Identificación de la Biodiversidad Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de Puebla. Plantel Puebla II.
UNIDAD II: Descripción de la célula y su importancia en los seres vivos. PROPÓSITO DE LA UNIDAD: Describir a la célula estructural y funcionalmente, así como sus medios de obtención de energía, identificando los mecanismos evolutivos en los seres vivos para su adaptación al medio. Resultado de aprendizaje: 2.1 Describir a la célula, mediante sus diferencias estructurales, funcionales y evolutivas, para identificar los cambios que han ocurrido en los diferentes organismos
A. Diferenciación de las células Concepto Actualmente se sabe que la célula es la unidad básica estructural y fisiológica de los seres vivos, y la disciplina biológica encargada de su estudio es la citología. El descubrimiento y estudio de la célula se pudo lograr con la invención de las lentes de aumento a principios del siglo XVII, que posteriormente se perfeccionaron para dar origen al microscopio. En el siguiente mapa conceptual se presentan algunos aspectos acerca del conocimiento de la célula. Teoría celular Conocimientode dela laCélula Célula Conocimiento
1665 1665
1675 1675
Observa Observa corcho corcho
AntonVan Van Anton Leeuwenhoek Leeuwenhoek
CELDAS CELDAS OCÉLULAS CÉLULAS O
Noexplica explica No estructura estructura nirelación relación ni conlos los con seresvivos vivos seres
Perfecciona Perfecciona microscopio microscopio observa YYobserva
1839 1839
Johannes Johannes Purkinje Purkinje
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SigloXIX XIX Siglo
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1838 1838
Matthew Matthew Schleiden Schleiden
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Theodor Theodor Schwan Schwan
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PARTES PARTES ELEMENTALES ELEMENTALES
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1. 1. 2. 2. 3. 3.
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Retoma Retoma trabajos trabajos Schleidenyy Schleiden Schwan Schwan Postulados Postulados Dela la De TEORÍA TEORÍA CELULAR CELULAR
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La evolución de las primeras células condujo a una enorme diversidad de organismos que si bien están formados por los mismos elementos que constituyen la materia inorgánica difieren en cuanto a su organización. 1. Célula procariota - Concepto - Características El término procariota se deriva de Pro que significa antes y de karyon, núcleo. Por tanto, significa antes de un núcleo. Es precisamente la principal característica de estas células, que no disponen de un núcleo definido. Son procariotas las bacterias y las arqueobacterias. Su material genético se localiza en una molécula circular de ADN ubicada en una región del interior de la célula llamada nucleoide. Además, carece de organelos membranosos que tiene las células eucariotas. A la membrana plasmática de las procariotas por lo general le protege una cubierta llamada pared celular, formada principalmente de peptidoglucano (polímero de carbohidratos y aminoácidos). Se encuentran adaptadas a vivir en diferentes tipos de ambiente; en el suelo húmedo, en el desierto, en el aire, en aguas termales, en glaciares, en mares; en distintas partes del cuerpo: en la boca, en el intestino, sobre la piel. Son más pequeñas que las células eucariotas que miden de 10 a 100 m, las procariotas tienen un diámetro promedio de 0.5 a 1 m, aunque algunas miden hasta 10 m. se ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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reproducen asexualmente por fisión binaria, por lo cual primero adquieren el doble de su tamaño, para después dividirse en dos.
Otros organelos de la célula procariota son los ribosomas que son los centros de síntesis proteica. Los gránulos de reserva, el citosol, que es la porción soluble del citoplasma en la cual la concentración de proteínas es muy alta. La membrana celular que delimita a la célula, la cápsula o glicocálix que es una cubierta que se encuentra en algunas células procariotas por encima de la pared celular y es considerada un factor de patogenicidad; el flagelo, que le sirve a la célula para que lleve a cabo su movimiento aunque no todas las células procariotas los poseen y los plásmidos, que son material genético extracromosomal. - Clasificación Su nutrición es por absorción del material nutriente: Heterótrofas, requieren de moléculas orgánicas de otros organismos como fuente de energía y pueden ser saprófitos, simbiontes o parásitos. Autótrofos fotosintéticos contienen clorofila en su citoplasma, sintetizan sus propias moléculas orgánicas por medio de la energía solar, por ejemplo, las cianobacterias. Autótrofas quimiosintéticos emplean sustancias inorgánicas (nitrógeno y azufre) como fuente de energía Su reproducción es asexual por bipartición. Algunos grupos son inmóviles. Algunas como Mycobacterium tuberculosis son de respiración aerobia y otros como Treponema pallidum, causante de la sífilis, son anaerobios. Algunos de estos microorganismos, cuando las condiciones ambientales son desfavorables, pueden formar endosporas, y así soportar elevadas temperaturas o la sequedad del medio. La forma de las bacterias es muy variada y, a menudo, una misma especie adopta distintos tipos morfológicos, lo que se conoce como pleomorfismo. De todas formas, podemos distinguir tres tipos fundamentales de bacterias:
Coco: de forma esférica. o Diplococos: cocos en grupos de dos. o Tetradas: cocos en grupos de cuatro. o Estreptococos: cocos en cadenas. o Estafilococos: cocos en agrupaciones irregulares o en racimo. Bacilo: en forma de bastoncillo. o Vibrio: ligeramente curvados y en forma de coma, judía o cacahuete. Formas helicoidales: o Espirilo: en forma helicoidal rígida o en forma de tirabuzón. o Espiroqueta: en forma de tirabuzón (helicoidal flexible).
