BIOLOGIA
NOMBRES: •
John Sebastián Serna Parada.
•
Simón Camilo Guzmán Gaviria.
Grado: 10°C
INSTITUTO SANCARLOS DE LAS SALLE MEDELLIN, ANTIOQUIA COLOMBIA 2015
TEMA 1: RESPIRACION CELULAR
RESPIRACION CELULAR
La respiración celular o respiración interna es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente, por oxidación, hasta convertirse en sustancias inorgánicas, proceso que proporciona energía aprovechable por la célula (principalmente en forma de ATP). Tipos de respiración celular Respiración aeróbica: El aceptor final de electrones es el oxígeno molecular, que se reduce a agua. La realizan la inmensa mayoría de células, incluidas las humanas. Los organismos que llevan a cabo este tipo de respiración reciben el nombre de organismos aeróbicos. Respiración anaeróbica: El aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, más raramente una molécula orgánica. Es un tipo de metabolismo muy común en muchos microorganismos, especialmente procariotas. No debe confundirse con la fermentación, proceso también anaeróbico, pero en el que no interviene nada parecido a una cadena transportadora de electrones. Respiración aeróbica Este proceso celular es realizado por el orgánulo mitondrial (mitocondrias). Su ecuación general es la siguiente (respiración aeróbica):1 C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 \to 6 H_2O+6 CO_2+38ATP Características Se produce en la mitocondria. La respiración celular, como componente del metabolismo, es un proceso catabólico, en el cual la energía contenida en los substratos usados como combustible es liberada de manera controlada. Durante la misma, buena parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas es incorporada a la molécula de ATP (o de nucleótidos trifosfato equivalentes), que puede ser a continuación utilizada en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo celular (anabolismo).
TEMA 2: RESPIRACION DE BACTERIAS, PROTISTAS RESPIRACION DE BACTERIAS Son tres tipos de respiraci贸n:
- Aerobia - Anaerobia Facultativa - Anaerobia obligada. En las bacterias Aerobias la respiración celular se realiza en la Cadena oxidativa o respiratoria asociada con la membrana plasmática que en ciertos casos se invagina formando una estructura llamada Mesosoma. A nivel de los Oxisomas localizados en el Mesosoma ya que carecen de mitocondrias los nutrientes son oxidados aeróbicamente liberando energía química y CO2. En las Bacterias Anaerobias Facultativas (pueden o no fijar el O2 atmosférico) al respiración con O2 se realiza en los Oxisomas que forman las unidades fundamentales de la cadena oxidativa, utilizan la Glucólisis y luego la oxidación aerobia del ácido pirúvico en ATP y CO2, en tanto que aquellas bacterias que no fijan el O2 atmosférico la respiración es de tipo Anaerobia (Fermentación) oxidando la Glucosa en condiciones anaerobias. En las bacterias Anaerobias obligadas no poseen mecanismos para fijar el O2 atmosférico, por lo tanto la respiración en ellas es Anaerobia ( Fermentación). Oxidan biológicamente la Glucosa por Glucólisis y luego trasnforman anaeróbicamente por Fermentación el ácido pirúvico en Etanal y posteriormente en Etanol (fermentación alcohólica).
RESPIRACION EN PROTISTAS En biología, reino Protista, también denominado Protoctista, es el que contiene a todos aquellos organismos eucariontes que no pueden clasificarse dentro de alguno de los otros tres reinos eucariotas: Fungí (hongos), Animalia (animales) o Plantea (plantas). Es un grupo altamente parafilético que también se define como eucariotas unicelulares (Cavalier-Smith 20131 ) descendientes de una eucariota ancestral que también era unicelular, pero, además de encontrarse entre los tradicionales "protistas" multicelulares como las algas pardas, se encuentran esparcidos en los reinos de animales, hongos y plantas, que también poseen miembros unicelulares derivados de sus grupos más basales, grupos que ya tenían el plan corporal básico pero no habían llegado a la multicelularidad como aumento de la complejidad. En el árbol filogenético de los organismos eucariotas, los protistas forman varios grupos monofiléticos separados, o incluyen miembros que están estrechamente emparentados con alguno de los tres reinos citados. Se les designa con nombres que han perdido valor filogenético en biología, pero cuyo uso sería imposible desterrar, como «algas», «protozoos» o «mohos mucosos».
Hábitat: Ninguno de sus representantes está adaptado plenamente a la existencia en el aire, de modo que los que no son directamente acuáticos, se desarrollan en ambientes terrestres húmedos o en el medio interno de otros organismos. Organización celular: Eucariotas (células con núcleo), unicelulares o pluricelulares. Los más grandes, algas pardas del género Laminaria, pueden medir decenas de metros, pero predominan las formas microscópicas. Estructura: Se suele afirmar que no existen tejidos en ningún protista, pero en las algas rojas y en las algas pardas la complejidad alcanza un nivel muy próximo al tisular, incluida la existencia de plasmodesmos (p.ej. en el alga parda Egregia). Muchos de los protistas pluricelulares cuentan con paredes celulares de variada composición, y los unicelulares autótrofos frecuentemente están cubiertos por una teca, como en caso destacado de las diatomeas, o dotados de escamas o refuerzos. Los unicelulares depredadores (fagótrofos) suelen presentar células desnudas (sin recubrimientos). Las formas unicelulares a menudo están dotadas de movilidad por reptación o, más frecuentemente, por apéndices de los tipos llamados cilios y flagelos. Nutrición: Autótrofos, por fotosíntesis, o heterótrofos. Muchas formas unicelulares presentan simultáneamente los dos modos de nutrición. Los heterótrofos pueden serlo por ingestión (fagótrofos) o por absorción osmótica (osmótrofos). Metabolismo del oxígeno: Todos los eucariontes, y por ende los protistas, son de origen aerobios (usan oxígeno para extraer la energía de las sustancias orgánicas), pero algunos son secundariamente anaerobios, tras haberse adaptado a ambientes pobres en esta sustancia. Reproducción y desarrollo: Puede ser asexual (clonal) o sexual, con gametos, frecuentemente alternando la asexual y la sexual en la misma especie. Las algas pluricelulares presentan a menudo alternancia de generaciones. No existe embrión en ningún caso. Ecología: Los protistas se cuentan entre los más importantes componentes del plancton (organismos que viven en suspensión en el agua), del bentos (del fondo de ecosistemas acuáticos) y del edafón (de la comunidad que habita los suelos). Hay muchos casos ecológicamente importantes de parasitismo y también de mutualismo, como los de los flagelados que intervienen en la digestión de la madera por los termes o los que habitan en el rumen de las vacas. El simbionte algal de los líquenes es casi siempre un alga verde unicelular.
