Biología 2 by eseté editorial

Bachillerato

Biología 2 Marta Patricia Velázquez Ocampo

desarrolla COMPETENCIAS

Esta caricatura es la interpretaci贸n del artista Neoplasma acerca de la biolog铆a. Con ella comenzamos aplicando uno de los objetivos del enfoque por competencias: la sensibilidad al arte, de manera tal que puedas establecer, desde la primera p谩gina, una relaci贸n con el significado de esta materia.

Biología 2

Velázquez Ocampo, Marta Patricia. Biología 2 / Marta Patricia Velázque Ocampo; il. Andrés Ramírez, Anthony Sharpe. -2a ed.- México: ST Editorial, 2011. 232 pp. il.; 28 cm. + 1 CD ROM (12 cm) -- (Colección Bachillerato) Bibliografía: p. 232. ISBN 978 607 508 030 7 1. Biología – Estudio y enseñanza (Superior). 2. Biología – Instrucción programada. I. Ramírez, Andrés, il. II. Sharpe, Anthony, il. III. t. IV. Ser. 570.7-scdd21

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2011 Primera edición: Estado de México, diciembre de 2010 Segunda edición: Distrito Federal, diciembre de 2011 © 2011, Marta Patricia Velázquez Ocampo ISBN: 978 607 508 030 7

Presidente: Alonso Trejos Director general: Joaquín Trejos Publisher: Giorgos Katsavavakis Directora editorial: Áurea Camacho Coordinadora editorial: Lilia Villanueva Edición: Ana Laura Saucedo Asistente editorial: Juan Carlos Hurtado Director de arte: Miguel Cabrera Coordinadora de producción: Daniela Hernández Diagramación: Raquel Fernández Portada: Monfa Ilustraciones: Andrés Ramírez, Anthony Sharpe Asistentes de producción: Milagro Trejos y Alicia Pedral Fotografías: Stockxchange, archivo ST Editorial Prohibida la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico. Biología 2, 2a edición, de Marta Patricia Velázquez Ocampo, se terminó de imprimir en diciembre de 2011 en los talleres de Reproducciones Fotomecánicas S. A. de C. V., con domicilio en Democracias #116, Col. San Miguel Amantla, Delegación Azcapotzalco, C.P. 02700 México, df

Desde tiempos milenarios, el ser humano se ha asombrado ante la maravilla de la vida. Gracias a los estudios y descubrimientos de biólogos que se han dedicado a averiguar cuáles son los engranes que se conjuntan para que existan organismos únicos e irrepetibles, es que hoy conocemos el adn, compuesto bioquímico que contiene la información necesaria para crear cada ser vivo, mediante la combinación de tan solo cuatro sustancias: adenina (A), citocina (C), guanina (G) y timina (T).

presentación La biología ha avanzado a pasos agigantados en los últimos años, de tal manera que no es raro escuchar noticias acerca de descubrimientos asombrosos, de nuevas tecnologías basadas en la genética molecular para curar enfermedades, de plantas o animales modificados y de las controversias que muchos de estos avances han generado. Es por ello necesario que los jóvenes se formen un criterio que les permita conocer y opinar acerca de estos temas. No menos importante es conocer el propio organismo para aprender a conservar la salud y tener una mejor calidad de vida, entender los mecanismos reproductivos, el proceso del cáncer, la evolución biológica y el mundo de las plantas, para finalmente descubrir la importancia de preservar la vida en todas sus formas, empezando por la propia. Este libro contiene estos y otros temas de interés, manejados de manera sencilla y amena para que el estudiante disfrute su lectura y se adentre gustoso en el mundo de la biología. Se proponen numerosos ejemplos de la vida cotidiana que llevarán al alumno a descubrir la aplicación del conocimiento para que pueda movilizar los conocimientos, habilidades y actitudes que ha adquirido, y de esa manera desarrolle competencias. El libro cubre tema a tema todos los saberes que señala el nuevo programa de estudio de Biología II implementado por la Dirección General de Bachillerato (dgb), de acuerdo a la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems). Incluye todas las competencias genéricas y disciplinares, así como las los objetos y actividades de enseñanza señalados

en dicho programa, con lo que facilita el trabajo de profesores y alumnos. Se han incluido secciones como “Asume el reto”, que plantea alguna situación inicial relacionada con el contexto del estudiante que lo lleve a rescatar sus conocimientos y competencias previas, así como situaciones problémicas al inicio de cada bloque. Asimismo se incluye la sección “Desarrolla competencias”, diseñada de tal manera, que más allá de memorizar, el alumno pueda comprender, razonar y aplicar la información en la resolución de ejercicios diversos. Se presenta la sección “Quiero saber más”, que incluye links a páginas web útiles y que proporcionan más información relativa a cada a uno de los temas. Por otra parte, en “La biología en mi entorno”, como una actividad de cierre, se busca hacer explícita la aplicación de los saberes adquiridos para que el estudiante pueda resolver situaciones reales de la vida cotidiana. El libro también contiene lecturas para promover el desarrollo de habilidades verbales y despertar el interés por profundizar en algunos aspectos de los temas revisados; se ha buscado que estas lecturas se relacionen con la realidad más cercana y la problemática cotidiana. Se han incluido prácticas de laboratorio de fácil realización, no solo en la parte final del libro, sino a lo largo del texto, como sugerencias de actividades para complementar el aprendizaje. Se incluyen también otras secciones como retratos, cápsulas de información complementaria, infográficos, evaluaciones y más. De antemano, se agradece cualquier comentario o sugerencia por parte de los lectores que sirva para mejorar esta obra; se pueden enviar al autor a la siguiente dirección electrónica: comentarios@st-editorial.com

CONTENIDO Secciones del libro Reconoce tus competencias

6 7

Bloque 1 Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico Para comenzar...

Evaluación sumativa 11

Problema 12 Tema 1. Tipos de reproducción en los seres vivos. Estructuras involucradas en la reproducción celular 14 Tipos de reproducción 15 Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular 16 Tema 2. Ciclo celular y enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular 19 Etapas del ciclo celular 19 Enfermedades relacionadas con el desorden en el ciclo celular 20 Tema 3. Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Tema 4. Padecimientos comunes relacionados al número anormal de cromosomas (aneuploidía y poliploidía) en cromosomas sexuales y autosomas 67 Mutaciones 67 Agentes mutágenos 71 Mutaciones como factor de evolución 71

26 Tema 4. Mitosis y reproducción asexual Citocinesis 29 Reproducción asexual 29 Tema 5. Meiosis y reproducción sexual Reproducción sexual Reproducción sexual y meiosis como factores de variabilidad genética

32 35

Evaluación sumativa

Bloque 3 Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología Para comenzar...

Tema 1. Concepto de biotecnología y sus aplicaciones en la época antigua y moderna 82 Elaboración de pan, vino y cerveza 82 Reproducción selectiva de plantas y animales 83 Producción de antibióticos 83 Biorremediación 84 Tema 2. Fundamentos de la técnica del adn recombinante y su utilización en la ingeniería genética Técnicas del adn recombinante Reacción en cadena de la polimerasa

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Bloque 4

Problema 48

Tema 1. Concepto de adn, gen y cromosoma De cromosomas, genes y adn. Historia de la genética

50 50

Tema 2. Las leyes de Mendel y características genéticas Herencia mendeliana

54 54

Tema 3. Variaciones genéticas, teoría cromosómica de Sutton y Morgan y anomalías humanas ligadas a los cromosomas sexuales Variaciones genéticas Teoría cromosómica de Sutton y Morgan Alteraciones en cromosomas sexuales y en autosomas

61 61 63 64

85 85 87

Tema 3. Beneficios de la biotecnología en diferentes campos 89 89 Pruebas de adn y ciencia forense Producción de plantas y animales transgénicos 89 Proyecto del genoma humano 92 Hormonas y vacunas 93 Terapia génica, tratamiento de trastornos hereditarios 94 Bioética 95 Evaluación sumativa

Problema 80

Bloque 2

Para comenzar...

Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies Para comenzar...

103

Problema 104 Tema 1. Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace 106 Antigüedad 106 Teoría fijista 107 Teoría del transformismo 107 Teoría del catastrofismo 107 Teoría del uniformismo 107 Teoría del evolucionismo 108 Teoría de Darwin-Wallace 108 La selección natural en la actualidad 112

Principales evidencias de la evolución que apoyan la teoría de Darwin-Wallace Tema 2. Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones Teoría sintética Genética de poblaciones

113 120 120 121

Tema 3. Principales causas de la variabilidad genética y el cambio evolutivo 124 Mutación 124 Recombinación 125 Factores causantes de cambio en las poblaciones 125 La evolución como origen de la biodiversidad del planeta 129 Tema 4. Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial ¿Objetivos de la evolución?

131 132

Evaluación sumativa

134

Bloque 5

139

Problema 140 Tema 1. Definición, importancia y mecanismos mediantes los cuales se mantiene la homeostasis Homeostasis Tema 2. Organización del cuerpo humano. Estructura y función de los principales tejidos en el organismo Organización del cuerpo humano Estructura y función de los principales tejidos en el organismo

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia para los seres vivios Para comenzar...

197

Problema 198 Tema 1. Características generales y componentes de las plantas terrestres Tejidos vegetales (fundamental, vascular y dérmico) Componentes de una planta Polinización y fecundación

200 200 202 211

Tema 2. Importancia biológica, cultural, social y económica de las plantas en México y el mundo Importancia biológica Importancia social y económica Importancia cultural A manera de conclusión

215 215 216 216 216

Evaluación sumativa

219

Sección final

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos y los comparas con otros organismos del reino animal Para comenzar...

Bloque 6

142 142

145 145 145

Tema 3. Características, función y problemas de salud más frecuentes en su comunidad, país y el mundo, relacionados con cada uno de los aparatos y sistemas constituyentes del organismo en el ser humano Sistema tegumentario Sistema muscular Sistema esquelético Sistema digestivo Aparato respiratorio Sistema circulatorio o de transporte Sistema urinario Sistema endocrino Sistema nervioso Sistema reproductor

149 149 152 153 155 159 164 171 173 178 186

Evaluación sumativa

192

Prácticas de laboratorio Evaluación final Fuentes consultadas

222 231 232

Secciones del LIBRO Introducción al bloque mapa conceptual objetos de aprendizaje

onoce tus Rec competencias Se explica de forma resumida el significado de las competencias y se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas y las competencias disciplinares respectivas.

Se agregan actividades de enseñanza que el docente puede emplear para abordar cada uno de los temas que aparecen ven el programa de estudios.

ecuencia S de los bloques

Para comenzar...

Se incluyen todos los bloques del libro y se destaca gráficamente el que se estudiará.

Evalúa los conocimientos previos, las habilidades, actitudes y valores que tiene el estudiante para enfrentar los temas.

Actividad de apertura

rácticas P de laboratorio

Actividades

Actividades individuales o grupales con las que se pretende que el estudiante desarrolle sus competencias de forma integral.

Bloque 5

Bloque4 4 Bloque

Desempeños del estudiante Unidad de competencia

Competencias a Habilidades

• Describe la organización del cuerpo humano Describe la organización del cuerpo humano y la función que desempeñan sus aparatos y y la función que desempeñan sus aparatos y sistemas para mantener la homeostasis en sistemas para mantener la homeostasis este, comparándolo con otros organismos en éste; comprendiendo además la importancia del reino animal. de mantenerlo en buen estado y desarrollando • Comprende la importancia de mantener actitudes para la preservación de su salud. al organismo en buen estado. • Desarrolla actitudes para el cuidado de su salud.

• • Comprende la organización de Explicita las nociones c •· Describe la estructura y funció procesos para la solució en el organismo. Decide sobre el cuidado • • Distingue la estructura y funció conocimiento de su cue liso y cardiaco. • Describe el proceso de contrac y el entorno al que perte • • Describe la estructura y funció Toma decisiones a parti constituyentes del aparato dige consecuencias de distin • Describe los constituyentes y s y conductas de riesgo. de transporte sanguíneo y linfá • Investiga documentalmente ac relacionados con el aparato re • Investiga documentalmente pr con el mal funcionamiento del • Describe el impulso nervioso y en la transmisión de éste.