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Los tres grupos en que se dividen las eubacterias Dependiendo de su pared celular, las eubacterias reaccionan en forma distinta ante la tinción de Gram. las que poseen gruesas paredes de peptidoglucano absorben el pigmento violeta y se les llama grampositivas; en cambio, las que tienen una pared delgada no absorben el pigmento y se les llama gramnegativas. Bacterias Gramnegativas con pared celular Incluye los siguientes grupos de microorganismos: 1. Enterobacterias (anaerobias facultativas): a. Escherichia coli: Bacilo Vive en simbiosis en intestino de algunos animales, incluido el hombre Forma parte de la flora bacteriana Algunas cepas son patógenos intestinales b. Salmonella typhi: Bacilo Causa fiebre tifoidea, enfermedad que se produce por consumir alimentos en mal estado c. Shigella: Bacilo Produce disentería bacilar La bacteria se elimina con las heces La enfermedad se transmite por vía fecal-oral 2. Espiroquetas, bacterias anaerobias en forma de espiral: a. Treponema pallidum Causa la sífilis 3. Cianobacterias : Eubacterias autótrofas, fotosintéticas Su reproducción es de tipo asexual Se desarrollan en mares, ríos, lagos, suelo húmero, albercas. También se les localiza en diferentes medios térmicos Ejemplos: Oscillatoria, Nostoc y Spirulina, esta última tiene un alto contenido proteico, actualmente se emplea como complemento alimenticio. 4. Rickettsias: ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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5. Clamidias:
Parásitas intracelulares obligados en artrópodos Producen enfermedades como el tifo, transmitido por piojos y pulgas y la fiebre manchada de las montañas rocosas, transmitida por garrapatas.
Parásitos intracelulares obligados Producen infecciones en aves y mamíferos En el humano produce el tracoma, causa más frecuente de ceguera, y linfogranuloma venéreo.
6. Mixobacterias:
Algunas forman cuerpos fructíferos multicelulares.
Bacterias Grampositivas con pared celular 1. Estreptococos a. Bacterias aerobias b. Forma cocoide dispuestas en cadenas c. Participan en fermentación de compuestos en la placa dental, en aparato digestivo Streptococcus pyogenes: causante de amigdalitis aguda, faringitis y escarlatina 2. Estafilococos: a. Bacterias aerobias b. De forma cocoide, se agrupan en racimos irregulares c. Oportunistas: causan enfermedad cuando el organismo tiene disminuido su sistema de defensa d. Producen infecciones en la piel o heridas e. Causan gastroenteritis por intoxicación alimentaria 3. Clostridios: a. Bacilos anaerobios b. Clostridium tetani produce tétanos c. Clostridium botulinum causa intoxicación alimentaria, botulismo; otras especies causan la gangrena gaseoso d. Actinomicetos: e. La mayoría son saprófitos f. Especies del género Streptomyces producen diversos antibióticos: estreptomicina, neomicina, cloranfenicol, eritromicina g. Algunos causan enfermedades en el hombre: Mycobacterium leprae: causa lepra Mycobacterium tuberculosis: causa la tuberculosis pulmonar Bacterias sin pared celular Constituyen el grupo de los Mollicutes, conocido como micoplasmas Son más pequeñas que algunos virus Algunos son anaerobios Algunos son de vida libre y se desarrollan en aguas negras o viven en el suelo. Otros parasitan plantas o animales Mycoplasma pneumoniae produce en el humano la neumonía bacteriana Célula eucariota En las células eucariota (de eu, verdadero y karyon, núcleo), el ADN (lineal) se localiza dentro del núcleo, delimitado por una membrana doble o membrana nuclear. Dicha envoltura separa el material genético del citoplasma. Este último aloja las estructuras delimitadas por membranas llamadas organelos. En ellos se llevan a cabo funciones celulares específicas. Por ejemplo, en las mitocondrias se degradan las moléculas de carbohidratos durante la respiración y se obtiene energía en forma de ATP; en los cloroplastos se realiza la fotosíntesis. Algunas células eucariotas, como las de los vegetales y hongos, también tienen pared celular, sólo que en los hongos está formada de quitina y en los vegetales de celulosa. Las células eucariotas miden ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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de 10 a 100 m.; disponen en su citoplasma de un citoesqueleto formado por proteínas, es el armazón que sostiene la estructura de la célula, le da forma y participa en su movimiento. Existen eucariotas pertenecientes a los protistas que son unicelulares y eucariotas que forman tejidos en plantas, hongos y animales.