CLACIFICACION Los protistas son un taxón parafilético con respecto a otros reinos, debido a que comprenden a todos los descendientes del eucariota ancestral, que comparten el plan corporal básico del eucariota, entre ellos y con el eucariota ancestral, y no poseen las innovaciones que dieron origen a los reinos de plantas, animales y hongos, por lo tanto se encuentran entre ellos miembros que aumentaron su nivel de complejidad hacia la multicelularidad pero sin pertenecer a ninguno de esos tres linajes, como les ocurrió a las algas pardas (véase también: Clasificación de los organismos en categorías altas (reinos, dominios, imperios)). Las últimas décadas vieron múltiples publicaciones de filogenias de los eucariotas basadas en caracteres tomado, bien al ser linajes tan antiguos, el ADN se fue modificando mucho, y mucha de la información que hubiera servido para hacer inferencias de relaciones filogenéticas se ha perdido. Aún así, si bien por los métodos utilizados basados en ADN hasta hoy en día no se pudo obtener más resolución que la hasta hoy acordada (2013), se han encontrado 6 linajes de eucariotas a los que se puso la "nueva" categoría de supergrupos: Excavata, Opisthokonta, Amoebozoa (los dos últimos a veces agrupados en el supergrupo Unikonta con el que se formarían 5 supergrupos), Chromalveolata, Rhizaria y Archaeplastida (el "Plantae sensu lato, en sentido amplio, debido a que abarca más grupos que sólo las embriofitas, las multicelulares y complejas plantas terrestres). Algunos de estos caracteres sirvieron para inferir cómo habría sido el eucariota ancestral: unicelular, fagotrófico (carácter debido al cual pudo engullir a la mitocondria ancestral, y posteriormente, en reinos "botánicos", al cloroplasto ancestral o derivado), con mitocondrias, aeróbico (que consume oxígeno, esperable debido al uso de las mitocondrias). Sin embargo, para entender la diversidad de protistas y su megaevolución (su evolución en caracteres que cambian tanta funciones que cambian su plan corporal, su forma básica de sobrevivir y reproducirse), caracteres como los del uso que le dan a su citoesqueleto (el esqueleto interno, que funciona de sostén, y debe ser lo suficientemente plástico como para modificarse para la locomoción y para la alimentación) son mejores indicadores de su plan corporal básico que los caracteres moleculares, que hasta hoy en día hacen inferencias sin determinar a qué categoría taxonómica debería pertenecer su importancia con respecto al funcionamiento del plan corporal (2013). Los protistas en líneas generales se pueden dividir según su modo de locomoción en amebas y flagelados (el eucariota ancestral era un flagelado, si bien la locomoción y alimentación del tipo ameba apareció varias veces, especialmente en los unicontes o más específicamente en los opistocontes, los linajes que dieron origen a animales y hongos). En amebas, los planes corporales aparecen por especializaciones en el sistema de actina/miosina que da movilidad al citoesqueleto; en flagelados, los planes corporales aparecen por especializaciones del sistema de microtúbulos del citoesqueleto que determina de qué forma se anclan los flagelos al resto de la célula y qué función tendrán (cómo se movilizarán, y por lo tanto para qué fines). Estas especializaciones del citoesqueleto son tan básicas para determinar cómo funcionará la célula y cómo sobrevivirá, que cada linaje que contiene alguna especialización es ubicado en categorías muy altas, como filos, clases y órdenes (las 3 categorías justo por debajo del reino, Protista). Estos caracteres se fueron estudiando como aquí descripto y como consecuencia la clasificación en filos se fue modificando desde la década del '70 hasta hoy en día, momento en que su estudio
todavía no se considera terminado debido a la enorme falta de datos en grupos pobremente conocidos (véase Crisis de Biodiversidad). La clasificación del reino Protista en filos ha avanzado desde los '90 debido no sólo a caracteres del citoesqueleto y del ADN ya mencionados, sino también a caracteres de las membranas, membranas celulares o internas, de los protistas, que indican el origen evolutivo de cada membrana (ver por ejemplo en Origen de todas las plantas), y también dan mucha información sobre el plan corporal del protista, ya que éste se comunica con el ambiente y sus organelas se comunican entre sí a través de membranas (las membranas deciden qué entra y qué sale de ellas y bajo qué circunstancias), y son las especializaciones de las membranas las que deciden cuán sensible será el protista al ambiente y cómo lo aprovechará (ver membranas en Cavalier-Smith 20002 ). Las clasificaciones basadas en estos caracteres, demasiado "modernos", todavía no fueron asimiladas en cursos generales de biología (Cavalier-Smith 20131 ). En la clasificación en filos nos encontramos en una fase de consolidación en que el número de filos (que en los '80 se contaban entre 45 y 70) fue enormemente reducido (Cavalier-Smith 2002b,3 2004a,4 2007b,5 2003b,6 20131 ), estableciendo filos que si bien son abarcativos y diversos poseen como característica unificadora el plan corporal básico, de forma similar a lo que ocurre con filos tradicionales en otros reinos como Chordata, Mollusca, Arthropoda (en animales), o Tracheophyta (en plantas). La clasificación de los protistas ha variado mucho en los últimos veinte años. Las nuevas técnicas de comparación directa de secuencias de nucleótidos han permitido salvar el problema de la escasez o ambigüedad de los caracteres morfológicos, sobre todo por su pequeño tamaño y organización sencilla. Empiezan a emerger grupos bien definidos, algunos de los cuales se presentan en el cuadro de arriba. El reino Protista constituye un taxón parafilético puesto que se basa en el carácter plesiomórfico de la unicelularidad y no contiene a todos los descendientes de las especies que abarca. La pluricelularidad se desarrolló independientemente en varios grupos de Eukarya: Animalia, Fungi, Plantae, Heterokontophyta y Rhodophyta. A pesar de que todos