Bloque 5 6 Bloque

Bloque 6

Describes principios de la evolución Conoces losReconoce principios la estructurales Describe loslos principios Reconoce los procesos importancia y losbiológica relacionas con la biológicos que se llevan y funcionales losplantas seres humanos y los comparas debiológica la evolución a dedelas para todos de las con otros organismos reino animal y biodiversidad los relaciona con la especies cabo en los seres humanos los seres del vivos biodiversidad de las especies y en organismos semejantes

Reconoces a las plantas c organismos complejos de importancia para los sere

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA

Es una lista de las competencias genéricas con algunos de sus atributos que se busca que los alumnos desarrollen en cada bloque.

esarrolla D competencias

Conoces loslos principios estructurales Reconoce procesos y funcionales de los biológicos que se seres llevan losseres comparas con ahumanos cabo enylos humanos organismos del reino animal yotros en organismos semejantes

Se incluyen un texto introductorio con una breve explicación de lo que se estudiará y un mapa conceptual con los temas más importantes del bloque. Además, se agregan los objetos de apendizaje que se cubrirán a lo largo del desarrollo de cada bloque.

ompetencias C a desarrollar

Al comienzo del tema, se incluye una actividad en la cual el estudiante reflexionará acerca de su realidad y su entorno.

Bloque55 Bloque

• Portaobjetos • Portaobjetos • Cubreobjetos • Cubreobjetos • Bisturí • Bisturí • Aguja de• disección Aguja de disección • Gotero • Gotero

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PRÁCTICAS DE LABORATORIO RegistroRegistro de observaciones de observaciones

Requieren material accesible y su objetivo es motivar a los estudiantes y guiarlos aCuestionario la Cuestionario investigación experimental.

ReactivosReactivos y materialybiológico material biológico • Hidróxido de potasiode alpotasio 0.7% al 0.7% • Hidróxido • Glucosa •alGlucosa 5% al 5% • Colorante safranina safranina • Colorante • Hongos •tipo champiñones Hongos tipo champiñones • Moho de• tortilla o de alguna fruta Moho de tortilla o de alguna fruta • Levadura• Levadura de pan de pan • Agua de •florero o de charco Agua de florero o de charco

Evaluación

Procedimiento Procedimiento

Experimento 1 Experimento 1 Observación de esporas Observación de esporas

• Dibuja las observaciones que has realizado en el mi-en el mi• Dibuja las observaciones que has realizado croscopio. croscopio. • Es importante que señales cada caso el tipo de el repro• Es importante queenseñales en cada caso tipo de reproducción asexual se relaciona con los organismos o ducciónque asexual que se relaciona con los organismos o estructuras que has observado. estructuras que has observado.

1. ¿Qué organismos se reproducen por esporas? 1. ¿Qué organismos se reproducen por esporas? 2. ¿De qué reproducen la mayoría los pro2.manera ¿De quése manera se reproducen la de mayoría de los protozoarios?tozoarios?

3. Describe procesoelde gemación. 3. el Describe proceso de gemación. 4. Anota un reproducción vegetativavegetativa que hayasque hayas 4. ejemplo Anota unde ejemplo de reproducción observado. observado.

Elabora tus conclusiones acerca de acerca las características de la Elabora tus conclusiones de las características de la reproducción asexual y asexual su importancia para la supervivenreproducción y su importancia para la supervivenseres 1. Observa simple vista las laminillas que se encuentran en cia de de vivos. los seres vivos. 1.aObserva a simple vista las laminillas que se encuentran enlos cia la parte delaabajo del hongodel tipohongo champiñón. partedel de sombrero abajo del sombrero tipo champiñón. 2. Haz un 2. corte y coloca dealguna las laminillas Hazdel un hongo corte del hongoalguna y coloca de las laminillas Vayamos más lejos… Vayamos más lejos… sobre un sobre portaobjetos; agrega una gota de agua o una un portaobjetos; agrega una gota de agua¿Conoces o una ¿Conoces los ˝búlgaros˝? Son microorganismos colonialescoloniales los ˝búlgaros˝? Son microorganismos gota de hidróxido de potasiodealpotasio 0.7% y al tapa cony un porgota de hidróxido 0.7% tapa con un queportransforman la leche enlayogur. que transforman leche en yogur. taobjetos,taobjetos, presionando suavemente para que se rompa presionando suavemente para que se rompa la laminilla se pueda contenido. la ylaminilla y observar se pueda su observar su contenido. Consigue Consigue este tipo de organismos y colócalos en un vaso este tipo de organismos y colócalos en un vaso 3. Observa microscopio las esporas, son las estruc3.alObserva al microscopio lasque esporas, que son las de estrucleche, de cada día cámbialos a un nuevo vaso con vaso lechecon leche leche, cada día cámbialos a un nuevo turas que turas llevanque a cabo la reproducción asexual del hon- del llevan a cabo la reproducción asexual hon- Observa fresca. cómo se van reproduciendo los búlgaros. fresca. Observa cómo se van reproduciendo los búlgaros. go. Elabora dibujo un de dibujo tus observaciones. go.un Elabora de tus observaciones. Lleva un registro su peso días y luego Lleva unde registro dedurante su pesovarios durante varios días y luego 4. Toma una pequeña moho del conmoho una aguja de aguja 4. Toma una muestra pequeñadel muestra con una de los presenta resultados a tu profesor. presenta los resultados a tu profesor. disección,disección, coloca la muestra el portaobjetos. coloca laen muestra en el portaobjetos. 5. Agrega5. una gota de KOH alde 0.7% y coloca Agrega una gota KOH al 0.7%elycubreobjetos. coloca el cubreobjetos. 6. Observa el microscopio a diversos aumentosaumentos las 6. en Observa en el microscopio a diversos las esporas yesporas las estructuras donde se donde guardan, llamadas llamadas y las estructuras se guardan, Práctica de laboratorio 3 Práctica de laboratorio 3 esporangios. esporangios. Caracteres dominantes Caracteres dominantes 7. Elabora7.un dibujo de tus observaciones. Elabora un dibujo de tus observaciones.

Serie de ejercicios que evalúan conocimientos y habilidades que el estudiante adquirió o reforzó al finalizar el estudio del bloque (evaluación sumativa) y del curso (evaluación final). y recesivos en el ser y recesivos enhumano el ser humano

Experimento 2 Experimento 2 Observación del proceso de gemación Observación del proceso de gemación

ObjetivoObjetivo

1. Coloca 1. unColoca gramoun degramo levadura 3 ml deensolución 5% de en levadura 3 ml deal solución al 5% de glucosa. de glucosa.

Práctica de laboratorio 1 Mitosis

• Dibuja las observaciones que has realizado en el microscopio. • Es importante que señales en cada caso el tipo de reproducción asexual que se relaciona con los organismos o estructuras que has observado.

Reactivos y material biológico • Hidróxido de potasio al 0.7% • Glucosa al 5% • Colorante safranina • Hongos tipo champiñones • Moho de tortilla o de alguna fruta • Levadura de pan • Agua de florero o de charco

Cuestionario Práctica de laboratorio 1 Práctica de laboratorio 1 MitosisMitosis

1. ¿Qué organismos se reproducen por esporas? 2. ¿De qué manera se reproducen la mayoría de los protozoarios?

3. Describe el proceso de gemación. 4. Anota un ejemplo de reproducción vegetativa que hayas

ObjetivoObjetivo

Inicio

10. Trata de localizar células en alguna de las fases de la mitosis.

11. Dibuja las observaciones.

Objetivo

Observar células de tejidos vegetales en crecimiento para detectar en ellas las distintas etapas de la mitosis.

Observación de mitosis en células de la raicilla de haba

1. Pon a germinar las semillas de haba durante una se-

mana. previade células 10. TrataInformación de encélulas alguna de las fases la 10.localizar Trata localizar en alguna de dede las fases de 2. Haz un corte fino de la punta la raicilla y colócalo en la • Investiga acerca de las etapas del ciclo celular. • Investiga sobre la importancia de la mitosis en los seres mitosis. mitosis. vivos.

un portaobjetos. 3. Sigue los pasos 3 al 8 del experimento anterior para fijar y teñir el corte. 4. Observa al microscopio a 10x, 40x y 100x. 5. Dibuja las observaciones.

• Describe etapas de la mitosis. 11. Dibuja laslasDibuja observaciones. 11. las observaciones.

Materiales

observado.

Observación de mitosis Observación de mitosis Registro de observaciones Observar células decélulas tejidosde vegetales en crecimiento para de alcohol tejidos vegetales en crecimiento para • Lámpara Procedimiento Observar Conclusiones Dibuja las células en mitosis que hayas logrado observar e • Bisturí Experimento 1 Elabora tus conclusiones acerca de las características de la la raicilla haba de identifica la fase en que se encuentran. endede células de lade raicilla haba • Aguja disección detectar ellas las etapas deetapas la detectar endistintas ellas lasreproducción distintas deparalala supervivenmitosis. en células asexual y su mitosis. importancia Observación deen esporas Portaobjetos 1. Observa a simple vista las laminillas que se encuentran en cia de los seres vivos. 1. Pon a•• Cubreobjetos germinar las semillas haba durante se- una se1. Pon a germinar las de semillas de habauna durante Cuestionario la parte de abajo del sombrero del hongo tipo champiñón. 1. ¿Por qué en la interfase no se pueden observar los cro• Microscopio 2. Haz un corte del hongo y coloca alguna de las laminillas Vayamos más lejos… mana. mana. mosomas? sobre un portaobjetos; agrega previa una gota de agua o previa una ¿Conoces los ˝búlgaros˝? Son microorganismos coloniales Información Información 2. ¿En qué fase de la mitosis se observan los cromosomas Reactivos y material biológico gota de hidróxido de potasio al 0.7% y tapa con un porque transforman la leche en yogur. 2. Haz un corte fino de la fino punta raicilla colócalo 2. Haz unrecién corte dede la la punta deen ely laecuador raicilla yen colócalo en alineados de la célula? • Cebolla con raicillas formadas* taobjetos, presionando suavemente paraacerca que seetapas rompade las • Investiga de las deletapas ciclo celular. • acerca Investiga del ciclo celular. 3. ¿Por qué se utilizaron las células de la punta de las raí• Haba en germinación* la laminilla y se pueda observar su contenido. Consigue este tipo de organismos y colócalos en un vaso un portaobjetos. ces de las plantas para realizar la práctica? • Solución de acetocarmín un portaobjetos. Observa al microscopio las esporas, son las estruc•3. Investiga sobre laqueimportancia decadaladíamitosis los seres leche, cámbialos nuevo vaso con leche • Investiga sobre la deimportancia dea unlaen mitosis en los seres • Solución de ácido clorhídrico 1N 4. ¿Qué sucede durante la citocinesis? turas que llevan a cabo la reproducción asexual del hon- fresca. Observa cómo se van reproduciendo los búlgaros. 3. Sigue los pasos 3 al 8 del experimento para 5. ¿Quéanterior diferencias existen entre lafijar mitosis en una célula • Ácido acético a 45% los 3. Sigue pasos 3 al 8 del experimento anterior para fijar go. Elabora un dibujo de tus observaciones. vivos. Lleva un registro de su peso durante varios días y luego vivos. animal y en una célula vegetal? • Colorante acetorceína o acetocarmín 4. Toma una pequeña muestra del moho con una aguja de presenta los resultados a tu profesor. y teñir• Barniz el transparente corte. uñascorte. y teñirdeel disección, coloca lalas en el portaobjetos. •5. Describe etapas deetapas la mitosis. • muestra Describe las de la mitosis. Conclusiones Agrega una gota de KOH al 0.7% y coloca el cubreobjetos. 4. Observa microscopio a 10x, 40xay 100x. 4.alObserva al microscopio 10x, y 100x. Elabora tus 40x conclusiones sobre las observaciones realiza6. Observa en el microscopio a diversos aumentos las das y la importancia del proceso de la mitosis para la transProcedimiento esporas y las estructuras donde se guardan, llamadas 5. Dibuja lasDibuja observaciones. Práctica de laboratorio 3 5. las observaciones.misión genética en los seres vivos. esporangios. Observación de mitosis Equipo

* Material previamente preparado como se indica en el procedimiento.

Materiales Materiales 7. Elabora un dibujo de tus observaciones.