Virus La primera prueba de la existencia de los virus en fluidos fue en 1892, con la enfermedad del mosaico del tabaco descubierta por el ruso Iwanowski Loeffler y Frosch, 1898, demostraron que fluidos extraidos de vacunos afectados por la fiebre aftosa poseían características infectantes. A estos fluidos se les denominó virus filtrable (del latín virus=veneno) y estructuras ultramicoscópicas debido a que no son observables al microscopio de luz. En 1920, D’Herelle describió la primera serie de virus que llamó bacteriófagos, por que parasitaban células bacterianas donde se reproducen. Actualmente sabemos que muchos padecimientos del hombre son de origen viral como la gripe, la ciruela, la varicela, la poliomielitis, y en los últimos años, el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Con numerosos descubrimientos más, la virología fue tomando carácter de una ciencia indispensable para el conocimiento de gran parte de las enfermedades infectocontagiosas. Los virus no poseen las características de los microorganismos, puesto que contienen sólo un tipo de ácido nucleico (ADN o ARN) en filamentos únicos o dobles. No tienen ribosomas, mitocondrias, ni otros organelos, por lo cual son parásitos intracelulares debido a su incapacidad de producir energía y macromoléculas. Además de no contar con la división binaria para su multiplicación y no crecer en medios simples, los virus no son susceptibles a antibióticos, pero sí al interferón, grupo de proteínas capaces de impedir la multiplicación viral. Existe controversia en cuanto a si los virus son seres vivos o no, pero hasta la fecha lo único que se conoce es gran parte de su estructura molecular, algunos de sus mecanismos para producir enfermedades y la síntesis in vitro de algunas partículas virales. Morfología de los virus Con el descubrimiento del microscopio electrónico se pudo estudiar la morfología de los virus. Existen diferentes tamaños desde los Poxvirus de 100x240x300 nm hasta los Parvovirus de 20 nm. También tienen diversas formas: esférica, filamentosa, de ladrillo o de bala. Las unidades químicas, constituidas por cadenas de polipéptidos, componen a los capsómeros. Al formar cadenas, estos últimos dan origen a la cápside, la cual envuelve al virión o molécula única de ácido nucleico, y juntos componen lo que se conoce como nucleocápside. Algunos virus poseen, además, una envoltura constituida por una membrana proteica, una capa de lípidos y más externamente los peplómeros, subunidades glicoproteicas formadas por una o varias cadenas de polipéptidos. ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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Infección celular por virus El virus es un parásito intracelular. El mecanismo de infección celular de los virus se resume en los siguientes pasos: 1. ADSORCIÓN A la célula que se infecta se le llama hospedera, por que alojará al virus. Para infectar a la célula, el virus primero deberá adherirse a ella. La célula deberá presentar receptores moleculares en su superficie, que normalmente tienen funciones útiles a ella. 2. PENETRACIÓN Existen varios mecanismos de penetración viral: a. Transfección: mecanismo usado por los bacteriófagos. Estos inyectan su material genético desde la superficie externa de las bacterias b. Viropexis: proceso semejante a la pinocitosis, en el que una partícula viral pequeña es envuelta por la membrana celular, penetrando así en una vacuola. c. Fusión de membrana: mecanismo usado por muchos virus envueltos, como el virus respiratorio sincicial, que produce bronconeumonía en niños. Los virus envueltos poseen en su envoltura proteínas de fusión que facilitan la unión y fusión con la membrana celular. 3. REMOCIÓN DEL REVESTIMIENTO Las enzimas existentes en la célula hospedera se encargan de destruir la cubierta viral, esto favorece la infección, pues el material genético viral queda expuesto, después es conducido a su sitio de replicación, para los virus ADN es el núcleo celular (excepto los Poxvirus) y para los virus ARN en el citoplasma (excepto los Mixovirus) 4. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Y REPLICACIÓN Una vez que el virus penetró la célula, los siguientes pasos son: a. Hacer copias de su material genético b. Hacer copias de sus proteínas de cápside c. Ensamblar la nueva progenie de virus y exportarlos fuera de la célula.
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Los destinos finales de la célula pueden ser dos: 1. CICLO LÍTICO. La célula sufre una infección másica que no puede sostener y muere. 2. CICLO LISOGÉNICO. La célula puede sostener la infección y permanecer produciendo viriones, como una fábrica de virus. Otro posible destino dentro del ciclo lisogénico, es que la célula puede sufrir una transformación neoplásica, es decir, que se vuelva cancerosa, esto es debido a un tipo de genes denominados oncogenes.
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Importancia de los virus Las enfermedades de origen viral ofrecen mucha dificultad para su control. Algunas pueden prevenirse a través de vacunas, otras todavía representan un reto a las investigaciones biomédicas contemporáneas, como el caso del SIDA. Los virus infectan a células específicas: el de la rabia a las células nerviosas, el de la viruela al tejido de la piel, el del herpes, que produce el fuego de los labios, ataca la mucosa de la boca y los labios, el herpes genital, que es de transmisión sexual, produce lesiones dolorosas en la piel y es my persistente, el virus del SIDA infecta a las células del sistema inmune. Los avances en la biotecnología se deben en gran parte a trabajos realizados con bacteriófagos (virus que infectan a las bacterias). Se han empleado como vectores para introducir genes foráneos en las bacterias y así producir proteínas, a través de la técnica del ADN recombinante.