estos grupos tienen como origen un protista, sólo los dos últimos se clasifican dentro del reino Protista. Los protistas han tenido un papel central en el origen y evolución de la célula eucariota. Se han propuesto varias hipótesis considerando la acumulación de datos sobre la naturaleza quimérica del genoma de los eucariontes. La evolución subsecuente es difícil de determinar por las recombinaciones intertaxonómicas primarias, secundarias e incluso terciarias que tuvieron lugar. Sin embargo, comparaciones de múltiples genes y de datos ultraestructurales aclaran en cierta medida tales eventos. Sobre la base de estos datos se han propuesto algunos grupos monofiléticos y una filogenia aproximada de los protistas. Árbol de la vida mostrando las relaciones de los seis principales clados de protistas. Se considera que los cloroplastos de Archaeplastida proceden de la endosimbiosis primaria de una cianobacteria, los de Excavata y Rhizaria de la endosimbiosis secundaria de un alga verde y los de Chromalveolata de un alga roja. Uno de los clados, Primoplantae o Archaeplastida, comprende
Rhodophyta (algas rojas) y Glaucophyta. Es también el origen de las algas verdes y de las plantas vasculares terrestres, reino de las Plantas en la taxonomía de Whittaker de 1969. Por ello hoy varios autores incluyen esta rama menor o clado de Primoplantae dentro de la mayor, o clado de las Plantas, y no en el protista. Este clado se caracteriza por la presencia de cloroplastos que se considera que fueron obtenidos por la endosimbiosis primaria de una bacteria cianofícea. La mayoría de los miembros de Rhodophyta son pluricelulares. Otros dos grupos, Chromista y Alveolata (clado Chromalveolata), presentan cloroplastos que se supone han sido adquiridos por endosimbiosis secundaria de un alga roja. El primero comprende Heterokontophyta (algas pardas, diatomeas, oomicetos, etc.), junto a los pequeños grupos Haptophyta y Cryptophyta. El segundo comprende Dinoflagellata, Apicomplexa (la mayoría de los antiguos esporozoos) y Ciliophora (ciliados). Algunos miembros han perdido posteriormente los cloroplastos y otros han llegado al nivel de organización pluricelular. El clado Excavata comprende un gran número de protistas que antiguamente eran clasificados como flagelados. Se caracterizan por la presencia de un surco ventral de alimentación. Algunos miembros son heterótrofos, mientras que otros presentan cloroplastos que se supone son el resultado de la endosimbiosis secundaria de un alga verde. La clasificación de este grupo es difícil y todavía está en sus inicios. Comprende entre otros, Metamonada, Euglenozoa y Percolozoa. El clado Rhizaria se ha constituido con base en datos moleculares. Comprende algunos ameboides que antiguamente formaban parte del grupo de los rizópodos. En concreto, comprende Radiolaria, Foraminifera y una colección diversa de organismos (entre ellos las amebas filosas con testa, algunos mohos mucosos y algunos flagelados con cloroplastos) que se clasifican en Cercozoa. El clado Amoebozoa comprende un gran número de protistas ameboides y la mayoría de los mohos mucosos. Sin embargo, otros ameboides que antiguamente formaban parte del grupo de los rizópodos han ido a parar a otros clados. El carácter morfológico de la presencia de seudópodos no es exclusivo de este clado, lo que ha llevado a la confusión de agrupar a protistas no relacionados en las antiguas clasificaciones. Algunos miembros son multinucleados y otros forman agrupaciones que son un modelo para la multicelularidad (Dictyosteliida). El clado Opisthokonta, constituido con base en estudios moleculares, comprende a una colección diversa de protistas clasificados en Choanozoa. Es también el origen de los reinos pluricelulares de Animalia y Fungi. Estos tres grupos se caracterizan morfológicamente por la presencia en los linajes constituyentes de un flagelo opistoconto (situado en la célula en una posición posterior a la del movimiento).
TEMA 3: RESPIRACION ANIMAL
RESPIRACION ANIMAL
La respiración celular es una reacción química de oxidación. En ella, la materia orgánica (alimento) se combina con oxígeno y se transforma en dióxido de carbono y agua, y en esto se produce energía. Por ello, es imprescindible para los animales tomar oxígeno. La respiración es la encargada de aportar a las células el oxígeno que se necesita para realizar la respiración celular. Los animales utilizan diversas técnicas para respirar: Respiración sin estructuras. Los animales más sencillos, como las medusas y las esponjas, no tienen aparato respiratorio; los gases se intercambian por toda la superficie del cuerpo. Esto se da mayormente en animales marinos donde el oxígeno, que está disuelto en el agua, atraviesa libremente el cuerpo del animal y va pasando de unas células a otras por su cuerpo. Respiración traqueal. Es el tipo de respiración de los insectos. Las tráqueas son unos tubos que se abren al exterior de la piel por unos orificios denominados estigmas. Desde ellos penetran hacia el interior el oxigeno disminuyendo de diámetro, al tiempo que sus paredes se hacen más delgadas. Así, el oxígeno las atraviesa y llega a las células, al tiempo que el dióxido de carbono escapa de ellas. Respiración branquial. Es la forma de respiración más general en los animales acuáticos. Las branquias son órganos con paredes muy delgadas que por fuera están en contacto con el agua, y por el interior, con múltiples de capilares, que los que realizan el intercambio, tomando el oxígeno disuelto en el agua y cediendo dióxido de carbono. Respiración pulmonar. La mayoría de los animales terrestres respiran mediante pulmones, que son cavidades internas en las que se encuentra la superficie respiratoria. Algunas arañas tienen pulmones en libro. Se trata de cavidades internas cuya pared está muy replegada, formando láminas muy finas. También se da esto en muchos insectos. Los vertebrados terrestres poseen cavidades internas cuyas paredes están llenas de capilares sanguíneos. Estos captan el oxígeno del aire y liberan el dióxido de carbono.