Conclusiones Conclusiones

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Registro de observaciones

• Portaobjetos • Cubreobjetos • Bisturí • Aguja de disección • Gotero

Caracteres dominantes y recesivos en el ser humano

Equipo Experimento 2 Equipo Objetivo del proceso de gemación Observar algunas características hereditarias humanas y •Observación alcohol 1. Lámpara Coloca un gramo • dede levadura en 3 ml dede solución al 5% Lámpara alcohol determinar el porcentaje de caracteres dominantes y recede glucosa. sivos que se observan en los alumnos del grupo. •2. Bisturí Deja incubar el tubo 10 minutos a temperatura ambiente. • Bisturí 3. Observa una gota de la mezcla en el microscopio y bus• Aguja de disección ca células que se•estén reproduciendo por gemación. Información previa Aguja de disección Podrás distinguirlas porque se ve una célula grande con • Repasa el concepto de genes alelos, dominantes y recesivos. • Explica las leyes de la herencia propuestas por Gregor • Portaobjetos una pequeña sobre • ella. Portaobjetos Mendel. 4. Para mejorar la observación puedes utilizar el colorante • Cubreobjetos safranina. • Cubreobjetos Materiales 5. Elabora un dibujo de tus observaciones. Equipo • Microscopio • Microscopio Experimento 3 • Libreta Observación del proceso de fisión celular

• Marcador • Una hoja de papel milimétrico

1. Observa el agua de charco o de florero y localiza en ella Reactivos y material biológico Reactivos material biológico a protozoarios, organismos unicelularesyque se mueven velozmente. Procedimiento •2. Cebolla con raicillas recién Localiza alguno que dividiéndose por fisión, lo nota- formadas* • esté Cebolla con raicillas recién 1. Formen equiposformadas* de seis personas y detecten el número rás porque se ven dos células del mismo tamaño unidas. de personas que tienen los alelos dominantes y recesi•3. Haba en •germinación* Elabora un esquema de tus observaciones. Haba en germinación* vos para las siguientes características: •238Solución• de acetocarmín Solución de acetocarmín st-editorial.com • Solución• de ácido clorhídrico 1N Solución de ácido clorhídrico 1N • Ácido acético a 45% • Ácido acético a 45% • Colorante acetorceína o acetocarmín • Colorante acetorceína o acetocarmín • Barniz transparente de uñas de uñas • Barniz transparente

en células de la raíz de cebolla

1. Coloca una cebolla en un recipiente con agua durante

Vayamos más lejos...

RegistroRegistro de observaciones de observaciones una semana, de modo que solo la base toque el agua. Mantenla en la oscuridad hasta que tenga nuevas raici-

Elabora una investigación sobre el proceso del cáncer y su relación con la reproducción celular.

llas de unos 2 cm de largo. Dibuja las células en mitosis que hayasque logrado 2. Haz un corte delas la parte final de la raicilla de cebolla, Dibuja células en mitosis hayasobservar logrado eobservar e Práctica de laboratorio 2 0.5 cm de largo, y colócala en un identifica aproximadamente la fase endela que seen encuentran. portaobjetos. Reproducción asexual identifica fase que se encuentran.

3. Para hidrolizar, agrega unas gotas de HCI 1N, previamente calentado a 40°C, y deja que actúe durante 8 minutos. Retira el exceso de HCl con una toalla absorbente. Agrega unas gotas de acetorceína o acetocarmín y déjalas durante 15 minutos. Si en ese transcurso el colorante se seca, agrega unas gotas periódicamente. 6. Después de transcurrido ese tiempo, cambia el corte a un portaobjetos limpio con una gota de ácido acético y coloca inmediatamente el cubreobjetos. 7. Presiona con la goma de un lápiz y haz un squash, es decir, expande el tejido para que se forme una sola capa de células y se puedan observar al microscopio. 8. Sella los lados del cubreobjetos con barniz de uñas. 9. Observa al microscopio a 10x, 40x y 100x.

4. Cuestionario Cuestionario 5.

Objetivo

Observar algunas estructuras y formas de reproducción asexual en los seres vivos.

Información previa los cro1. ¿Por qué la qué interfase se pueden 1. en ¿Por en la no interfase no seobservar observar los cro• Investiga ypueden anota las diversas formas de reproducción

asexual. mosomas? mosomas? • Señala la importancia de este tipo de reproducción. • Señala la relación de los procesos de mitosis con la repro2. ¿En qué2.fase la fase mitosis semitosis observan los cromosomas ¿Ende qué de la se observan los cromosomas ducción asexual. alineadosalineados en el ecuador la célula? en elde ecuador de la célula? Materiales Equipo 3. ¿Por qué utilizaron las célulaslas de la punta raí-de las raí3. se ¿Por qué se utilizaron células dede la las punta • Microscopio ces de lasces plantas para realizar larealizar práctica? de las plantas para la práctica? 239 st-editorial.com 4. ¿Qué sucede durante citocinesis? 4. ¿Qué sucedeladurante la citocinesis? 5. ¿Qué diferencias existen entre la mitosis una célula 5. ¿Qué diferencias existen entre laenmitosis en una célula animal y en una célula vegetal? animal y en una célula vegetal?

Conclusiones Conclusiones

* Material previamente preparado como se indica en se el procedimiento. * Material previamente preparado como indica en el procedimiento.

Elabora tus conclusiones sobre las sobre observaciones realiza- realizaElabora tus conclusiones las observaciones das y la importancia del proceso la mitosis para la transdas y la importancia delde proceso de la mitosis para la transmisión genética los seres misiónen genética en vivos. los seres vivos.

Procedimiento Procedimiento

Observación de mitosis Observación de mitosis en células la raízde delacebolla ende células raíz de cebolla

Vayamos más lejos... Vayamos más lejos... 1. Coloca 1. una cebolla un recipiente con agua con durante Coloca unaencebolla en un recipiente agua durante

Elabora una investigación sobre el proceso cáncerdel y su Elabora una investigación sobre eldel proceso cáncer y su una semana, modo de quemodo solo la base el agua. una de semana, que solotoque la base toque el agua. relación con la reproducción celular. celular. relación con la reproducción Mantenla Mantenla en la oscuridad hasta quehasta tengaque nuevas raicien la oscuridad tenga nuevas raicillas de unos cmunos de largo. llas2de 2 cm de largo.

2. Haz un2. corte parte de lafinal raicilla deraicilla cebolla, Haz de un la corte definal la parte de la de cebolla,

a protozoarios, organismos unicelulares que se mueven a protozoarios, organismos unicelulares que se mueven velozmente. velozmente. Procedimiento Procedimiento 2. Localiza2.alguno que esté dividiéndose por fisión,por lo notaLocaliza alguno que esté dividiéndose fisión, lo 1.notaFormen1.equipos seis personas y detecteny el númeroel número Formende equipos de seis personas detecten rás porquerás seporque ven dossecélulas delcélulas mismodel tamaño unidas. ven dos mismo tamaño unidas. de personas que tienen lostienen alelos los dominantes y recesi- y receside personas que alelos dominantes 3. Elabora3.un esquema de tus observaciones. Elabora un esquema de tus observaciones. vos para las características: vossiguientes para las siguientes características:

Práctica de laboratorio 2 aproximadamente de 0.5 cmde de0.5 largo, un Práctica de laboratorio 2 aproximadamente cm y decolócala largo, yen colócala en un portaobjetos. Reproducción asexual portaobjetos. Reproducción asexual 3. Para hidrolizar, agrega unas gotas de gotas HCI 1N, 3. Para hidrolizar, agrega unas de previaHCI 1N, previaObjetivoObjetivo mente calentado a 40°C, y deja quey actúe durante mimente calentado a 40°C, deja que actúe8 durante 8 miObservar Observar algunas estructuras y formas ydeformas reproducción algunas estructuras de reproducción nutos. nutos. asexual en los seres asexual en vivos. los seres vivos. 4. Retira el deexceso HCl con absorbente. 4.exceso Retira el deuna HCltoalla con una toalla absorbente. 5. Agrega5. unas gotas de acetorceína o acetocarmín y déjaAgrega unas gotas de acetorceína o acetocarmín y déjaInformación previa previa las durante minutos. en ese transcurso el coloran-el coloranInformación las15durante 15 Si minutos. Si en ese transcurso y anota las diversas reproducción te se seca,teagrega unas gotas periódicamente. y anota las formas diversasdeformas de reproducción se seca, agrega unas gotas periódicamente. • Investiga• Investiga asexual. 6. Después transcurrido ese tiempo, corte a el corte asexual. 6. de Después de transcurrido esecambia tiempo,elcambia a • Señala importancia de este tipo reproducción. un portaobjetos limpio conlimpio una gota y acético la importancia de de este tipo de reproducción. un portaobjetos con de unaácido gota acético de ácido y la• Señala • Señala la• relación los procesos mitosisde con la reprocoloca inmediatamente el cubreobjetos. Señala lade relación de los de procesos mitosis con la reprocoloca inmediatamente el cubreobjetos. ducción asexual. 7. Presiona la goma un lápiz haz un squash, ducción asexual. 7. con Presiona con de la goma deyun lápiz y haz unes squash, es decir, expande tejido para que se forme sola capa decir,el expande el tejido para que una se forme una sola capa de célulasde y se puedan microscopio. Materiales células y seobservar puedan al observar al microscopio. Materiales Equipo Equipo 8. Sella los con barnizcon de barniz uñas. de uñas. 8.lados Sella del los cubreobjetos lados del cubreobjetos • Microscopio 9. Observa al microscopio a 10x, 40x y 100x. • Microscopio 9. Observa al microscopio a 10x, 40x y 100x.

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2. Deja incubar elincubar tubo 10 el minutos temperatura ambiente.ambiente. 2. Deja tubo 10aminutos a temperatura 3. Observa gota de mezcla enmezcla el microscopio y bus3.una Observa unalagota de la en el microscopio y bus-

Información previa ca célulascaque se estén por gemación. células que reproduciendo se estén reproduciendo por gemación. Información previa • Repasa el concepto de genes alelos, dominantes y recesivos. Podrás distinguirlas porque seporque ve una se célula grande con Podrás distinguirlas ve una célula grande con • Repasa el concepto de genes alelos, dominantes y recesivos. • Explica las leyes las de leyes la herencia por Gregor • Explica de la propuestas herencia propuestas por Gregor una pequeña ella.sobre ella. una sobre pequeña

Mendel. Mendel. 4. Para mejorar observación puedes utilizar el utilizar colorante 4. Paralamejorar la observación puedes el colorante safranina.safranina.

5. Elabora5.un dibujo un de dibujo tus observaciones. Elabora de tus observaciones.

Experimento 3 Experimento 3 Observación del proceso de fisiónde celular Observación del proceso fisión celular

Materiales Materiales Equipo Equipo • Libreta • Libreta • Marcador • Marcador

1. Observa agua deelcharco o de florero y localiza enlocaliza ella •en Una papel 1.elObserva agua de charco o de florero y ellahoja• de Una hoja milimétrico de papel milimétrico

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VALORAS LAS APORTACIONES MÁS VALORAS LAS APORTACIONES MÁS RELEVANTES DE LA BIOTECNOLOGÍA RELEVANTES DE LA BIOTECNOLOGÍA

Ilustraciones infográficos

COMPLEMENTARIAS

Refuerzan y abordan los contenidos de manera creativa y explicativa, como una estrategia visual y efectiva para el proceso de aprendizaje.

Glosario

Se incluye la definición de términos relevantes que aparecen en cada página.

El mundo que te rodea quiero saber más... Información complementaria y de reflexión donde se vincula lo que el estudiante va construyendo con el entorno inmediato.

Retrato

Se incluye información relevante sobre algunos de los personajes clave en el desarrollo de los temas de cada materia.

Otra estrategia en las aplicaciones de la biotecnología Otra estrategia basada enbasada las aplicaciones de la biotecnología es R es etrato R etrato eliminar de virulencia de uninfeccioso; agente infeccioso; eliminar los genes los de genes virulencia de un agente es decir, es decir, la obtención de un microorganismo vivo y atenuado sin que pueda la obtención de un microorganismo vivo y atenuado sin que pueda volver a ser virulento. Se está ensayando la posibilidad de obtener volver a ser virulento. Se está ensayando la posibilidad de obtener de estalas manera lascontra vacunas contrayelcontra cóleralay salmonelosis. contra la salmonelosis. de esta manera vacunas el cólera

tratamiento TerapiaTerapia génica,génica, tratamiento de trastornos hereditarios de trastornos hereditarios