PRINCIPALES ENFERMEDADES VIRALES
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B. Descripción de la célula como unidad estructural y funcional de los seres vivos La citología ha tenido importantes avances que han permitido un mejor conocimiento sobre las estructuras y los detalles moleculares de los procesos celulares. Los adelantos en la microscopía y la tecnología han facilitado analizar bioquímicamente tanto organelos como macromoléculas. ORGANELOS Y ESTRUCTURAS MAS IMPORTANTES EN LAS CÉLULAS EUCARIONTES, FUNCIÓN Y ALGUNAS DE SUS CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURA CARACTERÍSTICAS SUPERFICIE CELULAR Pared celular Es una estructura rígida, formada de celulosa Membrana Consta de una doble capa de plasmática fosfolípidos, que además tiene proteínas (modelo de mosaico fluido)
FUNCIÓN Protege y sostiene a la célula Aísla el contenido celular del medio; regula el movimiento del material que entra y sale de la célula, se comunica con otras células
ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO Material ADN genético Cromosomas Núcleo
Envoltura nuclear
Estructuras filamentosas contiene a las unidades hereditarias: los genes Consta de la envoltura nuclear, que separa el material nuclear del citoplasma. Cromatina compuesta por el ADN y proteínas asociadas (histonas) y una región más oscura llamada nucleolo que es el sitio de síntesis de ARN ribosomal Doble membrana
Nucléolo
Está formada por ARN ribosomal, proteínas en diversos estados de síntesis y ADN ESTRUCTURAS CITOPLASMÁTICAS Mitocondrias Son sacos tubulares, ovalados o redondos que tiene un par de membranas: la externa es lisa y la interna se dobla y forma pliegues profundos o crestas. Plastos Organelos delimitados por membranas
Cloroplastos
Aparato de Golgi
Rodeados por una doble membrana. Hay estroma semilíquido con pilas de sacos o grana contenido en la membrana interna. Cada saco se llama tilacoide. La clorofila está embebida en las membranas de los tilacoides Pequeñas partículas compuestas de RN y proteínas Red de canales membranosos frecuentemente con ribosomas (rugoso). Si no contiene ribosomas es liso Pila de sacos membranosos
Lisosomas
Sacos rodeados de una membrana única
Ribosomas Retículo endoplásmico
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Codifica la información necesaria para construir una célula y controla la actividad celular Contienen y controlan el uso de ADN Contiene a los cromosomas
Delimita el núcleo: regula el movimiento de los materiales que entran y salen. Sintetiza el ARN ribosomal
Producen energía metabolismo respiración Almacenan pigmentos
mediante aeróbico:
alimentos
y
Realizan fotosíntesis
Sintetizan proteínas Sirven de sustrato para la síntesis proteica Madura y empaca proteínas y lípidos, sintetiza carbohidratos. Contienen enzimas digestivas intracelulares, que rompen enlaces de proteínas, lípidos y carbohidratos
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Vacuola central
Sacos rodeados de una membrana única
Otras vesículas y vacuolas
Sacos rodeados de una membrana única
Citoesqueleto
Red de fibras proteicas
Centríolos
Cercanos al núcleo de células animales, constan de 9 tripletes de microtúbulos cortos, es idéntico al cuerpo basal de un cilio o un flagelo. Contiene microtúbulos organizados en forma de anillo externo formado por 9 pares de microtúbulos fusionados que rodean un par central no fusionado; se originan en los centríolos.
Cilios y flagelos
Contienen agua, desechos, proporcionan presión de turgencia para sostener a la célula vegetal Contienen alimentos que se obtiene a través de fagocitosis; contienen productos secretores. Almacenan y transportan moléculas dentro de la célula. Están presentes en animales vegetales. Da forma y sostén a la célula; coloca y mueve las estructuras de la célula. Sintetizan los microtúbulos de los cilios y flagelos; puede producir el huso mitótico en células animales. Mueven a la célula a través de un fluido o mueven fluidos que pasan por la superficie celular.
C. Diferenciación entre célula animal y vegetal
D. Descripción del Transporte Celular Para vivir y crecer, las células necesitan de un continuo suministro de nutrientes y de la eliminación de sustancias de desecho y de compuestos producidos por la propia célula, por lo que tanto el material que entra como el que sale, necesariamente debe pasar a través de la membrana plasmática Transporte pasivo Este tipo de transporte se realiza cuando el acarreo de moléculas a través de la membrana sólo responde a las leyes de la física, a favor del gradiente de concentración (de un medio de mayor concentración a otro de menor) y sin gasto de energía. Como es de suponerse, loas moléculas más pequeñas se transportan con mayor facilidad que las grandes; asimismo, las sustancias sin carga eléctrica o con menor carga se movilizan a través de la membrana con mayor facilidad. Los procesos de difusión y ósmosis son ejemplos de transporte pasivo.
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Difusión: paso de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una de menor concentración Difusión facilitada: Proteínas transportadoras pueden trasladar sustancias a través de la membrana plasmática. En la bicapa lipídica de las membranas se encuentran muchas proteínas, algunas de ellas llamadas acarreadoras o de transporte, que permiten el paso de diversos materiales como glucosa, iones o aminoácidos, de su medio de mayor concentración al de menor concentración a través de la membrana plasmática. Para ello la proteína de transporte sufre cambios conformacionales, es decir, cambia su forma, se une a la molécula que se ha de transportar, la transfiere del lado opuesto y la libera.