TEMA 4: RESPIRACION EN EL SER HUMANO RESPIRACION EN EL SER HUMANO
El aparato respiratorio o sistema respiratorio es el encargado de captar oxígeno (O2) y eliminar el dióxido de carbono (CO2) procedente del anabolismo celular.1 El aparato respiratorio generalmente incluye tubos, como los bronquios, las fosas nasales usadas para cargar aire en los pulmones, donde ocurre el intercambio gaseoso. El diafragma, como todo músculo, puede contraerse y relajarse. En la inhalación, el diafragma se contrae y se allana, y la cavidad torácica se amplía. Esta contracción crea un vacío que succiona el aire hacia los pulmones. En la exhalación, el diafragma se relaja y el aire es expulsado de los pulmones. En humanos y otros mamíferos, el sistema respiratorio consiste en vías respiratorias, pulmones y músculos respiratorios que median en el movimiento del aire tanto dentro como fuera del cuerpo. El intercambio de gases es el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono, del ser vivo con su medio. Dentro del sistema alveolar de los pulmones, las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono se intercambian pasivamente, por difusión, entre el entorno gaseoso y la sangre. Así, el sistema respiratorio facilita la oxigenación con la remoción contaminante del dióxido de carbono y otros gases que son desechos del metabolismo y de la circulación. El sistema respiratorio también ayuda a mantener el balance entre ácidos y bases en el cuerpo a través de la eficiente eliminación de dióxido de carbono de la sangre. En organismos simples Los protozoarios (organismos unicelulares), así como hidras y las medusas (organismos pluricelulares que están compuestas por dos capas de células), respiran a través de su membrana celular (por medio de difusión) y la mitocondria (véase respiración celular). En organismos complejos Los insectos, en cambio, bombean aire directamente a los tejidos corporales por medio de una red de tubos, llamados tráqueas, que se abren a los costados del cuerpo. La zona final del sistema traqueal está formada por finísimos conductos denominados traqueolas. Los peces introducen agua a través de su boca bañando las branquias donde captan oxígeno y liberan el dióxido de carbono; luego expulsan el agua a través del opérculo (una abertura que tienen a cada lado del cuerpo). Los anfibios mudan su sistema respiratorio durante su paso desde su vida acuática (cuando son jóvenes) a la terrestre (cuando son adultos). Así, los renacuajos respiran por medio de branquias, igual que los peces; pero una vez realizada la metamorfosis (por ejemplo como ranas o sapos) respiran por medio de pulmones y en algunos casos, por la respiración cutánea. En las aves, los órganos que intervienen en la respiración son llamados sacos aéreos, que están comunicados con los pulmones. Estos "sacos" sirven para almacenar el aire, pero no extraen el oxígeno, mientras que los pulmones si lo hacen. Existen sacos aéreos anteriores situados en la cavidad torácica y los sacos posteriores situados en el abdomen. En el ser humano En humanos, el sistema respiratorio consiste en las vías aéreas, pulmones y músculos respiratorios, que provocan el movimiento del aire tanto hacia adentro como hacia afuera del cuerpo. El intercambio de gases es el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono, del cuerpo con su medio. Dentro del sistema alveolar de los pulmones, las moléculas de oxígeno y dióxido de
carbono se intercambian pasivamente, por difusión, entre el entorno gaseoso y la sangre. Así, el sistema respiratorio facilita la oxigenación con la remoción contaminante del dióxido de carbono (y otros gases que son desechos del metabolismo) de la circulación. El sistema también ayuda a mantener el balance entre ácidos y bases en el cuerpo a través de la eficiente remoción de dióxido de carbono de la sangre. El hombre utiliza respiración pulmonar, su aparato respiratorio consta de: Sistema de conducción: fosas nasales, boca, epiglotis, faringe, laringe, tráquea, bronquios principales, bronquios lobulares, bronquios segmentarios y bronquiolos. Sistema de intercambio: conductos y los sacos alveolares. El espacio muerto anatómico, o zona no respiratoria (no hay intercambios gaseosos) del árbol bronquial incluye las 16 primeras generaciones bronquiales, siendo su volumen de unos 150 ml. La función del aparato respiratorio consiste en desplazar volúmenes de aire desde la atmósfera a los pulmones y viceversa. Lo anterior es posible gracias a un proceso conocido como ventilación. La ventilación es un proceso cíclico y consta de dos etapas: la inspiración, que es la entrada de aire a los pulmones, y la espiración, que es la salida. La inspiración es un fenómeno activo, caracterizado por el aumento del volumen torácico que provoca una presión intrapulmonar negativa y determina el desplazamiento de aire desde el exterior hacia los pulmones. La contracción de los músculos inspiratorios principales, diafragma e intercostales externos, es la responsable de este proceso. Una vez que la presión intrapulmonar iguala a la atmosférica, la inspiración se detiene y entonces, gracias a la fuerza elástica de la caja torácica, esta se retrae, generando una presión positiva que supera a la atmosférica y determinando la salida de aire desde los pulmones. En condiciones normales la respiración es un proceso pasivo. Los músculos respiratorios activos son capaces de disminuir aún más el volumen intratorácico y aumentar la cantidad de aire que se desplaza al exterior, lo que ocurre en la espiración forzada. Mientras este ciclo ventilario ocurre, en los sacos alveolares, los gases contenidos en el aire que participan en el intercambio gaseoso, oxígeno y dióxido de carbono, difunden a favor de su gradiente de concentración, de lo que resulta la oxigenación y detoxificación de la sangre. El volumen de aire que entra y sale del pulmón por minuto, tiene cierta sincronía con el sistema cardiovascular y el ritmo circadiano (como disminución de la frecuencia de inhalación/exhalación durante la noche y en estado de vigilia/sueño). Variando entre 6 a 80 litros (dependiendo de la demanda). Se debe tener cuidado con los peligros que implica la ventilación pulmonar ya que junto con el aire también entran partículas sólidas que puede obstruir y/o intoxicar al organismo. Las de mayor tamaño son atrapadas por los vellos y el material mucoso de la nariz y del tracto respiratorio, que luego son extraídas por el movimiento ciliar hasta que son tragadas, escupidas o estornudadas. A nivel bronquial, por carecer de cilios, se emplean macrófagos y fagocitos para la limpieza de partículas. Control de la ventilación La ventilación es controlada de forma muy cuidadosa y permite la regulación del intercambio gaseoso, es decir que los niveles normales de PaO2 y PaCO2 arteriales se mantengan dentro de límites estrechos a pesar de que las demandas de captación de O2 y eliminación de CO2 varían mucho. El sistema respiratorio se puede considerar un sistema de control de lazo cerrado ya que