Lagénica, terapiauna génica, gran promesa para elsefuturo, se basa en La terapia granuna promesa para el futuro, basa en modificar genes de personas que nacen con anormalidades en Francisco Bolívar Zapata. Nació en la Ciudad de modificar genes de personas que nacen con anormalidades en Francisco Bolívar Nació en laEs Ciudad ellos. Actualmente se han realizado algunas intervenciones exiMéxico Zapata. en marzo de 1948. doctordeen Química ellos. Actualmente se han realizado algunas intervenciones exiMéxico en (Bioquímica) marzo de 1948. en Química tosas, aunque estos procedimientos todavía se encuentran en fase porEsladoctor Universidad Nacional Autótosas, aunque estos procedimientos todavía se encuentran en fase (Bioquímica) por de la Universidad Nacional Autó- en la que ), institución noma México (unam experimental. noma de es México (unam institución en la queEs pionero experimental. profesor e),investigador emérito. La terapia génica consiste en extraer una porción del tejido es profesor e investigador emérito. Es pionero a nivel mundial por su trabajo de investigación La terapia génica consiste del tejido enfermo e insertar enen susextraer célulasuna unoporción o más genes que remedien a nivel mundial por su tecnológico trabajo de investigación y desarrollo en el área de biología enfermo el e insertar en(infográfico sus células uno o más genes que remedien problema 2). Este tipo de técnica ya se ha utilizay desarrollo tecnológico en el área deen biología molecular y biotecnología, particular en el el problema (infográfico 2). Este tipo de técnica ya se ha utilizamolecular aislamiento, y biotecnología, en particular en el do en casos de cáncer y en enfermedades hepáticas, pulmonares caracterización y manipulación de do en casos en enfermedades hepáticas,en pulmonares aislamiento, caracterización y manipulación deen el grupo genes en microorganismos. Participó y dedelacáncer sangre.y También se está probando casos de sida, párgenes en microorganismos. en el grupo de investigadoresParticipó que obtuvo por primera vez la y de la sangre. También se está probando en casosUn de ejemplo sida, pár-de terapia kinson, alzhéimer y artritis reumatoide. de investigadores porde primera vez la adn recombinante. Ha insulinaque porobtuvo técnicas kinson, alzhéimer y artritis reumatoide. Un ejemplo de terapia génica somática es la que se ha aplicado a personas que padecen recibido varias distinciones y premios a nivel insulina por técnicas de adn recombinante. Ha génica somática es lade que se ha aplicado acombinada personas que padecen inmunodeficiencia severa (scid, por recibido sus el síndrome internacional. varias distinciones y premios a nivel de inmunodeficiencia combinada severa , por sus del niño el síndrome siglas en inglés), también conocido como(scid el síndrome internacional. siglas en inglés), también conocido como el síndrome del niño Infográfico2

TERAPIA GÉNICA PROCESAMIENTO DE LA APLICACIÓN DE LA TERAPIA GÉNICA EN LOS SERES HUMANOS TERAPIA GÉNICA Infográfico2

PROCESAMIENTO DE LA APLICACIÓN DE LA TERAPIA GÉNICA EN LOS SERES HUMANOS

Se extraen células del paciente. Se extraen células del paciente.

Las células modificadas genéticamente producen la Las células modificadas proteína o la hormona deseada. genéticamente producen la proteína o la hormona deseada.

6 Las células modificadas se 6 Las células inyectan

modificadasalsepaciente. inyectan al paciente.

En el laboratorio se modifica un virus de En el laboratorio se no pueda forma que modifica un virus de reproducirse. forma que no pueda reproducirse.

Las células del paciente se modifican Las células genéticamente. del paciente se modifican genéticamente.

Se inserta un gen Se insertaen el virus. un gen en el virus.

El virus modificado se mezcla con las células. El virus modificado se mezcla con las células. 101

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101

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RECONOCE TUS COMPETENCIAS Las competencias son capacidades que una persona desarrolla en forma gradual durante el proceso educativo, que incluyen conocimientos, habilidades, actitudes y valores, en forma integrada, para dar satisfacción a las necesidades individuales, académicas, laborales y profesionales. Existen principalmente tres tipos de competencias: genéricas, disciplinares y laborales.

Las competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él y aportar lo propio para transformarlo en niveles superiores. Por su parte, las competencias disciplinares engloban los requerimientos básicos –conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes– que se necesitan en

cada campo disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida. Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo.

COMPETENCIAS GENÉRICAS

A continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas. B5 / p. 145 Asume el reto

Conocerse, valorarse y abordar los problemas y retos a partir de objetivos.

B1 / p. 18 La biología en mi entorno Ser sensible al arte, apreciarlo e interpretarlo en todas sus expresiones.

B5 / p. 177 la biología en mi entorno Aprender por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

B5 / p. 164 La biología en mi entorno Elegir y practicar estilos de vida saludables.

B3 / p. 84 Actividad grupal

B5 / p. 176 Actividad Grupal

Participar con una conciencia cívica y ética en la vida de la comunidad, de la región, de México y el mundo.

B2 / p. 66 Actividad grupal

Desarrollar innovaciones y proponer soluciones a problemas a partir de un método seleccionado.

Escuchar, interpretar y emitir mensajes pertinentes en distintos contextos, mediante la utilización de herramientas y medios apropiados.

B3 / p. 91 Lee

Participar y colaborar de manera efectiva en trabajos de equipo.

B3 / p. 88 EV. formativa, ejemplo 2

B3 / p. 92 Figura 10

Mantener una actitud respetuosa hacia la diversidad de culturas, creencias, valores, ideas y prácticas sociales de otras personas.

Mantener una postura personal sobre temas de interés y considerar otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

B6 / p. 219 Autoevaluación, ejemplo 3 Contribuir al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES

A continuación se muestran las competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales que deben manejarse en esta materia, como lo señala el programa de estudios. B4 / p. 118 Actividad grupal

B3 / p. 97 Actividad grupal

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

Sección final / p. 224 Registro de observaciones

B5 / p. 144 Actividad grupal

B4 / p. 115 Lee

B5 / p. 158 Evaluación formativa

B5 / p. 159 la biología en mi entorno

B5 / p. 177 La biología en mi entorno

B3 / p. 90 Figura 8

SecciÓn final / p. 229 Experimento 1, ejemplo 2

B6 / p. 198 problema

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

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

Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

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

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

B4 / p. 103 Actitudes y valores

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

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

Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los seres vivos.

Desempeños del estudiante

Bloque 1 Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico

• Reconoce la reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos. • Identifica la reproducción celular asexual como la base para la conservación de las características del organismo, y a la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie. • Identifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer. • Reconoce los avances científico-tecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

Bloque 1

Bloque 2

Bloque 3

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Continúa...

Competencias a desarrollar • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. • Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. • Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. • Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. • Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. • Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. • Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue. • Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

• Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. • Sintetiza evidencias obtenidas en la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. • Utiliza las Tecnologías de la Información y Comunicación para procesar e interpretar información. • Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. • Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. • Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo. • Privilegia el diálogo como mecanismo para la solución de conflictos. • Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Asume que el respeto de las diferencias es el principio de integración y convivencia en los contextos local, nacional e internacional.

Introducción

Objetos de aprendizaje Tipos de reproducción en los seres vivos Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular Ciclo celular

a reproducción es un proceso fundamental para la continuidad de la vida. Sin ella, los seres vivos no tendrían esperanza de perpetuarse para el futuro y la vida terminaría

por extinguirse en nuestro mundo. Existen diversas maneras en que los seres vivos cumplen con esta función primordial para la supervivencia de su especie. Algunos tienen reproducción asexual, otros sexual. Unos establecen complicados cortejos para aparearse, como es el caso de muchas aves; otros simplemente se dividen en dos y así multiplican el número de individuos de su colonia. Este tema es por demás apasionante y ha despertado desde siempre el interés de todos. Adentrémonos a descubrir los secretos de la naturaleza en torno al maravilloso proceso que conduce a la formación de una nueva vida. Antes, te ofrecemos el siguiente mapa conceptual que esquematiza los temas fundamentales de este bloque.

Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Reproducción

involucra

puede ser

fundamental para

estructuras químicas

estructuras biológicas

asexual

como

que son

relacionada con

requiere

mitosis

meiosis

adn

sexual

continuidad de la vida

que forma

cromosomas

ubicados en

células

realizan

ciclo celular

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Para comenzar... Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario

que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio.

Conocimientos Responde en tu cuaderno lo que se solicita a continuación.

1. ¿Cuál es la función del adn? 2. ¿Dónde se localiza el adn del ser humano? 3. ¿Dónde se localizan los cromosomas? 4. Describe la diferencia entre reproducción sexual y asexual. 5. Menciona un ejemplo de reproducción asexual.

Habilidades Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno.

1. Argumenta acerca de la importancia de la reproducción sexual en los seres vivos. 2. Explica cómo se producen las células sexuales. 3. Elabora un esquema en el que señales la estructura del adn y sus componentes.

Actitudes y valores Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno.

Actividades de enseñanza Preguntas detonadoras y lluvia de ideas para detectar el nivel de conocimientos previos acerca de los temas del bloque. Documental relacionado con los avances científicotecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida y sus repercusiones en la sociedad para solicitar una investigación documental de estos avances y sus implicaciones en su contexto. Material audiovisual relacionado con los procesos involucrados en el ciclo celular. Ejemplos de los diferentes tipos de reproducción en los seres vivos, para reconocer la importancia del ciclo celular para la preservación de la vida a través del tiempo, así como los mecanismos de fecundación. Actividad experimental en donde se observe la mitosis en células vegetales o animales. Introducción al tema de reproducción asexual, explicando el proceso de la mitosis y la meiosis.

1. Explica la importancia de desarrollar hábitos para la prevención del cáncer. 2. E xpresa tus comentarios acerca de la aplicación de técnicas de clonación para

Investigación sobre las etapas de la mitosis.

3. E xpresa tu opinión acerca de la aplicación de técnicas de clonación en el ser

Cómic o cartel acerca del proceso de la meiosis y su función en la reproducción sexual como factor en la variabilidad genética, estableciendo los criterios para evaluarlo mediante una rúbrica.

la reproducción de animales. humano.

Actividad integradora en equipo para elaborar un organizador de información.

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Problema Los conocimientos y habilidades que desarrolles en este bloque deberán darte los elementos para resolver, en el transcurso, el siguiente problema. El reto consiste en que leas con atención el caso que se plantea y respondas las preguntas que le siguen en tu cuaderno.

La reproducción celular y los avances científicos Julia Martínez, una joven de 22 años, ha acudido al médico debido a problemas de desmayos, malestar general y mareos. Se le ha practicado un examen de sangre y se ha diagnosticado que algunas de sus células sanguíneas, los leucocitos, se están reproduciendo demasiado, acumulándose en diferentes órganos.

1. ¿Qué enfermedad tendrá Julia? 2. ¿Qué proceso es el que realizan sus células sanguíneas cada vez que se reproducen? 3. ¿Qué relación tiene su enfermedad con el ciclo celular? 4. Investiga qué tratamientos y avances científicos tecnológicos se han desarrollado para tratar su enfermedad.

5. Si su enfermedad está relacionada con su

adn, ¿podrían tenerla también sus hijos, cuando los llegue a tener?, ¿por qué? 6. ¿Qué proceso realizan sus células para poder producir óvulos? 7. ¿Cuántos cromosomas se encuentran en las células somáticas de un ser humano, y cuántos en sus células sexuales? 8. ¿Es importante que una persona, como cualquier otro ser vivo, tenga descendencia?, ¿por qué?

Autoevaluación Cuando hayas concluido este bloque:

1. Contrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su profesor.

2. Reconoce si has logrado los desempeños que se señalan en el cuadro que se muestra a continuación, indica las preguntas que contestaste correctamente y suma tus aciertos. Preguntas

Desempeños Reconoce la reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

5, 8

Identifica la reproducción celular asexual como la base para la conservación de las características del organismo, y a la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie.

2, 6, 7

Identifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer.

1, 3

Reconoce los avances científico-tecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

Aciertos

TOTAL _________________

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3. Valora tu comprensión de cada tema con la siguiente rúbrica de valoración. Aspectos a evaluar

Reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

Reconoces plenamente la reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

Reconoces algunos de los aspectos de la reproducción como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

No reconoces la reproducción de organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

Reproducción celular asexual como la base para la conservación de las características del organismo, y la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie.

Identificas plenamente la reproducción celular asexual como la base para la conservación de las características del organismo, así como la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie.

Identificas algunos de los aspectos de la reproducción celular asexual como la base para conservación de las características del organismo y también identificas algunos de los aspectos de la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie.

No identificas la reproducción celular asexual como la base para conservación de las características del organismo ni tampoco la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie.

Etapas del ciclo celular e implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar.

Identificas plenamente las etapas del ciclo celular así como las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar.

Identificas algunas de las etapas del ciclo celular así como las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar.

No identificas las etapas del ciclo celular, ni las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar.

Reconocimiento de los avances científicotecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

Reconoces plenamente los avances científicotecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

Reconoces algunos de los avances científicotecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

No reconoces los avances científicotecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

Valor

4. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Escala Excelente: 17-20 Bien: 13-16 Regular: 9-12 Insuficiente: 4-8 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

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Para comenzar...

Tema 1

Tema 2

Tipos de reproducción en los seres vivos. Estructuras involucradas en la reproducción celular

Ciclo celular y enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular

Continúa...

Asume el reto ¿Cómo se reproducen los pulpos?, ¿las estrellas de mar?, ¿las lombrices de tierra?, ¿las esponjas? ¿o los leones? Investiga a estos y a otros dos organismos cuya forma de reproducción desconozcas y que te gustaría conocer. Trae a la clase tu información para compartirla con tus compañeros.