Ósmosis: las células poseen un alto contenido de agua, en la cual se encuentran disueltas sustancias llamadas solutos. Al comparar un medio que sólo contiene agua con otro donde el agua ya contiene solutos, es obvio que en el primero existe mayor concentración de moléculas de agua pues en el proceso de ósmosis las moléculas de agua tienen un movimiento al azar del medio de su alta concentración
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molecular al medio de menor concentración a través de una membrana semipermeable hasta alcanzar un estado de equilibrio de ambos medios. Se llama medio hipotónico al que contiene menor cantidad de moléculas de soluto, e hipertónico al que posee mayor cantidad. Si se coloca la célula en una solución hipotónica, el agua penetra a su interior hinchándola (estado de turgencia), ya que el solvente (el agua) en la solución hipotónica posee la más alta concentración molecular y por tanto, tiende a transportarse a la región de baja concentración a través de la membrana. En cambio, si se coloca la célula en una solución hipertónica perderá agua disminuyendo su volumen (estado de plasmólisis). Un medio isotónico es el que contiene la misma proporción de agua y solutos que la célula. En este medio la célula conserva su forma y volumen normal. Transporte Activo Es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas atraviesan la membrana celular contra un gradiente de concentración, requiere de energía (ATP) para el transporte de sustancias desde una región de baja concentración hasta otra de alta concentración Las moléculas se unen al receptor de la membrana celular, haciendo que una proteína se convierta en un canal a través del cual las moléculas son comprimidas e impulsadas. Endocitosis y exocitosis EXOCITOSIS: Cuando una vesícula alcanza la superficie celular, su membrana se fusiona con la membrana citoplasmática y expulsa su contenido al exterior de la célula.
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ENDOCITOSIS: El material que se incorporará a la célula induce una invaginación de la membrana, produciéndose una vesícula que encierra a la sustancia, la cual es liberada en el citoplasma: FAGOCITOSIS: es el proceso por el cual la célula engloba material sólido que incorpora a su citoplasma, la sustancia ingerida queda en una vesícula llamada fagosoma. La ameba fagocita microorganismos de menor tamaño PINOCITOSIS: es un proceso de endocitosis por el cual la célula introduce partículas pequeñas o material en solución al citoplasma formando una vesícula pinocítica E. Descripción de la evolución EVOLUCIÓN Se puede considerar la evolución como un proceso de transformación de la materia, desde el mismo origen del Universo. Una vez formada la Tierra, existía en ella una serie de compuestos químicos muy variados. Bajo determinadas condiciones físicas, estas moléculas originaron otras más complejas, y con el paso del tiempo aparecieron los primeros seres vivos, de organización extremadamente sencilla. Las transformaciones ocurridas en estos organismos a lo largo de millones de años, y las modificaciones que en la Tierra produjo la actividad de estos, nos han llevado a tener un mundo como el que vemos en la actualidad. No siempre ha sido así, ni siempre lo han habitado los mismos seres. Pero, conocer los mecanismos que han llevado a la formación de la vida sobre la Tierra, o que han producido la aparición de nuevas especies con mayor complejidad estructural, está lejos de ser una labor fácil. Los científicos tienen un largo camino por recorrer. LAS PRUEBAS DE LA EVOLUCION Aparentemente, la naturaleza está desordenada; y, ciertamente, las semejanzas que existen entre un colibacilo y un elefante no saltan a la vista. Sin embargo, un estudio paciente y sistemático de los seres vivos, actuales o fósiles, muestra que:
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1) Todos los seres organizados constituyen un vasto conjunto genealógico, con unos seres, en su origen, extremadamente simples (más simples, sin duda, que las bacterias que nosotros conocemos). 2) Esos seres «simples» se han «complicado» en el transcurso del tiempo bajo la influencia de causas diversas (y en muchos casos, desconocidas); y de tal variación progresiva han nacido las especies actuales, con sus innumerables diversidades. La existencia de una evolución biológica universal fue durante mucho tiempo una hipótesis de trabajo. Ahora es una certidumbre, un hecho basado en un grandísimo número de observaciones coherentes. Las evidencias de la evolución orgánica son tan contundentes que no se puede dudar de que las especies actuales tengan su origen en otros antecesores por descendencia con modificaciones, lo que significa la prueba categórica de un proceso evolutivo PRUEBAS DIRECTAS DE LA EVOLUCIÓN • El Registro Fósil: – Proporciona una historia del pasado, demuestra un cambio evolutivo a lo largo de 4000 millones de años. – Fósiles: son todos los vetigios dejados por un organismo que vivió en otro tiempo: • Huesos • Dientes • Conchas • Tejidos duros conservados de animales y vegetales ACTIVIDAD: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/actividad6.htm La PALEONTOLOGÍA es la disciplina que estudia a los fósiles, tiene por objeto la búsqueda, interpretación y clasificación de las pruebas de la vida de otras épocas Para que se forme un fósil es necesario que el vestigio se cubre por algún material (arena, grava o sedimentos) y que no quede expuesto a la intemperie, pues la acción de los factores físicos como la lluvia o el viento, o la acción de degradadores como bacterias y hongos, desaparecen por completo los organismos. Por lo regular se conservan partes duras. Casi todos los fósiles se encuentran en rocas sedimentarias. PRUEBAS INDIRECTAS DE LA EVOLUCIÓN La anatomía comparada nos aporta información de las relaciones evolutivas de los organismos, ya que por medio de ésta se pueden observar las similitudes y diferencias entre las estructuras de los diferentes organismos Estructuras homólogas • Tienen un ancestro común • Similares pero con función diferentes – Ejemplo: • Extremidades delanteras de un perro, de un ave y de una ballena