posee un grupo de componentes que regula su propia conducta, estos componentes pueden ser clasificados como: sensores que reúnen información y con ella alimentan al controlador central, en el encéfalo, que coordina la información y a su vez envía impulsos hacia los músculos respiratorios efectores, que causan la ventilación. Sensores (entradas) Los sensores protagonistas en el control de la respiración son los quimiorreceptores, estos responden a los cambios en la composición química de la sangre u otro líquido. Se han clasificado anatómicamente como centrales y periféricos. Quimiorreceptores centrales cerca de la superficie ventral del bulbo raquideo están rodeados por el líquido extracelular del cerebro y responden a los cambios de H+ en ese líquido. El nivel de CO2 en la sangre regula la ventilación principalmente por su efecto sobre el pH del LCR. Quimiorreceptores periféricos se hallan dentro de los cuerpos carotídeos, en la bifurcación de las arterias carótidas primitivas, y en los cuerpos aórticos por encima y por debajo del cayado aórtico, estos responden al descenso de la PO2 arterial y al aumento de la pCO2 y de los H+, estos son los responsables de cualquier aumento de la ventilación en el ser humano como respuesta de la hipoxemia arterial. En los pulmones también existen receptores sensoriales que intervienen en el control del calibre de las vías aéreas, la secreción bronquial, así como en la liberación de mediadores por las células cebadas u otras células inflamatorias, esta información llega a los centros superiores a través de las fibras sensoriales del nervio vago. Los receptores asociados a la vía vagal son los siguientes: Receptores de estiramiento pulmonar en el músculo liso de las vías aéreas, producen impulsos cuando se distiende el pulmón, y su actividad persiste mientras el mismo se encuentre insuflado. Receptores de sustancias irritantes entre las células epiteliales de las vías aéreas y son estimulados por gases nocivos y aire frío. Receptores J o yuxtacapilares las terminaciones nerviosas de estas fibras se encuentran situadas en el parénquima pulmonar en la vecindad de las paredes alveolares y los capilares pulmonares, son estimulados por el edema y la fibrosis pulmonar intersticio y dan lugar a la sensación de disnea en estos pacientes, además se señala que tiene un importante papel en la regulación de la secreción de surfactante pulmonar. Existen otros receptores correspondientes al sistema de control respiratorio o que de alguna manera pueden modificar la frecuencia ventilatoria: Receptores nasales y de las vías aéreas superiores la nariz, la nasofaringe, la laringe y la tráquea poseen receptores que responden a la estimulación mecánica y química. Se les atribuyen diversas respuestas reflejas, como estornudos, tos y broncoconstricción. Barorreceptores arteriales los barorreceptores de la aorta y los senos carotídeos por el aumento de la presión arterial puede causar hipoventilación o apnea reflejas. La disminución de la presión arterial causará hiperventilación. Dolor y temperatura La estimulación de muchos nervios aferentes puede general cambios en la ventilación. El dolor muchas veces causa un período de apnea seguido de hiperventilación. El calentamiento de la piel puede causar hiperventilación.
Controlador central
El control de la ventilación es una compleja interconexión de múltiples regiones en el cerebro que inervan a los diferentes músculos encargados de la ventilación pulmonar. El proceso automático normal de la respiración se origina en impulsos que provienen del tallo cerebral, sin embargo, se puede tener cierto control voluntario dentro de determinados límites ya que los estímulos de la corteza se pueden priorizar respecto a los del tallo cerebral. Tallo cerebral periodicidad de la inspiración y espiración es controlada por neuronas ubicadas en la protuberancia y en el bulbo raquídeo, a estas se les denomina los Centros respiratorios, es un conjunto algo indefinido de neuronas con diversos componentes. Centros respiratorios bulbares: la región dorsal del bulbo está asociada con la inspiración, estas son las responsables del ritmo básico de la ventilación, y la región ventral con la espiración. Centro apneústico: se ubica en la parte inferior de la protuberancia. Los impulsos desde este centro tienen un efecto excitador sobre el área inspiratoria del bulbo. Centro neumotáxico: parte superior de la protuberancia en este centro se desactiva o inhibe la inspiración y así se regula el volumen inspiratorio y consecuentemente la frecuencia respiratoria. Corteza: en cierta medida la ventilación tiene un carácter voluntario, la hiperventilación voluntaria puede disminuir a la mitad la PCO2, si bien la alcalosis consiguiente puede causar tetania con contracción de los músculos de las manos y los pies, sin embargo la hipoventilación voluntaria es más difícil, el tiempo durante el cual se puede retener la respiración es limitado, por diversos factores, incluyendo la PCO2 y la PO2 arteriales. Otras partes del cerebro: sistema límbico y el hipotálamo, pueden afectar el patrón de la respiración, por ejemplo en alteraciones emocionales. Efectores (salidas) Como actuadores del sistema respiratorio están el diafragma, los músculos intercostales, abdominales y los músculos accesorios. En el contexto del control de la ventilación es fundamental que estos diversos grupos trabajen conjuntamente en forma coordinada. Hay evidencias de que en algunos neonatos, en particular los prematuros, existe falta de coordinación en la actividad de los músculos respiratorios, en especial durante el sueño. Por ejemplo, los músculos torácicos pueden realizar el trabajo inspiratorio mientras los músculos abdominales efectúan el trabajo espiratorio.