La reproducción es un tema que desde tiempos muy antiguos ha captado la atención de los seres humanos debido a la importancia que tiene en nuestra vida. Seguramente tú mismo cuando eras pequeño preguntabas a tus padres cómo nacen los niños; esa misma pregunta podría aplicarse con relación a la reproducción de todo tipo de organismos que observamos en nuestro entorno: arañas, caracoles, plantas, elefantes o microbios. En el pasado había muchas especulaciones al respecto: la mitología hindú menciona al árbol baobab, del cual surgían seres humanos como si fueran manzanas (figura 1). Por otra parte, hace unos 300 años, los biólogos creían que los espermatozoides contenían a un ser humano en miniatura, el cual crecía en el cuerpo de la madre como cuando una semilla germina en la tierra. También se llegó a pensar que el vapor del esperma podía fecundar los óvulos de rana sin tocarlos para dar lugar a nuevas ranitas, hecho que fue desmentido a partir de la experimentación de algunos investigadores. De hecho, aún en la actualidad persisten varios mitos, por ejemplo, algunas personas piensan que los hermanos gemelos se forman cuando dos espermatozoides fecundan un mismo óvulo o que el sexo de los hijos es determinado por influencia de la mamá. 14

Figura 1. Una leyenda hindú mencionaba que en las ramas del baobab (uno de los árboles más antiguos del mundo) colgaban de sus frutos seres humanos.

Como podrás imaginar, fueron necesarios muchos experimentos y análisis de sus resultados para entender claramente el proceso de reproducción de plantas, de animales y del propio ser humano. Veamos cómo se lleva a cabo este fascinante proceso, empezando por el nivel celular y molecular, para conocer con todo detalle cómo se forma una nueva vida. Pero antes, reflexionemos acerca de los tipos de reproducción. st-editorial.com

Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico

Tipos de reproducción

Desde el surgimiento de la vida en los océanos primitivos, hace millones de años, la reproducción ha sido el proceso que aseguró la perpetuación de la vida en nuestro planeta. Como ya sabemos por diversas evidencias indirectas y por algunos fósiles muy antiguos, los primeros seres vivos, llamados procariontes, fueron unicelulares y con una estructura sencilla. Estos microorganismos se multiplicaban simplemente dividiéndose en dos, de manera que realizaban el tipo de reproducción asexual, en el cual un solo individuo duplica su material genético y lo reparte en sus dos células hijas. En algún momento, sin embargo, hace cientos de millones de años, surgió lo que podríamos llamar el “inicio del sexo” al realizarse el intercambio de material genético entre dos organismos, lo que dio lugar a descendientes distintos a sus progenitores. Estos descendientes −dada su variabilidad genética− podían adaptarse mejor a las condiciones ambientales de su entorno. El inicio de la reproducción sexual en la naturaleza marcó un parteaguas en la historia de la vida, ya que a partir de entonces se favorecieron los procesos evolutivos que dieron lugar a la gran biodiversidad de nuestro planeta. Así, en la actualidad podemos observar que en los animales, las plantas, los hongos y hasta en algunos microorganismos se llevan a cabo procesos de reproducción sexual, es decir, que involucran la unión de dos células sexuales para dar lugar a un nuevo organismo. En el transcurso de la evolución, los organismos han ido desarrollando diversos tipos de estructuras anatómicas que les han permitido asegurar la reproducción. Por ejemplo, ¿sabes cuál es el órgano reproductor de una planta? Si pensaste en la flor estás en lo correcto, ya que las flores contienen las células sexuales masculinas y femeninas: polen y óvulos que, al unirse, dan lugar primero a un cigoto y más tarde a un embrión que queda guardado en la semilla. Para asegurar que sus células sexuales puedan encontrarse, las flores han desarrollado, a través de la evolución, colores y formas atractivos para los insectos y aves que actúan como transportadores del polen de una flor a otra. Desarrolla competencias

Figura 2. El hipocampo o caballito de mar tiene la peculiaridad de que es el macho el que incuba los huevos que darán lugar a las crías.

En el caso de los animales existen estructuras anatómicas relacionadas específicamente con la reproducción, órganos reproductores que varían en su forma de una especie a otra; pero no solo eso, los comportamientos de búsqueda de la pareja y de cuidado de la cría también aseguran una reproducción exitosa. Al respecto podemos citar cientos de ejemplos de animales que dedican mucho tiempo y esfuerzo para cortejar a su pareja mediante danzas, movimientos muy específicos, despliegues de plumajes o bellos cantos, como sucede en las aves; o bien enfrentamientos que le cuestan la vida al macho, como es el caso de algunos escorpiones y arañas. Además, este tipo de animales dedican también mucho tiempo y esfuerzo a salvaguardar el desarrollo de su prole. Así, por mencionar algunos ejemplos, las aves construyen nidos para proteger y empollar a sus polluelos, los caballitos de mar incuban en su vientre los huevos donde se están desarrollando sus crías (figura 2), las arañas construyen telarañas en las que atrapan insectos que sirvan de alimento a sus hijos al nacer, mientras que los canguros cargan en su marsupio a sus pequeños hasta que logran desarrollarse por completo. Todos ellos: microbios, plantas, hongos y animales tienen como objetivo principal de vida lograr la transmisión de sus características a la siguiente generación, es decir, reproducirse, para así asegurar la permanencia de su especie.

actividad individual

Reconoce la reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos.

1. Investiga el proceso de reproducción de alguna especie de tu interés o de la que te señale tu profesor. Dependiendo de la especie de que se trate, puedes señalar también el cortejo, los órganos reproductores, el cuidado de la cría, los factores que favorecen el desarrollo de las semillas o las condiciones ambientales que favorecen la reproducción, en el caso de los microorganismos.

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Bloque 1

2. Asegúrate de incluir organismos de los diversos reinos y dominios en tu investigación.

3. Trae a tu clase imágenes o dibujos para complementar la información y compartirla con tus compañeros.

4. Escribe en tu cuaderno una conclusión sobre la importancia y los tipos de reproducción en los seres vivos.

Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular

Figura 3. Los cromosomas son una maraña condensada a partir de hilos muy finos de adn o cromatina y tienen dos brazos llamados cromátidas

Para que un organismo se reproduzca, sea planta, animal o microorganismo, se precisa la participación de sus células, las cuales contienen los elementos hereditarios que pasarán a la siguiente generación. Las estructuras biológicas relacionadas con la reproducción celular son los cromosomas, y las estructuras químicas son los ácidos nucleicos: el adn. Asomémonos al interior de nuestro organismo para conocerlas.

Los cromosomas

Base nitrogenada Azúcar

G A C T

C T

G A

Fosfato

Cada célula de un ser humano, así como la de una planta, animal o microbio contiene en su núcleo un cierto número de cromosomas, que están conformados por largas cadenas de adn con la información necesaria para procrear un nuevo individuo que heredará las características de sus progenitores. Pero, ¿cómo es un cromosoma? Los cromosomas de los organismos sencillos, como por ejemplo las bacterias, son circulares, formados exclusivamente por adn, y contienen unos cuantos miles de pares de bases. En cambio, los cromosomas eucariontes, es decir, de plantas, hongos o animales, son algo más complejos. Están formados por una larga cadena de adn, llamada cromatina, asociada a proteínas llamadas histonas; tienen forma de X y solamente se forman cuando una célula se va a reproducir. Cada cromosoma tiene dos brazos, llamados cromátidas, unidos por un centrómero. Cuando la célula no está en proceso de reproducción, los cromosomas se desenrollan y se convierten en un largo y fino hilo de cromatina, es decir de adn (figura 3). Más adelante veremos con más detalle cómo actúan los cromosomas en los procesos de reproducción celular.

El adn El adn es una larga biomolécula de doble cadena formada por subu-

Figura 4. El adn está formado por dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas.

nidades llamadas nucleótidos; en cada uno de ellos se ubica alguna de las cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C). Además, los nucleótidos forman una especie de escalera de caracol, unida por medio de puentes de hidrógeno (figura 4). Los nucleótidos se acomodan en un orden diferente para cada organismo vivo y así, por ejemplo, cada uno de nosotros, los seres humanos, tenemos una secuencia distinta en nuestro adn y, en consecuencia, somos diferentes en cuanto a nuestro color de piel, cabello, estatura y muchas características más. De hecho, en cada especie existen ciertas similitudes en su adn, con pequeñas variantes que determinan la individualidad de cada uno de sus integrantes. Pero, ¿cuál es el significado del mensaje hereditario que contiene el adn?, ¿para qué sirve? Este mensaje sería inútil si no existiera algún mecanismo para interpretarlo. Así, el mensaje del adn contiene información en clave, codificada, de la cual se puede obtener la información para la elaboración de todas y cada una de las proteínas que contiene un organismo. st-editorial.com

Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico

Las proteínas determinan nuestro aspecto físico; por ejemplo, hay una proteína del cabello, otra de la piel, del tipo de sangre y de todas y cada una de las características visibles y no visibles de un individuo. Así que somos el resultado de nuestras proteínas, y estas nos permiten ser diferentes a los organismos de otras especies. El adn contiene la información para los cientos de proteínas de cada organismo. Estas se conforman por cadenas de aminoácidos a las que también se les llama cadenas polipeptídicas. Cada cadena está codificada por medio de un segmento del adn al que llamamos gen. Así, el adn puede contener cientos de genes para los cientos de proteínas de un organismo. Cada gen está codificado por nucleótidos del adn, organizados por tripletes, tres letras que señalan cada aminoácido que debe ser colocado para la formación de una proteína. La correlación entre cada triplete y el aminoácido se encuentra en el código genético, información que ha sido recientemente descubierta y que nos ha abierto la puerta para comprender los secretos de la herencia en los seres vivos. Así, si hiciéramos un viaje hacia nuestro interior, encontraríamos a las células, dentro de cada célula a los cromosomas, dentro de estos al adn, y en el adn los genes, que contienen la información para cada una de nuestras proteínas (figura 5). Para comprender mejor lo que hemos mencionado, veamos una analogía: • En el núcleo de la célula se encuentra el conjunto de cromosomas, que son como una enciclopedia o colección de libros en la que se encuentra codificada la información para “construir” al ser humano. • Cada cromosoma sería uno de los libros de esa enciclopedia. • Cada cromosoma tiene una cadena de adn con muchos genes. Cada gen sería una página del libro. • Cada triplete del adn sería una palabra que codifica a un aminoácido. • Dado que hay cuatro bases nitrogenadas que determinan el mensaje del adn, cada una es una letra de las palabras de nuestro libro (A, T, C, G). Desarrolla competencias

Figura 5. Cada ser humano contiene millones de células, dentro de las cuales se encuentran los cromosomas, y dentro de estos el adn.

Enciclopedia

Núcleo celular (conjunto de cromosomas)

Libro Cromosoma Página Gen Palabra Triplete Letra

Bases nitrogenadas (A, T, C, G)

actividad grupal

1. Elaboren en parejas un modelo de cromosoma con el material que esté a su alcance y señalen en él la ubicación de los genes, así como la cadena del adn. Pueden usar, por ejemplo, estambre enrollado, papel crepé o alambre delgado.

2. Expliquen el papel de estas estructuras en la reproducción. st-editorial.com

Bloque 1

R etrato

Evaluación formativa

Autoevaluación

I. Completa la siguiente analogía de los cromosomas. 1. Música de un reproductor MP3: ___________________________________________ 2. Álbum de música: _______________________________________________________ 3. Canción: ________________________________________________________________ Rosalind Franklin. Biofísica inglesa que nació en 1920 y falleció en 1958. Realizó importantísimos aportes para la comprensión de las estructuras del adn, los virus, el carbón y el grafito. Gracias a las imágenes de esta molécula, que obtuvo por la difracción de rayos X, James Watson y Francis Crick pudieron fundamentar su hipótesis de la estructura de la doble hélice. Como más tarde reconocieron, estas representaciones fueron la pieza fundamental para la publicación, en 1953, de la estructura del adn. Como mujer, debió soportar la discriminación laboral en Cambridge y ciertas agresiones de Watson y Wilkins –su jefe de laboratorio–, por lo que la concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina solo a Watson, Crick y Wilkins en 1962 –luego del fallecimiento de Franklin–, se convirtió en una ofensa y una injusticia.

4. Palabras de la canción: __________________________________________________ 5. Notas musicales: ________________________________________________________ II. Anota la función de: 1. Un cromosoma.

2. Un gen.

3. Un triplete del adn.

III. R eflexiona y anota en tu cuaderno de qué manera te ayuda la elaboración de modelos para comprender mejor algunos temas.