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Estructuras análogas • No tienen un ancestro común • Función similar, estructuras diferentes • Ejemplo: – Alas de mariposa y alas de murciélago • El aumento de adaptaciones similares debidas a un ambiente similar da lugar a la evolución convergente
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Ejemplo: – Tiburón, ictiosaurio, delfín: tienen ancestros diferentes, viven en un medio acuático, sus extremidades tienen una función similar
Órganos vestigiales •
• Estructuras sin función aparente En muchos vegetales y animales se descubren órganos o estructuras que son inútiles y se encuentran degenerados
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Embriología comparada • Al observar el desarrollo de los embriones de los vertebrados superiores se puede apreciar que tienen grandes semejanzas • Las etapas iniciales de todos los embriones de vertebrados son notablemente parecidas, hasta el punto en que no es sencillo diferenciar un embrión humano del embrión de un pollo o un cerdo Bioquímica y genética comparada • La naturaleza universal del código genético establece relaciones evolutivas de muchas especies • Una bacteria puede reproducir secuencias exactas de ADN humano • Ejemplo: la insulina humana puede ser sintetizada por bacterias Biogeografía • Disciplina que estudia la distribución de las especies en la Tierra • Brinda evidencia de la evolución de las especies • Ejemplo: Darwin encontró 14 especies de pinzones en islas Galápagos con similitudes a los pinzones de América del Sur
ACTIVIDAD: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/actividad7.htm
PROCESOS EVOLUTIVOS Los seres vivos somos lo que somos gracias a la información genética que poseemos almacenada en nuestras células; esta información ha sido más o menos modelada por el ambiente en el que vivimos, que puede modificar de manera natural la información genética a lo largo de la vida de un ser vivo, pero las modificaciones que produce nunca se van a transmitir a nuestros descendientes, lo único que transmitiremos a nuestros hijos serán nuestros genes. La información genética y el ambiente son la base de la evolución. ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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En un principio, los seres vivos de la misma especie y de la misma población debieron tener idéntica información genética. Todos los individuos estarían en principio igual de adaptados a su medio, salvo diferencias ambientales individuales (por ejemplo, el que se alimente más estará más fuerte); la cuestión es, ¿por qué con el tiempo surgen individuos diferentes dentro de las poblaciones? En una población de osos, en un principio todos tendrían el pelo corto, no existirían osos de pelo largo, ¿cómo surgieron los de pelo largo? La respuesta a estas cuestiones está en las MUTACIONES GENÉTICAS, que hacen que un gen cambie lo suficiente para seguir siendo el mismo gen, pero dé lugar a un carácter algo diferente. Cuando un ser vivo nace, desarrolla una serie de caracteres para los que posee información genética, y esos caracteres son modelados por el ambiente en el que vive. Cualquier ser vivirá mejor o peor en el lugar en que le ha tocado vivir según los caracteres que haya desarrollado, así por ejemplo, si tiene una gruesa cubierta de pelo aguantará bien el frío, si tiene agilidad para subir a los árboles escapará de los predadores y si sabe nadar no se ahogará cuando tenga que cruzar un río; esta capacidad de vivir mejor o peor es lo que llamamos ADAPTACIÓN AL MEDIO: el que está mejor adaptado vive mejor, se alimenta bien, escapa de los predadores, vive más tiempo y todo esto hará que tenga más crías, y, por lo tanto, deje más descendientes a la siguiente generación que llevarán sus genes, es la SUPERVIVENCIA DEL MÁS APTO. LOS SERES MEJOR ADAPTADOS A SU MEDIO DEJAN MÁS DESCENDIENTES A LA SIGUIENTE GENERACIÓN.
En sentido negativo, los individuos que están peor adaptados viven menos, y dejarán menos descendientes, por lo que al cabo de varias generaciones sus genes tenderán a desaparecer, quedando sólo los genes que suponen una mejor adaptación, es decir, la naturaleza selecciona los mejores genes para un ambiente determinado, es lo que llamamos la SELECCIÓN NATURAL En el ejemplo de los osos, en un medio cálido, los osos con pelo corto vivirán mejor que los que tengan el pelo largo, ya que pasarán más calor, lo cual les afectará en su vida diaria (correrán menos, se cansarán más, etc.). Los osos de pelo corto vivirán más y mejor, y dejarán más descendientes a las siguientes generaciones; con el tiempo nacerán cada vez menos osos con el pelo largo. Si en un momento determinado se produce un cambio prolongado en el medio en el que vive una población, todo cambiará y los individuos mejor adaptados podrán dejar de serlo, y, al revés, los que antes vivían peor y dejaban pocos descendientes ahora podrán ser los mejor adaptados: en ese caso, la selección natural actuará ahora favoreciendo a aquellos a los que antes perjudicaba. Si en el lugar donde viven nuestros osos el clima se hace más frío, los osos de pelo largo que antes vivían peor se van a convertir ahora en los mejor adaptados, y los de pelo corto que antes vivían mejor, ahora no soportarán el frío, vivirán peor y dejarán menos descendientes, cambiándose la tendencia evolutiva. Al cabo de muchas generaciones habrán desaparecido de la población los alelos del pelo corto, todos los osos serán de pelo largo, y la especie de oso habrá cambiado ligeramente, ahora tal vez tengamos una nueva subespecie caracterizada por tener un pelo largo y denso para protegerse del frío.