TEMA 5: COMPONENTE S DE UN ECOSISTEMA COMPONENTES DE UN ECOSISTEMA 1. El ecosistema
Resulta raro que un organismo viva aislado de los organismos de su propia especie o de organismos de especies diferentes. La ecología, que estudia el nivel superior de organización de los seres vivos (los inferiores serían el molecular, el celular y el orgánico), estudia entre otras cosas las asociaciones de unos organismos con otros. Estas asociaciones pueden ser de individuos de la misma especie o de individuos de especies distintas. Llamamos población al conjunto de individuos de la misma especie que viven en un área o territorio determinado, en una época determinada, y que se reproducen entre ellos. Cada población será, pues, una unidad biológica, cuya estructura está formada por el conjunto de sus miembros, distribución por edades, sexos, etc. Tanto los límites como la estructura de la población son dinámicos, es decir, resultan del equilibrio entre el incremento de los miembros (por nacimiento o inmigración) y la disminución (por muerte o emigración). El hecho de que cada población sea una unidad biológica, permite estudiar su "genotipo" como la proporción en la que se encuentra dentro de la población cada gen, y estudiar también los mecanismos de variación de esas proporciones génicas: todo esto es objeto de estudio de la Genética de poblaciones. Una comunidad o biocenosis es un conjunto de poblaciones de especies de animales y de plantas que conviven en un mismo ambiente. El ambiente ocupado por la biocenosis se denomina biotopo. El ecosistema es la unidad biológica funcional que abarca los organismos de un área dada (biocenosis) y el medio ambiente físico (biotopo) correspondiente. Luego el ecosistema es la conjunción de la biocenosis (elemento biótico del ecosistema) y del biotopo (elemento abiótico). Se trata, por este motivo, del nivel más elevado de organización de los seres vivos. El ecosistema (término propuesto en 1935 por el ecólogo inglés A. G. Tansley) es la unidad funcional básica en ecología, y comprende las comunidades bióticas y el medio ambiente abiótico de una región dada, cada uno de los cuales influye en las propiedades del otro.
2. Componentes del ecosistema: factores abióticos y bióticos En el ecosistema hay un flujo de materia y de energía que estudiaremos más adelante y que se debe a las interacciones organismos-medio ambiente.
Al describir un ecosistema es conveniente describir y tabular los siguientes componentes: a) Componentes abióticos -Las sustancias fosfatos, etc.
inorgánicas:
CO2,
H2O,
nitrógeno,
-Los componentes orgánicos sintetizados en la fase biótica: proteínas, glúcidos, lípidos. -El clima, la temperatura y otros factores físicos. b) Componentes bióticos -Los productores u organismos autótrofos: capaces de sintetizar materiales orgánicos complejos a partir de sustancias inorgánicas simples. -Los macroconsumidores o fagotrofos: heterótrofos, sobre todo animales, que ingieren otros organismos o fragmentos de materia orgánica. -Los microconsumidores o sapotrofos: también heterótrofos, sobre todo hongos y bacterias, que absorben productos en descomposición de organismos muertos y liberan nutrientes inorgánicos que pueden utilizar nuevamente los productores.
3. Incidencia de los principales factores abióticos sobre los seres vivos y el ecosistema: suelo, nutrientes, luz temperatura y agua El ambiente físico en que los organismos viven tiene para ellos una triple significación, como soporte, como fuente de determinados elementos químicos imprescindibles y como mantenedor de unas condiciones climáticas necesarias para el mantenimiento de la vida. Como soporte, muchos seres vivos utilizan el suelo, soporte sólido en el que, sobre todo la mayoría de los vegetales, se fijan permanentemente; otros organismos viven, en cambio, siempre sumergidos en el seno de las aguas, utilizando, pues, un medio líquido corno soporte, e incluso hay muchos organismos que utilizan el aire para trasladarse, o para que floten en él sus esporas o sus semillas. Un segundo aspecto es el medio ambiente como fuente de elementos y compuestos químicos, como son el oxígeno del aire o el que se encuentra disuelto en las aguas, elemento que es consumido por todos aquellos organismos no anaerobios, y el dióxido de carbono de la atmósfera, imprescindible para los vegetales que realizan la fotosíntesis. En este aspecto, sin embargo, hay que subrayar la importancia de los aportes minerales que hace el suelo a las plantas, pues todos los iones inorgánicos que tan imprescindibles son en la vida de todos los organismos animales y vegetales provienen (con excepción del nitrógeno, que puede tener otras procedencias) de los compuestos del suelo, a través de las raíces de los vegetales.