La biología en mi entorno En la película británica Niños del hombre, del cineasta mexicano Alfonso Cuarón, se propone una historia del futuro en la que los seres humanos han perdido, poco a poco, la capacidad para reproducirse, debido a factores del medio ambiente, por lo que ya no hay niños, solo adultos, y en todo el mundo solo hay una mujer que está embarazada. Reflexiona y escribe qué sucedería con los seres humanos si esta historia se convirtiera en realidad. ¿Qué factores podrían conducirnos a este tipo de situación? Comenta tus respuestas con tus compañeros.

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Tema 1

Tema 2

Tema 3

Tipos de reproducción en los seres vivos. Estructuras involucradas en la reproducción celular

Ciclo celular y enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular

Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Continúa...

Asume el reto ¿Qué tan seguido se reproducen las células?, ¿qué necesitan para poder dividirse? Averigua la velocidad de reproducción de: • Una célula de la piel. • Una célula sanguínea (eritrocito). • Una célula embrionaria. • Una neurona. Trae a clase la información recabada, no olvides señalar las fuentes consultadas y asegúrate de que sean confiables.

Ya hemos dicho que la reproducción es un proceso fundamental para los seres vivos. Si nos asomamos a ver los componentes de un organismo a nivel microscópico, por ejemplo, las células de un ser humano, veremos que la reproducción celular se lleva a cabo todos los días, ya que se relaciona con el crecimiento, la renovación y la reparación de tejidos, como podrían ser la piel, la sangre, los huesos y los músculos. Cuando una célula se va a reproducir, lo primero que hace es duplicar su material genético –es decir, su adn– por medio del proceso de replicación, y obtiene así una copia exacta para cada célula hija. Algunas células se dividen muchas veces, como las de la piel, que se renuevan constantemente, o las de un embrión en crecimiento. Otras, como las neuronas, se forman durante la etapa embrionaria y desde fases muy tempranas pierden su capacidad de duplicación, o al menos esta queda muy limitada. Por eso es muy difícil que, por ejemplo, el tejido del cerebro se recupere cuando ha sufrido un daño que destruye algunas de sus células. st-editorial.com

Etapas del ciclo celular

El ciclo celular es una especie de reloj biológico que indica las fases en la historia de la vida de una célula. Se inicia cuando una célula nace, es decir, se forma, y termina hasta que se divide, dando lugar a dos células hijas. Se puede decir que el ciclo celular es el tiempo que transcurre entre una reproducción y otra. Así, podemos distinguir dos etapas importantes en el ciclo de una célula: la etapa en la que no se está reproduciendo, llamada interfase, y la etapa en la que se divide, llamada mitosis, y sobre la que hablaremos más adelante. Por su parte, el ciclo celular se divide en cuatro fases: Fase G1. Se inicia cuando la célula está recién formada a partir de una reproducción celular. En esta fase la célula se dedica a crecer y a producir las proteínas que necesita. Su duración es muy variable, dependiendo del tipo de célula de que se trate; por ejemplo, en una célula que se divide cada 24 horas, esta fase duraría unas 11 horas, pero en otro tipo de célula podría durar varios días e incluso varios años. 19

Bloque 1

G0: no hay división

G1: primera fase de intervalo o crecimiento 1

Cito

cine

Metafa

Interf e as

División celular

Mitosis

Telofase

S: síntesis de adn; los cromosomas se duplican

fas

Pro

G2: segunda fase de intervalo o crecimiento 2

Figura 6. El ciclo celular está conformado por las fases G1, S, G2 y la división celular o mitosis.

También es en esta etapa donde se define el futuro de la célula: o entra a la fase G₀ en la que se determina que no va a reproducirse, o bien puede seguir hasta la fase S, en la que inicia su preparación para la reproducción. La “decisión” de reproducirse o no depende del tipo de célula y de algunas señales moleculares. Fase S. Si la célula pasa a esta fase es señal segura de que va a reproducirse. Para tal efecto, la célula duplica su material genético, su adn. Este proceso en un ciclo celular de 24 horas podría llevar unas 8 horas. Al terminar, la célula tendrá dos copias idénticas de su material genético, el cual podrá repartir a sus células hijas cuando se divida. Fase G2. Al terminar la síntesis de adn la célula ya está en condiciones de formar los cromosomas. Estos se forman cuando se va condensando la cromatina (es decir el adn). Como ya hemos dicho, cada cromosoma tiene dos cromátidas, es decir dos brazos, y cada brazo tendrá una copia de adn idéntica al otro. En esta etapa la célula también va a producir el arn y las proteínas que necesita para la reproducción. En un ciclo celular de 24 horas, esta fase duraría unas 4 horas. Fase M. Se lleva a cabo la mitosis o reproducción celular que consta de varias fases que se explicarán más adelante. La mitosis en sí es un proceso 20

Observa en la figura 6 el diagrama del ciclo celular. Como puedes ver, cuando la célula no se está reproduciendo se encuentra en la interfase, a la cual pertenecen las fases G₁, S y G₂.

Enfermedades relacionadas con el desorden en el ciclo celular

sis

Anafase

rápido, que en una célula con un ciclo de 24 horas tendría una duración de una a dos horas.

¿Con qué frecuencia se divide una célula? Como ya habíamos mencionado, las células que se reproducen a mayor velocidad en el cuerpo de un ser humano adulto son las de la piel, que se dividen hasta una vez al día, mientras que las del hígado lo hacen una o dos veces al año; sin embargo, en condiciones especiales, por ejemplo cuando se extirpa una parte de este órgano, las células hepáticas se reproducen rápidamente hasta que el hígado vuelve a tener su tamaño original. La explicación para este fenómeno es que las células responden a la llegada de alguna señal química que les indica que se deben reproducir, o bien, detienen su reproducción cuando una molécula determinada se los indica. Sin embargo, algunas células, por factores diversos que posiblemente se deben a un daño en su adn, es decir a mutaciones, dejan de responder a este tipo de señales y pueden llegar a reproducirse sin control. Este es el caso de las células cancerosas, las cuales se reproducen hasta formar grandes cúmulos de células en alguna parte del cuerpo, lo que conocemos como tumores (figura 7). Estas células se reproducen tan rápido que ya no cumplen las funciones para las que estaban destinadas y se convierten en “células transformadas”, las cuales no hacen otra cosa que reproducirse, cambiando de forma y características. Cuando las células transformadas invaden otros tejidos se produce metástasis, y entonces los tumores llegan a proliferar por todo el cuerpo e interfieren con las funciones normales de distintos órganos, al punto de ocasionar la muerte. La metástasis es la capacidad de las células cancerosas de penetrar los vasos sanguíneos y viajar por la sangre hacia otros tejidos donde inician un nuevo tumor. A diferencia de los tumores malignos, los benignos no pueden diseminarse. Hace algunos años se descubrió una proteína, llamada p53, que tiene la importante función de detener el ciclo celular hasta que se repara el adn dañado en determinada célula. Cuando no es posible reparar el adn, la proteína p53 induce a la célula a autodestruirse, proceso conocido como apoptosis. Este procedimiento, si bien st-editorial.com

Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico

resulta un tanto drástico, evita que una célula anormal se reproduzca y dé origen a un tumor. Se ha observado que en muchos tejidos de cáncer humano hay ausencia de la proteína p53, o bien esta se halla defectuosa, de donde se infiere la posibilidad de que al activar el gen productor de esta proteína en pacientes con cáncer haya una esperanza para su recuperación. De acuerdo a diversas investigaciones se ha determinado que el cáncer puede prevenirse. Se ha observado que los alimentos –como frutas y verduras– que contienen antioxidantes previenen el desarrollo del cáncer debido a que protegen la integridad del adn, evitando su deterioro y posible daño que pudiera conducir a la formación de células transformadas. En cuanto a factores de riesgo, podemos señalar, entre otros, los siguientes: • Fumar, que es el factor más importante para el desarrollo del cáncer. De acuerdo a algunas estimaciones, este hábito se señala como la causa de 21% de muertes por cáncer en el mundo. Fumar causa principalmente cáncer de pulmón, pero también es la causa de ocho tipos más: boca, esófago, estómago, hígado, páncreas, cérvix, vejiga y leucemia. • El consumo de alcohol, que conduce al desarrollo del cáncer de esófago, de hígado, de boca y de mama.

Figura 7. Las células cancerosas son producto de una alteración en el ciclo celular.

• El virus del papiloma humano, que se transmite por vía sexual y que es la principal causa del cáncer cérvico uterino. • La inactividad física, que incrementa el riesgo de cáncer mamario y de colon. • La alimentación escasa en fibras y rica en grasas, que conduce hacia el cáncer de esófago, estómago y colon. • La exposición excesiva a rayos uv es la principal causa del cáncer de piel.

Quiero saber más…

Así como se han señalado factores de riesgo para el desarrollo del cáncer, también se ha visto que hay alimentos que lo previenen, actuando como nutracéuticos, es decir como alimentos que tienen las propiedades de un medicamento. Así, todos los alimentos ricos en antioxidantes son excelentes para prevenir el cáncer: cebolla, zanahoria, manzana, jitomate, orégano, brócoli, cítricos… La lista es enorme y basta estar bien enterados de ella para planear una alimentación que sea favorable para la prevención de este tipo de enfermedades. Consulta el siguiente artículo sobre alimentos que contienen antioxidantes: www.comoves.unam.mx/articulos/ 89_antioxidantes/89_antioxidantes2.html

Desarrolla competencias

actividad grupal

Identifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer.

Elaboren en parejas un mapa mental ilustrado de lo que deberían hacer y lo que deberían evitar para poder llevar una vida sana en la que prevengan el cáncer.

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Bloque 1

Lee Alteraciones en el ciclo celular de las neuronas podrían relacionarse con la degeneración en alzhéimer José María Frade, investigador del Instituto Cajal, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (csic), ha explicado hoy en Salamanca que algunas alteraciones en el ciclo celular de las neuronas, es decir, el proceso por el cual crecen y se dividen en dos células hijas, podrían tener influencia en la degeneración del sistema nervioso propia de patologías como el alzhéimer. De hecho, esta línea de investigación podría contribuir a avanzar en uno de los retos que, en su opinión, tienen los científicos que trabajan en este campo: encontrar una explicación que

unifique la gran cantidad de datos que se están obteniendo sobre esta enfermedad y que parecen apuntar en direcciones distintas. “El problema es que las neuronas pueden iniciar un ciclo que no culmina en la división, sino que simplemente se duplica la cantidad de adn (ácido desoxirribonucleico) en el núcleo y eso hace que la neurona se convierta en tetraploide, es decir, que tenga cuatro veces la cantidad de adn”, ha señalado el científico. Probablemente este hecho modifica la estructura y la conectividad de las neuronas. “Los problemas de

degeneración se deben a que una neurona tetraploide se hace más grande, altera sus conexiones con las neuronas de alrededor y esto, a largo plazo, hace que los circuitos neuronales dejen de funcionar bien, de manera que se producen déficits cognitivos”, señala. El equipo de investigación de Frade trabaja con estos datos en modelos animales. La posibilidad de que esta línea de investigación básica acabe en terapias aplicadas depende de que se pueda establecer una relación directa con el sistema nervioso humano, según ha explicado.

Fuente: www.dicyt.com/noticias/alteraciones-en-el-ciclo-celular-de-las -neuronas-podrian-relacionarse-con-la-degeneracion-en-alzheimer

1. De acuerdo a este artículo, ¿en qué fase del ciclo celular se quedan detenidas las neuronas involucradas en problemas de alzhéimer?

2. ¿Qué alteraciones sufre la neurona por esta causa?

3. ¿ Qué beneficios habría si se pudieran aplicar los resultados de este descubrimiento a las personas enfermas de alzhéimer?

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Tema 2

Tema 3

Ciclo celular y enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular

Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Tema 4

Continúa...

Mitosis y reproducción asexual

Asume el reto Busca en Internet una noticia en la que se mencione un avance científico-tecnológico relacionado con el tema de la reproducción celular o el cáncer. Comparte la información con tus compañeros del grupo.