ACTIVIDAD: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/actividad10.htm Origen y evolución temprana de la Vida Se supone que la atmósfera primitiva estaba constituida principalmente por hidrógeno y helio pero rápidamente estos elementos se habrían fugado hacia el espacio exterior debido a que las fuerzas gravitacionales aún eran ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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muy débiles como para retenerlos. Posteriormente, a partir de los gases desprendidos por los volcanes, se habrían formado una atmósfera secundaria, diferente tanto de la atmósfera primitiva como de la actual. El agua habría emanado de los géiseres en forma gaseosa enriqueciendo la atmósfera en vapor de agua. Es a partir de los átomos presentes en este planeta que se auto organizaron y evolucionaron los sistemas vivos., en la actualidad, toda la vida que existe en el planeta habita un área denomina biosfera. Esta capa que abarca toda la superficie terrestre, se extiende de 8 a 10 Km. Hacia el espacio exterior, en la atmósfera, y aproximadamente la misma distancia hacia las profundidades del mar. Desde una perspectiva bioquímica, cuatro características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos: La existencia de una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener su identidad bioquímica La presencia de enzimas, proteínas complejas esenciales para las reacciones químicas de que depende la vida. La capacidad de duplicarse generación tras generación La posibilidad de evolucionar a partir de la producción de la descendencia con variación. Hay varias hipótesis que se han sugerido para explicar el Origen de la vida en la tierra. Se pueden agrupar de acuerdo a dos grandes ideas, según la corriente a la que pertenecen: Vitalismo o materialismo Vitalismo: De acuerdo a esta corriente idealista, lo seres vivos hasn existido siempre sobre la tierra, o han aparecido por un soplo divino: CREACIONISMO. Para que la vida surgiera era necesaria la voluntad y la presencia de una fuerza vital o de un soplo divino. La iglesia aceptó la idea de la generación espontánea en este marco idealista de la generación espontánea en este marco idealista, donde se acomodó la teoría al surgimiento del hombre mismo por voluntad de Dios.
GENERACIÓN ESPONTÁNEA. Los primeros que se ocuparon de este tema fueron los pensadores de la antigua Grecia, entre los que destaca Aristóteles, que sostenía la idea de la GENERACIÓN ESPONTÁNEA, según la cual los seres vivos provenían directamente del barro, del estiércol y de otras materias inertes sin sufrir ningún tipo de proceso previo, simplemente aparecían. Aunque esta idea pueda parecer muy infantil se mantuvo durante muchos siglos hasta el final de la Edad Media, época en la que se alternaba la creencia en la generación espontánea con la idea del origen divino de la vida, llegándose incluso a tachar de herejes a aquellos que intentaban estudiar la cuestión. Así podemos destacar los trabajos de algunos pensadores que
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apoyaban la generación espontánea, como Van Helmont (1577-1644), que realizó muchos experimentos sobre aspectos tales como el origen de los seres vivos, la alimentación de las plantas, etc. Fue a
finales del s. XVII cuando comenzó a cuestionarse la idea de la generación espontánea, especialmente a partir de los trabajos de Francesco Redi (1626-1698), que ideó un experimento sencillo y concluyente que consistió en meter trozos de carne en frascos cerrados, y otros en frascos abiertos, viendo que la carne de los frascos cerrados no desarrollaba gusanos. Con este experimento Redi demostró que los gusanos no aparecían por generación espontánea, y que su presencia estaba relacionada con la posibilidad que tenían las moscas de llegar a la carne y los pescados. La fabricación del primer microscopio por Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) permitió descubrir los "animáculos" o seres microscópicos, que fueron al final los que ayudaron a rechazar la idea de la generación espontánea, gracias a los experimentos de Louis Pasteur (1822-1895), quien, entre otras cosas, demostró, por un lado, que los microorganismos se encontraban por todas partes y provocaban la descomposición de los alimentos y muchas enfermedades humanas, y por otro lado demostró que la generación espontánea no existía; para ello realizó el siguiente experimento:
"...Yo pongo en un frasco de vidrio uno de los siguientes líquidos, todos ellos muy alterables en contacto con el aire ordinario: agua de levadura de cerveza a la que se ha añadido azúcar, orina, jugo de remolacha, agua de pimiento. A continuación doblo el cuello del frasco, de forma que quede curvado en varias partes. Luego pongo a hervir el líquido durante varios minutos hasta que empieza a salir vapor por el extremo abierto; luego dejo enfriar el líquido. He de señalar que aún a pesar de sorprender a todos los que se ocupan de los delicados experimentos relacionados con la llamada generación espontánea, el líquido del frasco permanece inalterado definitivamente..." ACTIVIDAD: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/actividad1.htm ELABORÓ: Q. F. B. María Elena Nava Herrera
