantearon la hipótesis de que todos los seres vivos, plantas y animales, estaban formados por células y que estas son la unidad fundamental de la vida. Después de realizar múltiples observaciones, su hipótesis se convirtió en la teoría celular, que Schwann publicó en 1839. Los principios fundamentales de esta teoría son:

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1.

2.

En la actualidad existen diferentes tipos de microscopios: algunos muestran imágenes fluorescentes, otros utilizan rayos láser y otros más un haz de electrones que aumenta el tamaño de la imagen hasta un millón de veces. Estos instrumentos han facilitado el estudio de la célula.

Todo organismo está formado por una o más células; es decir, que la célula es la unidad anatómica de los seres vivos (unidad de estructura).

La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, lo cual significa que es la unidad más pequeña que tiene las propiedades de la vida (unidad de función).

Posteriormente, en 1858, Rudolf Virchow (1821-1902) la complementó con el tercer principio fundamental:

Bloque III La célula y su metabolismo

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3. Toda célula proviene de otra célula preexistente. Este postulado se relaciona

con los procesos de reproducción (unidad de origen).

La teoría celular tiene una gran relevancia porque nos demuestra que todos los seres vivos poseen algo en común: están formados por unidades similares en estructura y función. Es por ello que dicha teoría es uno de los pilares de la biología, que unifica a todos los seres vivos. En la actualidad, los avances de la tecnología y el desarrollo de microscopios cada vez más potentes así como de técnicas de tinción especializadas nos han permitido descubrir los diferentes organelos que hay dentro de la célula, conocer sus funciones, sus alcances y posibilidades. Desde entonces no dejamos de asombrarnos por las maravillas que hemos encontrado dentro de cada una de estas pequeñas estructuras.

Actividad Elabora una línea del tiempo en la que ubiques los acontecimientos relacionados con el descubrimiento de la célula y el desarrollo de la teoría celular.

Busca información que complemente la que contiene este texto e ilustra tu trabajo.

Entrégalo por escrito a tu profesor.

Tipos de células Actividad de apertura 1. ¿Qué diferencias existen entre las células de plantas y de bacterias?

2. De acuerdo con el registro fósil, ¿cuáles son más antiguas, las bacterias o las plantas? Elabora una lista de diferencias conforme a lo que investigues en fuentes diversas.

3. Compara la información recabada y tus observaciones con la que aporten tus compañeros.

Todos los seres vivos están formados por células, algunos por una sola y otros por la unión de miles o millones de ellas.

Existen dos tipos de células: a) las procariontes (del griego pro, antes, y karion, núcleo) que, como su nombre indica, son células primitivas, que surgieron en el transcurso de la evolución antes de que hubiera un núcleo celular.

Estas están representadas por los diversos tipos de bacterias que conocemos, y b) las eucariontes (del griego eu, bien), que son células más complejas y constituyen a los animales, plantas, hongos y protistas. Veamos con más detalle las características de cada uno de estos tipos celulares.

Técnicas de tinción.

Métodos para teñir una sustancia microscópica y facilitar su visualización.

CD 4 Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Esta edición de Biología I ha sido desarrollada con la finalidad de contribuir a incrementar el nivel de eficacia y eficiencia del proceso educativo y facilitar el trabajo docente mediante la incorporación de actividades de aprendizaje que contribuyan al desarrollo de competencias y habilidades socioemocionales, todo ello desde un enfoque interdisciplinario y de transversalidad.

Entre las características del libro, destacan las siguientes: • Presenta los temas: Biología como ciencia de la vida, componentes químicos de los seres vivos, la célula y su metabolismo, genética molecular y biotecnología, y reproducción celular.

• Incorpora secuencias didácticas prácticas que sugieren el uso de herramientas tecnológicas de información y comunicación TIC, así como instrumentos de evaluación para el seguimiento sencillo y ordenado del desempeño escolar.

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ISBN-13: 978-607-526-827-9 ISBN-10: 607-526-827-8

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