La ciencia es la búsqueda de respuestas a las preguntas que nos hacemos ante los fenómenos de nuestro entorno. Las respuestas que se van generando se convierten en un acervo de información que nos permite desarrollar aplicaciones útiles al servicio de la humanidad. Así, la ciencia aplicada se convierte en tecnología que favorece a la sociedad al resolver problemas que le aquejan como, por ejemplo, los relacionados con la salud. Muchos de los avances recientes de la ciencia y la tecnología en el campo de la salud se han enfocado a buscar alternativas nuevas para los tratamientos de los diversos tipos de cáncer, enfermedades relacionadas con las alteraciones en los procesos de reproducción celular. El cáncer en realidad no es una enfermedad, sino un conjunto de enfermedades que tienen en común la proliferación excesiva de las células que han perdido el control de su ciclo celular. Así, se conocen tres subtipos de cáncer: los sarcomas, que proceden de tejido conectivo, como los músculos, huesos y cartílagos; los carcinomas, que son los más conocidos y afectan a órganos diversos como pulmones, útero, cerebro, estómago, mamas, etc.; y el tercer tipo que son las leucemias, que afectan a células de la sangre. Este tipo de enfermedades tienen un gran impacto social en cuanto a la incapacitación y muerte de personas de diversas edades que llegan a padecerlas. st-editorial.com

El avance tecnológico actual nos ha llevado a lograr condiciones cada vez mejores para las intervenciones quirúrgicas, para el diagnóstico y la prevención del cáncer y de muchas otras enfermedades degenerativas de las células. Veamos algunos ejemplos de este tipo de avances que han permitido mejorar la calidad de vida de las personas: • La producción de vacunas preventivas, como por ejemplo la del virus del papiloma humano (vph), causante principal del cáncer cérvico uterino. Esta vacuna ya se está distribuyendo en algunos países y se prevé que permita disminuir significativamente la incidencia de este tipo de enfermedad, aunque los estudios epidemiológicos al respecto todavía no están concluidos. • Algunos estudios recientes han permitido saber que existen genes directamente relacionados con el cáncer. Muchas personas pueden tenerlos en forma inofensiva como protooncogenes, que por efecto de algún mutágeno quedañe su adn se pueden transformar en oncogenes, genes que causan cáncer. Hasta la fecha se han encontrado aproximadamente unos 100 oncogenes que causan aumento y proliferación de tumores. Por ejemplo, hay un oncogen llamado rask que está presente en 20% de los cánceres pulmonares, 50% de los cánceres de colon y 90% de los pancreáticos. 23

Bloque 1

Se ha procedido entonces a buscar los factores ambientales que pueden desencadenar la formación de oncogenes par establecer así campañas de prevención. • La innovación constante en la producción de sustancias y medicamentos que actúan en la quimioterapia. En este tipo de tratamientos se utilizan fármacos que impiden la reproducción de las células transformadas, es decir, de las células cancerosas. Estas sustancias son citotóxicas e interfieren con el ciclo celular, ya sea alterando el adn o bien la síntesis de proteínas. Sin embargo, el problema con muchos de estos fármacos es que son poco específicos y pueden dañar a células sanas que se encuentran en proceso activo de reproducción; además, en algunos casos las células se vuelven resistentes a ellos. Por ello, actualmente se trabaja para producir sustancias con menos efectos colaterales y mayor efectividad. • El uso de la inmunoterapia. Consiste en utilizar linfocitos T que son células de la sangre especializadas en la destrucción de células invasoras. Los linfocitos T son las células citotóxicas de

mayor potencia en el sistema inmunitario. Una estrategia consiste en estimular a que la propia persona incremente la producción de este tipo de células. Otra es la inmunización pasiva, es decir, que se le inyecten los linfocitos, aunque para ello es necesario antes recurrir a técnicas especializadas en las que se obtengan los linfocitos T en cantidades suficientes como para que produzcan un efecto clínico significativo. • El uso de células madre, obtenidas de la médula ósea de un donador, para que al reproducirse en la persona enferma restituyan las células sanguíneas dañadas por algunos tipos de leucemias. • El desarrollo de la tecnología del adn, a partir del conocimiento de los genes y de la posibilidad de realizar modificaciones genéticas. Se ve la terapia génica como una estrategia de tratamiento del futuro para enfermedades degenerativas de origen hereditario. Observa el infográfico 1 en el que se señalan algunos avances científico-tecnológicos que han beneficiado al ser humano.

Infográfico1

Avances científico-tecnológicos

que han permitido mejorar la calidad de vida de las personas

cirugía

Vacunas preventivas

La laparoscopia es una cirugía convencional, mínimamente invasiva, que permite trabajar a través de orificios muy pequeños por donde se introduce una cámara especial y el instrumental quirúrgico para operar, sin necesidad de realizar incisiones y heridas de gran tamaño. Este método se utiliza sobre todo para cirugía de tórax, abdomen, colon y apéndice. El procedimiento requiere solo de un día o incluso menos tiempo en el hospital y el periodo de recuperación es muy corto.

Existen dos vacunas para prevenir la infección por virus del papiloma humano (vph): Gardasil y Cervarix. Ambas son muy efectivas en la prevención de infecciones persistentes por los tipos 16 y 18, dos de los vph de “alto riesgo” que causan la mayoría (70%) de los cánceres de cuello uterino.

Radioterapia

quimioterapia

A través de rayos X o radiactividad, su función es eliminar células cancerosas e impedir su reproducción.

Uso de fármacos para combatir el cáncer. Se pueden administrar por vía oral, con inyecciones intramusculares o intravenosas.

inmunoterapia

Estimula el sistema inmunológico para rechazar y destruir tumores. En algunos casos se utilizan inyecciones que pueden ser de antígenos de paperas, cándida o tricofitina para tratar las verrugas del vph.

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Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico

E l mundo que te rodea El avance tecnológico en el campo de la microscopía es asombroso. En la actualidad existe un tipo de microscopio, el de láser confocal, que permite realizar el diagnóstico de cáncer en la piel con la simple observación, sin necesidad de extirpar el tejido, sin riesgo para el paciente y en forma totalmente indolora. De esta manera se puede evitar una biopsia o bien, en caso de que sea necesaria, delimitarla en una pequeña zona.

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actividad grupal

Identifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer.

1. Organizados en equipos de seis integrantes realicen una investigación documental acerca de algún tipo de cáncer. La investigación debe abarcar los siguientes aspectos: a. Las transformaciones que suceden en las células. b. Las formas de detección de la enfermedad. c. L os avances científico-tecnológicos que se utilizan en las estrategias de tratamiento. d. Datos estadísticos de la enfermedad en México y en el mundo. e. N úmero de pacientes enfermos de cáncer que hay en la localidad en que viven, de acuerdo a datos obtenidos en los hospitales más cercanos a su entorno.

2. Compartan en plenaria los aspectos más relevantes de la investigación que realizaron. 3. Elaboren una conclusión grupal acerca de todos los aspectos presentados, las repercusiones sociales del cáncer en nuestro país y las formas en que se puede prevenir.

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Tema 3

Tema 4

Tema 5

Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Mitosis y reproducción asexual

Meiosis y reproducción sexual

Asume el reto Lleva a cabo el siguiente experimento:

1. Consigue un poco de levadura de la que se utiliza para la elaboración del pan. 2. Colócala en una solución que contenga agua y azúcar. 3. Observa al microscopio después de un día y descubre si algunas levaduras se están reproduciendo. 4. Anota el número de organismos en reproducción y describe el proceso que observaste. 5. Elabora una conclusión respecto del experimento realizado acerca de la reproducción asexual.

La reproducción celular es indispensable en todos los seres vivos; en las células eucariontes, este proceso se llama mitosis. Como ya se ha mencionado, la mitosis se lleva a cabo en la mayoría de las células y favorece el crecimiento, la reparación de tejidos y el desarrollo embrionario. Por ejemplo, nuestros glóbulos rojos son reemplazados cada 120 días por nuevas células que se producen en la médula ósea, y cuando sufrimos una fractura, los huesos pueden soldar de nuevo gracias a procesos de mitosis en las células óseas. El momento de nuestra vida en el que se produce el mayor número de mitosis es antes de nacer, en la etapa embrionaria, en ese tiempo las células se duplican incesantemente (figura 8). El proceso de mitosis se inicia cuando se han completado los procesos del ciclo celular: fases G1, S y G2. Durante la interfase, el material genético o cromatina se encuentra disperso en el núcleo celular y forma un hilo transparente y poco visible, pero cuando la célula se va a reproducir, la cromatina se empaqueta apretadamente y forma los cromosomas. Para entonces el ma26

Figura 8. En la etapa embrionaria, entre las semanas 4 y 18, se alcanza la tasa más alta de mitosis de toda la vida humana.

terial genético ya se ha duplicado y por eso los cromosomas se observan como dos cromátidas unidas por un centrómero. Cada cromátida es la copia exacta de la otra (figura 9). st-editorial.com

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En el proceso de mitosis, la célula reparte sus cromosomas entre sus dos células hijas, de manera que una sea idéntica a la otra. La mitosis se lleva a cabo de manera continua, pero para analizarla se divide en cuatro fases, que se presentan en el infográfico 2.

Cromátida

Centrómero

Figura 9. El término “cromosoma” viene del griego chroma, que significa color, y soma, cuerpo o elemento.

Infográfico2

Fases de la mitosis Áster

Centriolos en los centrosomas

Cromatina

Célula

que no está en división

Nucléolo

Envoltura nuclear

Membrana plasmática Centriolos en el centrosoma

Nucléolo Cromosoma

Centrómero

1Profase En esta primera etapa, la célula va perdien-

do su membrana nuclear y los cromosomas comienzan a hacerse visibles. Posteriormente aparece una estructura formada por microtúbulos llamados centriolos; estos se duplican y emigran a los polos o extremos de la célula. Entonces se constituye el huso mitótico, estructura que forma una especie de carriles por donde se desplazan los cromosomas; está constituido por fibras muy delgadas de la proteína tubulina. Se pueden observar también otros microtúbulos que salen del centriolo en forma de rayos y dan lugar al áster, con figura de estrella (Esquema del huso mitótico). Cabe mencionar que en las células vegetales no hay microtúbulos ni áster y solo se forma el huso mitótico.

Esquema del huso mitótico y el áster Cromosoma

Par de centriolos

Áster Huso mitótico

Continúa

Microtúbulo. Estructuras tubulares que se originan en los centros organizadores de microtúbulos y que se extienden a lo largo de todo el citoplasma. st-editorial.com

Glosario 27

Bloque 1

Fases de la mitosis Prometafase

Metafase

Áster

Cromosoma

2Metafase Ahora los cromosomas se acomodan alineados en la parte central de la célula, como si estuvieran listos para iniciar una carrera. La parte central del cromosoma –centrómero– se pega a una fibra del huso mitótico.

Microtúbulo

Microtúbulo polar

Nucléolo Polo

Cromosoma hijo

Huso mitótico

3Anafase

En esta etapa los cromosomas inician el movimiento hacia los polos de la célula. Los centrómeros se parten en dos, de manera que cada cromátida emigra hacia uno de los polos y se mueven a lo largo de las fibras del huso. La “competencia de natación” se ha iniciado, aunque en ella todos ganan, porque todos llegan a la meta que es el extremo opuesto de la célula.

Surco de segmentación

4telofase

Se completa el proceso de división de los cromosomas. Se restituye la membrana nuclear, los cromosomas se vuelven de nuevo un hilo delgado inapreciable y las fibras del huso mitótico desaparecen.

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Citocinesis

Una vez que se ha completado la división del material genético, en las células hijas se reparte el citoplasma y los organelos que hay en él (lisosomas, mitocondrias y otros más). A este proceso se le llama citocinesis. En las células animales surge un surco de segmentación, mientras que en las células vegetales se forma una placa que divide a las células hijas, en la cual se forma posteriormente una nueva pared celular. El resultado de la mitosis es la formación de dos células hijas idénticas entre sí. El tiempo que tarda el proceso de la mitosis es muy variable, desde unos diez minutos en las células de los mosquitos hasta una o dos horas, que es el tiempo promedio en la mayoría de las células. En un laboratorio, las células en cultivo se reproducen cada 24 horas. Este proceso puede observarse al microscopio si nos encontramos ante células en crecimiento, como pueden ser las de la raíz de la cebolla o las de un embrión recién emergido de una semilla. Práctica de laboratorio El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en la práctica de laboratorio “Mitosis” que se encuentra en la Sección final (p. 222).

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Coevaluación

I dentifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer.

La mitosis es un proceso continuo, que en realidad no se detiene en cada etapa, ya que los cromosomas se mantienen en movimiento. Realicen, organizados en parejas, una animación (ilustración en movimiento) de la mitosis tomando en cuenta los pasos siguientes:

1. Elaboren una serie de 20 dibujos que muestren la mitosis como una secuencia

continua. Pueden dividirse 10 dibujos cada uno y, a manera de coevaluación, entre ustedes corroborarán que los dibujos de su pareja tengan los elementos de forma correcta. 2. R ecorten sus dibujos y únanlos por el lado izquierdo. 3. A rmen con ellos un pequeño libro en el que al pasar rápidamente las hojas de atrás hacia delante se produzca la sensación de movimiento.