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Materialismo: Después de los descubrimientos de Pasteur, se abandonó casi del todo el estudio del origen de la vida. Convencidos de que la generación espontánea era imposible, los hombres de ciencia optaron por ignorar el problema. Sin embargo, no todos dejaron de lado el problema y pronto surgieron, dentro de la alternativa materialista, un grupo e científicos que intentaron nuevas respuestas, surgen así los mecanicistas y los seguidores de la teoría de la panspermia. MECANICISMO Y PANSPERMIA. Los científicos que pertenecían a las escuelas mecanicistas, trataron de resolver el problema del origen de la vida, proponiendo que la vida había surgido gracias a un accidente, una molécula capaz de reproducirse y convertirse en el ascendente común de todos los seres vivos. Pero al depender tanto del azar, esta hipótesis no pudo comprobarse experimentalmente. Arrhenius en 1908, propuso la teoría de la Panspermia, planteando que la vida llegó del espacio exterior, a partir de una espora o bacteria, desprendida de un planeta donde sí había vida, y viajando en corpúsculos del luz. Helmholtz planteaba que los seres vivos, viajaban en meteoritos. Esta teoría no tuvo mucha fuerza, fue rechazada por que estos organismos no hubieran podido resistir las condiciones del espacio exterior ni de la Tierra Primitiva. TEORÍA FISICOQUÍMICA. Hoy en día la teoría aceptada para explicar el origen de la vida es la que se basa en la hipótesis química expuesta por el ruso A. Oparin y el inglés Haldane en 1923. Cuando la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, era una inmensa bola incandescente en la que los distintos elementos se colocaron según su densidad, de forma que los más densos se hundieron hacia el interior de la Tierra y formaron el núcleo, y los más ligeros salieron hacia el exterior formando una capa gaseosa alrededor de la parte sólida, la protoatmósfera, en la que había gases como el metano, el amoníaco y el vapor de agua. Estos gases estaban sometidos a intensas radiaciones ultravioletas (UV) provenientes del Sol y a fuertes descargas eléctricas que se daban en la propia atmósfera, como si fueran gigantescos relámpagos; por efecto de estas energías esos gases sencillos empezaron a reaccionar entre sí dando lugar a moléculas cada vez más complejas; al mismo tiempo la Tierra empezó a enfriarse, y comenzó a llover de forma torrencial y estas lluvias arrastraron las moléculas de la atmósfera hacia los primitivos mares que se iban formando. Esos mares primitivos estaban muy calientes y este calor hizo que las moléculas siguieran reaccionando entre sí, apareciendo nuevas moléculas cada vez más complejas; Oparin llamó a estos mares cargados de moléculas el CALDO NUTRITIVO o SOPA PRIMORDIAL. Algunas de esas moléculas se unieron constituyendo unas asociaciones con forma de pequeñas esferas llamadas COACERVADOS, que todavía no eran células. Este proceso continuó hasta que apareció una molécula que fue capaz de dejar copias de sí misma, es decir, algo parecido a reproducirse; esta molécula sería algo similar a un ÁCIDO NUCLEICO. Los coacervados que tenían el ácido nucleico empezaron a mantenerse en el medio aislándose para no reaccionar con otras moléculas, y finalmente empezarían a intercambiar materia y energía con el medio, dando lugar a primitivas células. Estas primeras células se extenderían por los mares, dando comienzo un proceso que aún sigue funcionando hoy en día, el proceso de EVOLUCIÓN BIOLÓGICA, responsable de que a partir de seres vivos más sencillos vayan surgiendo seres vivos cada vez más complejos, y que es la causa de la gran diversidad de seres vivos que han poblado y pueblan actualmente la Tierra, lo que hoy llamamos la BIODIVERSIDAD. Los seres vivos que han existido y existen en la actualidad son muy diferentes en cuanto a complejidad, aspecto, modo de vida, etc., independientemente de cuál haya sido el origen de la vida; sin embargo hay una serie de rasgos que son comunes a TODOS los seres vivos, extinguidos o vivientes, aunque sean de diferentes ESPECIES; estos rasgos son:
Todos los seres vivos están formados por la misma materia, a la que llamamos MATERIA ORGÁNICA
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Todos los seres vivos realizan las mismas funciones, la nutrición, la relación y la reproducción, más o menos igual Todos los seres vivos están formados por una (SERES UNICELULARES) o varias células (SERES PLURICELULARES).
El conjunto de todos los seres vivos que existen hoy en día junto con el medio donde viven forman lo que llamamos la BIOSFERA, que abarca desde el suelo y parte de los océanos, hasta la zona más baja de la atmósfera, aunque no es una capa continua, ya que en algunos lugares la densidad de seres vivos es muy alta, y en otros apenas existe vida.
Referencia documental: 1. Emma Reynoso Rodríguez. Ciencias Naturales I. Primer Curso de Educación Media Básica. Segunda Edición. México. 1977. 2. Microsoft ® Encarta ® Biblioteca de Consulta 2003. © 1993-2002 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. 3. Asesor Interactivo del Estudiante. Grupo Océano. España. 2005 4. Biología II. Guía para el alumno. Universidad Autónoma de Puebla. 2004 5. Bioquímica. Lehninger 6. Pequeña guía del cuerpo humano. La guía del cuerpo humano y su funcionamiento. Editorial Grijalbo. Barcelona 2002. 7. Rosalino Vázquez Conde. BIOLOGIA I. BACHILLERATO GENERAL. Grupo Editorial Patria. Primera Edición 2006. México.
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