Por último, el ambiente proporciona aquellas condiciones climáticas imprescindibles para la vida, entre las cuales se encuentran dos importantes aportes de energía, como son la luz y la temperatura. La luz constituye la mayor fuente de energía que recibe el mundo orgánico. Como ya sabemos, todos los organismos, a excepción de algunas bacterias quimio sintéticas que utilizan la energía de reacciones inorgánicas de oxidación, obtienen su energía directa o indirectamente de la luz solar. Especialmente todas las plantas utilizan la energía solar para la fotosíntesis, resultando así la luz un factor ecológico de una importancia excepcional. Pero como también la luz tiene un efecto sobre el crecimiento de las plantas y sobre la síntesis de la clorofila, este factor ecológico determina, según su intensidad o su periodicidad, variaciones importantes en muchos vegetales, convirtiéndose en un agente morfo genético. En cuanto a los animales, la luz hace posible, sobre todo en los animales superiores, el funcionamiento de los órganos visuales, por lo que su importancia en la vida del animal es decisiva. La temperatura es, si cabe, un factor ecológico de mayor importancia que la luz. Se sabe, en efecto, que las reacciones químicas catalizadas por enzimas que constituyen el soporte de la vida, no pueden realizarse más que en una estrecha gama de temperaturas, fuera de las cuales no existe la posibilidad de una vida activa. Para todos los organismos existen una temperatura máxima y una temperatura mínima, más allá de cuyos límites no pueden vivir y desarrollarse, y una temperatura óptima para su desarrollo. Sin embargo, hay que decir que las distintas funciones pueden tener, sobre todo en las plantas, diferentes temperaturas óptimas, y que los organismos suelen estar en posesión de diversos mecanismos fisiológicos para protegerlos de las temperaturas extremas. Uno de estos mecanismos, muy difundido, es la desecación en ciertas condiciones de algunos órganos u organismos completos, lo que les confiere una singular protección. Así, las semillas de algunos vegetales, que soportan temperaturas cercanas al cero absoluto, y las esporas de las bacterias, que pueden resistir durante varios minutos la temperatura de ebullición del agua sin detrimento de su vitalidad. En los animales, según la dependencia o independencia de las temperaturas ambientales, se distinguen los homeotermos y los poiquilotermos; los homeotermos tienen unos dispositivos de
regulación que les permiten tener el medio interno a una temperatura constante, lo cual es evidentemente una ventaja para las células cuyas reacciones enzimáticas se realizan siempre a la misma temperatura, haciéndose así las actividades del animal independientes de las variaciones climatológicas. En los poiquilotermos, por el contrario, las células del cuerpo están a la temperatura del ambiente, variando la velocidad de sus reacciones enzimáticas celulares al compás de los cambios de la temperatura del exterior del cuerpo. Por último, uno de los factores climáticos más importantes para el mantenimiento de la vida es el agua, que siempre proviene del ambiente mismo. El agua es un factor ecológico limitante, de manera que en los ambientes que carecen de agua no puede existir forma alguna de vida. Los organismos, sin embargo, pueden adaptarse a situaciones de escasez de agua, adaptaciones que, tanto en los vegetales como en los animales, toman la forma de órganos para el almacenamiento del agua, o la de estructuras para impedir o dificultar su pérdida. En los vegetales son órganos de almacenamiento de agua las gruesas hojas de las plantas de climas desérticos; y mecanismos para impedir las excesivas perdidas hídricas, las epidermis gruesas, las capas de ceras sobre la epidermis, los pelos y la reducción del número de los estomas, así como la disminución de las superficies de evaporación que reduce las hojas a la forma de espinas.
TEMA 6: TIPOS DE ECOSISTEMAS ACUATICOS Y TERRESTRES ECOSISTEMAS ACUATICOS
Los ecosistemas acuáticos son todos aquellos ecosistemas que tienen por biotopo algún cuerpo de agua, como pueden ser: mares, océanos, ríos, lagos, pantanos, arroyos y lagunas, entre otros. Los dos tipos más destacados son: los ecosistemas marinos y los ecosistemas de agua dulce.1. Los ecosistemas acuaticos se clasifican en tres grupos que son: ecosistemas marinos, ecosistemas de agua dulce y ecosistemas estuarios. El montante, variaciones y regularidad de las aguas de un río son de gran importancia para las plantas, animales y personas que viven a lo largo de su curso. La fauna de los ríos es de anfibios, peces y una variedad de invertebrados acuáticos. Los ríos y sus zonas de inundación sostienen diversos y valiosos ecosistemas, no sólo por la cualidad del agua dulce para permitir la vida, sino también por las numerosas plantas e insectos que mantiene y que forman la base de las cadenas tróficas. En el lecho de los mares, los peces se alimentan de plantas y los insectos son comidos por las aves, anfibios, reptiles y mamíferos. El agua dulce de los ríos presenta una enorme variedad de composición. Como esta composición química depende, en primer lugar, de lo que el agua pueda disolver del suelo por el que discurre, es el suelo lo que determina la composición química del agua. Si el suelo es pobre en sales y minerales solubles, también el agua será pobre en sales y minerales. Y, a la inversa, si el suelo es rico en materias químicas solubles, gran parte de su riqueza la cederá al agua, con lo cual ésta contendrá muchas más sales minerales. Eso es determinante para los tipos de vida animal y vegetal que allí se pueda desarrollar. Las principales adaptaciones de los animales y vegetales están directamente relacionadas con las características físicas del agua, con la que están permanentemente en contacto los organismos que viven en este medio acuático. Ecosistemas léntico, lótico, de humedales. Partiendo del 'movimiento del agua', se acuerda una división de los ecosistemas de agua dulce: Ecosistema de humedal: áreas donde el suelo está saturado de agua o inundado por una parte del año. Es donde se llama agua salobre al agua como para la explotación y gestión de las aguas interiores.
Ecosistema léntico: es de agua quieta o de escaso caudal como en los lagos, estanques, pantanos y embalses. Ecosistema lótico (latín lotus: participio de lavere, lavar): sistema de agua corriente como en los ríos, arroyos y manantiales. También están las zonas litoral, bentónica y pelágica.
ECOSISTEMAS TERRRESTRES Son aquellos en los que la flora y fauna se desarrollan en el suelo o subsuelo. Dependen de la humedad, temperatura, altitud y latitud, de tal manera que los ecosistemas biológicamente más ricos y diversos se encuentra a mayor humedad, mayor temperatura, menor altitud y menor latitud. Los ecosistemas pueden clasificarse según el tipo de vegetación, encontrando la mayor biodiversidad en los bosques, y esta va disminuyendo en los matorrales, herbazales, hasta llegar al desierto. Según la densidad de la vegetación predominante, pueden ser abiertos o cerrados. Entre los principales ecosistemas terrestres tenemos: Bosques Los ecosistemas forestales o bosques conforman la mayor masa de biósfera terrestre. Pueden ser: Bosque de frondosas o bosques de hoja ancha: Formados mayormente por angiospermas (árboles con floración). Selva: Ecosistemas con la mayor densidad biológica, mayor precipitación y de vegetación perennifolia. El clima determina diversos tipos: Según la latitud y temperatura puede ser selva tropical o subtropical, según la estacionalidad y humedad es selva lluviosa o monzónica y según la altitud es selva montana o basal. Son de gran complejidad, el dosel arbóreo y el sotobosque se consideran subecosistemas marcadamente diferenciados. La selva más extensa y diversificada es la selva ecuatorial, que es de tipo tropical-lluviosa-basal. Bosque seco: Bosques tropicales y subtropicales con una estación seca larga y una lluviosa breve, por lo que abunda la vegetación xerófila y caducifolia. Bosque templado de frondosas: En zonas menos húmedas se desarrolla el bosque mediterráneo y el bosque caducifolio; en regiones más húmedas está el bosque laurifolio o selva templada.
Bosque de coníferas o bosque de hoja acicular. Formados principalmente por gimnospermas como las coníferas. Taiga o bosque boreal: Bosques de mayor extensión pero de menor biodiversidad. Tiene unos 4 meses de estación favorable. El suelo presenta líquenes y musgo. Bosque templado de coníferas: Bosques de pino, cedro, abeto y secoya, entre otros, que se encuentran entre los más altos del mundo. Bosque subtropical de coníferas: Bosques subhúmedos, principalmente de pino. Matorrales Los ecosistemas arbustivos o matorrales son aquellos que tienen plantas de menor porte como los arbustos y matas. Pueden ser: Arbustal: Según la región y el tipo de arbustos recibe diversas denominaciones tales como chaparral, matorral mediterráneo, brezal, jaral y fynbos. Xerófilo: El matorral xerófilo se compone principalmente por espinos como cactus y bromelia en regiones semidesérticas. Páramo: Son matorrales de montaña, cuyos arbustos suelen llamarse frailejones. Son ecosistemas húmedos de gran altitud y latitud ecuatorial propios de América, África y Nueva Guinea. Herbazales Los ecosistemas herbáceos o herbazales son aquellos con predominio de hierbas (gramíneas) y suelen estar en medios semiáridos con clima estacional. Pueden ser: Pradera: De clima templado y verde la mayor parte del año por predominio de la estación húmeda. Son transformados con facilidad en terrenos agrícolas. Estepa: De clima templado a frío y de color amarillento la mayor parte del año por predominio del clima árido continental.
Sabana: De clima tropical y subtropical, suele limitar con la selva. Su estacionalidad conduce a los hábitos migratorios de la fauna. La ausencia o presencia irregular de arbustos o árboles da lugar a los ecosistemas de sabana herbácea, sabana arbustiva y sabana boscosa o arbolada. Pradera alpina: También llamada pradera de montaña, tundra alpina o herbazal de montaña. Son ecosistemas de gran altitud. En los Andes (región puna) destacan los pajonales. Se encuentra también en los Alpes, el Tíbet y otros. Tundra La tundra está conformada por musgos, líquenes, hierbas y pequeños arbustos, por lo que en realidad es un ecosistema húmedo definido por la ausencia de árboles y que presenta el subsuelo congelado. Se encuentran entre la taiga y las nieves perpetuas. La tundra ártica tiene gran extensión, en la antártica son áreas pequeñas y la tundra alpina se define mejor como pradera de montaña.
Desierto Desierto propiamente dicho: Poseen flora y fauna muy escasa. Son típicos de los climas subtropicales, aunque también pueden encontrarse en zonas tropicales, templadas, frías y en montaña. Inlandsis: Es la capa de hielo o desierto polar. El ecosistema tiene más desarrollo en las costas o bordes del hielo.
TEMA 7: PRINCIPALES ECOSISTEMAS COLOMBIANO ECOSISTEMAS EN COLOMBIA
Como sabemos los ecosistemas a nivel general se dividen, en terrestres, acuáticos, continentales y marinos. En Colombia, han sido aplicados diversos sistemas de clasificación de los ecosistemas, especialmente de los ecosistemas terrestres quedando como se observa a continuación: Ecosistemas terrestres De acuerdo con los tipos de vegetación dominante, se ha establecido cinco tipos principales de ecosistemas: bosques tropicales de hoja ancha; bosques de coníferas y bosques templados de hoja ancha; pastizales - sabanas - matorrales; formaciones xéricas y manglares.
Amazonia colombiana
Ecosistemas acuáticos Se diferencian cuatro tipos principales de ecosistemas acuáticos no marinos en Colombia: •
Ríos y otros corrientes
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Lagos y otros sistemas de aguas lentas
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Ciénagas y otros humedales
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Embalses.
sistemas
Rio colombiano
de
aguas
Ecosistemas marinos Tipos principales de ecosistemas marinos: •
Formaciones coralinas o arrecifes de coral.
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Manglares.
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Praderas de pastos marinos.
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Litorales y fondos rocosos.
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Litorales y fondos arenosos.
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Estuarios.
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Sistemas pelágicos.
Acuario de Santa Marta