Reproducción asexual

La mitosis es la forma de reproducción de los organismos unicelulares. Por ejemplo, en una célula del tipo de las amibas, la reproducción consiste en que se duplica el material genético, se reparten los cromosomas y se forman dos células hijas idénticas. Como en este proceso no intervienen dos individuos sexuados, sino uno solo que se divide, este tipo de reproducción se llama asexual. Se piensa que en los seres vivos más primitivos esta fue la primera forma de reproducción. La reproducción asexual se lleva a cabo en distintos tipos de organismos y puede tener diferentes modalidades (figura 10): Fisión celular. Forma de reproducción asexual más común en los microorganismos; consiste en que la célula se divide y da lugar a dos células hijas idénticas. A este tipo de reproducción también se le conoce como bipartición. En el caso de las bacterias el proceso es muy sencillo y en condiciones propicias puede ocurrir cada 20 minutos. En las bacterias no hay membrana nuclear y hay un solo cromosoma, así que no se desarrollan las estructuras de la mitosis, como el huso mitótico y el áster. En organismos eucariontes, como algas, protozoarios y hongos, la fisión celular se lleva a cabo por medio de la mitosis. st-editorial.com

Bloque 1

Fisión celular

Esporulación

Gemación

Partenogénesis

Regeneración

Reproducción vegetativa

Figura 10. Ejemplos de especies, cada una con un tipo diferente de reproducción asexual.

Esporulación. Sucede principalmente en hongos, musgos y helechos. En este caso, de un individuo se producen muchas células llamadas esporas, las cuales son idénticas entre sí y resisten las condiciones adversas del medio ambiente debido a la cubierta dura que las protege. Las esporas pueden mantenerse en estado de vida latente por meses o años, viajar por el aire hasta llegar a un lugar propicio y entonces germinar y crecer. Gemación. Consiste en que de una célula o de un organismo sale un pequeño brote o yema, formado por células idénticas a las del progenitor. La yema crece, se desprende y da lugar a un nuevo individuo. Esto sucede en las levaduras, que son organismos unicelulares, y también en organismos pluricelulares como las esponjas y las hidras. Reproducción vegetativa. Algunas plantas se pueden reproducir por medio de la propagación de pequeñas partes de su cuerpo, como una hoja, un tallo o una raíz. Un ejemplo muy claro y bastante común es cuando a una papa le salen “ojitos” o brotes verdes. Si la plantamos, crecerá una nueva planta de papa, idéntica a la original. Los agricultores aprovechan esta capacidad y es así como desarrollan plantas como la vid (uvas), el aguacate y muchas otras, y logran tener todo un campo de cultivo cuyo origen es una sola planta. Partenogénesis. Forma muy especial de reproducción asexual. En este caso, un óvulo no fecundado se desarrolla como si fuera un cigoto y da lugar a un embrión, y luego a un individuo completo que será solo descendiente de la hembra que le dio origen. Se lleva a cabo en varios grupos de invertebrados como los nemátodos, en caracoles y en insectos como avispas y abejas; pero también puede suceder en animales más grandes como peces, anfibios y reptiles. Regeneración. En algunos organismos, los tejidos que los forman tienen alta capacidad de regeneración, de manera que si se fragmentan pueden regenerar un individuo completo a partir de cada fracción. Tal es el caso de algunas estrellas de mar, o de la planaria, que si se parten en dos o más fragmentos, pueden regenerarse por completo, y dar lugar a un nuevo organismo con cada uno de ellos. Sin embargo, debido a que esto sucede de manera accidental, no se le considera una forma de reproducción, sino una estrategia de supervivencia ante una adversidad.

La reproducción asexual como proceso que no favorece la variabilidad genética

La reproducción asexual es un proceso que se puede llevar a cabo con rapidez y da origen a una abundante descendencia sin necesidad de que el individuo busque pareja; sin embargo, trae consigo la desventaja de que no favorece la variabilidad genética, debido a que los descendientes son todos idénticos al progenitor. Esto es una limitante porque no permite la adaptación a las condiciones cambiantes del medio ambiente. En el proceso evolutivo, como veremos más adelante, surgió una opción que revolucionó el proceso de la vida que fue el de la reproducción sexual.

Glosario 30

Hidra. De la familia Hydridae, es un depredador de agua dulce que tiene forma cilíndrica, mide pocos milímetros y captura sus presas con sus tentáculos. st-editorial.com

Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico

Desarrolla competencias

actividad individual

Elabora un mapa conceptual en el que señales todos los tipos de reproducción asexual y su relación con los procesos de mitosis.

La biología en mi entorno Desarrolla una nueva planta mediante la reproducción vegetativa, a partir de una papa, un ajo, una hoja de violeta, un tallo de rosal o algún otro fragmento de planta que tú elijas. Trae la planta a la clase cuando ya se esté desarrollando.

Práctica de laboratorio El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en la práctica de laboratorio “Reproducción asexual” que se encuentra en la Sección final (p. 222).

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Tema 4

Tema 5

Mitosis y reproducción asexual

Meiosis y reproducción sexual

Asume el reto ¿Cuántos espermatozoides puede producir un ser humano?, ¿qué especies producen la mayor cantidad de espermatozoides? Averígualo antes de tu clase y comenta tu investigación con tus compañeros.

Como hemos visto, muchos organismos se reproducen de manera asexual. Esta es una forma rápida y efectiva para lograr una abundante descendencia. Sin embargo, en este caso todos los descendientes son idénticos a sus progenitores. En el transcurso de la evolución los organismos desarrollaron la reproducción sexual. Este tipo de reproducción proporciona ventajas que favorecen a la especie al combinar las características de ambos progenitores y así obtener un descendiente que pueda superarlos en cuanto a su adaptación al medio ambiente en que vive. Nosotros mismos somos el resultado de la unión de nuestra madre y nuestro padre, y nos parecemos a cada uno de ellos, pero somos únicos e irrepetibles y esa es una característica favorable tanto desde el punto de vista biológico como humano. Ahora veamos el proceso de reproducción sexual desde el punto de vista celular. La mayoría de nuestras células tienen dos juegos de cromosomas: uno que recibimos de nuestro padre y otro proveniente de nuestra madre, de manera que se dice que tenemos un número diploide de cromosomas, que se representa como 2n. Los cromosomas humanos se agrupan en parejas de cromosomas homólogos, que son similares en forma y función. 32

El único par de cromosomas que no siempre es homólogo en el ser humano es el par 23, que en los hombres está formado por el cromosoma XY, mientras que en las mujeres –que sí es homólogo– es el XX (figura 11). Las células sexuales, es decir, los óvulos y espermatozoides, son las únicas células de nuestro organismo que no tienen dos juegos de cromosomas, sino uno solo. ¿Te imaginas por qué? Imagina que un óvulo de 46 cromosomas se fusionara con un espermatozoide de 46 cromosomas, el hijo resultante tendría ¡92 cromosomas!; sería un mutante y seguramente no sobreviviría. Para que en el proceso de reproducción se mantenga el número de cromosomas correspondiente a la especie, es preciso que las células sexuales solo tengan la mitad de ese número, así, al fusionarse, dan lugar a un nuevo individuo en el cual se va a restituir la cantidad de cromosomas que caracteriza a su especie. Se dice que las células sexuales son haploides, por tener un solo juego de cromosomas, y se les representa como células n. En el ser humano el número diploide o 2n es de 46 cromosomas, y el número haploide, que corresponde a las células sexuales, es de 23. st-editorial.com

Identificas los tipos de reproducción celulaR y de los organismos, y su relación con el avance científico A

G 21

Y 23

Figura 11. En el cariotipo humano los cromosomas van de mayor a menor.

Desarrolla competencias

actividad individual

Completa el siguiente cuadro donde se indica el número haploide y diploide de cromosomas en diversas especies. Especie Rana Ratón Humano Perro Gorila Caballo Pato Mosca de la fruta Maíz Caña de azúcar Chícharo

Número de cromosomas Diploide Haploide 26 13 40 23 78 40 64 80 8 10 80 7

Cuando se forma un embrión, todas sus células son diploides. Las que serán células sexuales deben pasar por un proceso de división celular especial que reduce a la mitad su número de cromosomas. Este proceso se conoce como meiosis, ocurre generalmente dentro de los órganos reproductores del individuo, ya sea del sexo masculino o del femenino, y puede tratarse de una planta, un hongo o un animal. El proceso de meiosis se lleva a cabo en dos ciclos de reproducción parecidos a la mitosis (figuras 12 y 13): Profase I. La meiosis se inicia como cualquier división celular. Los cromosomas se empiezan a hacer visibles y la membrana nuclear empieza a desaparecer. Hasta aquí todo es similar a la mitosis; sin embargo, en el caso de la meiosis, los cromosomas homólogos se encuentran y se unen tan estrechamente que llegan a intercambiar fragmentos, es decir, genes. Los puntos de unión entre un cromosoma homólogo y otro se llaman quiasmas. st-editorial.com

Bloque 1

Después de ese momento de unión y recombinación, que se conoce como entrecruzamiento, los cromosomas se separan y llevan consigo nueva información genética (figura 14). Entonces se empiezan a formar las fibras del huso mitótico. Metafase I. En esta fase los cromosomas se alinean en el ecuador de la célula y se colocan sobre las fibras del huso. Anafase I. Los cromosomas emigran hacia los polos, pero esta vez, a diferencia de la mitosis, se mueven los cromosomas completos, de manera que cada uno de los miembros de la pareja de homólogos se separa. Telofase I. Se completa la división celular y se forman dos nuevas células, cada una con la mitad del número de cromosomas. Profase II. Casi inmediatamente se inicia la segunda división celular. Ahora cada una de las células hijas de la división anterior comienza esta segunda etapa. Desaparece de nuevo la membrana nuclear y se forman las fibras del huso. Metafase II. Se acomodan los cromosomas en el ecuador de la célula, sobre las fibras del huso. Anafase II. Los cromosomas se dividen por la mitad, de manera que cada cromátida emigra hacia un polo de la célula. Telofase II. Se completa la meiosis, restituyéndose la membrana nuclear y formándose así cuatro células hijas en total, las cuales son distintas entre sí, considerando el proceso de recombinación y la separación de cromosomas que ha habido durante el proceso.

n=2

Profase II Células con un cromosoma de cada par homólogo

Replicación del adn 2n = 4

Profase I Pares homólogos durante la sinapsis

Metafase II Los cromosomas se alinean en la placa de la metafase

Entrecruzamiento de cromosomas Metafase I Los pares homólogos se alinean en la placa de la metafase

n=2

Anafase II Los cromosomas hijos se mueven hacia los polos

Cinetocoro

Anafase I Los cromosomas homólogos se separan, atraídos hacia los polos opuestos por los microtúbulos de cinetocoro del huso mitótico Telofase II Desaparece el huso mitótico, se forman los núcleos y tiene lugar la citocinesis

Telofase I Las células hijas tienen un cromosoma de cada par homólogo

n=2 Intercinesis Los cromosomas todavía consisten en dos cromátidas

Figura 12. Meiosis I. 34

Células hijas La meiosis produce cuatro células hijas haploides n=2 n=2

Figura 13. Meiosis II. st-editorial.com

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De esta manera, se forman las células sexuales de organismos tanto vegetales como animales. Como puede observarse, la meiosis da lugar a células diferentes entre sí, de tal modo que se amplían las posibilidades en la variabilidad entre los hijos. Para el caso del ser humano, la meiosis produce más de 8 millones de posibles gametos diferentes en cuanto a la combinación de cromosomas maternos y paternos; por eso se dice que cada ser humano que nace es único e irrepetible. Desarrolla competencias

Figura 14. Proceso de entrecruzamiento. Se observa un quiasma en la segunda etapa.

actividad grupal

El grupo se dividirá en dos partes.

1. Los alumnos de una mitad, organizados en equipos de cuatro,

elaborarán maquetas o modelos donde representen la mitosis. La otra mitad, organizada en equipos de cuatro, elaborará modelos de la meiosis. 2. Para la producción de sus maquetas utilicen materiales novedosos como dulces, estambre, hilos o papel de colores. 3. Expliquen sus modelos señalando las similitudes y diferencias entre ambos procesos.

Reproducción sexual

¿En qué consiste la reproducción sexual?, ¿qué organismos se reproducen de esta manera? Lo que solemos responder es que los seres humanos y los animales domésticos, como perros y gatos, se reproducen de manera sexual. Sin embargo, estos solo son algunos ejemplos; también los peces, las plantas, los hongos, las aves, las tortugas, las algas y los insectos son organismos que se reproducen sexualmente. La reproducción sexual consiste en la unión de dos gametos –uno femenino y otro masculino– para formar un nuevo individuo con una combinación de características provenientes de ambos progenitores. Un gameto es una célula sexual –óvulo o espermatozoide– que tiene la mitad de la información genética de un organismo. Cuando dos células sexuales de un mismo organismo se unen se forma un cigoto, el cual dará origen primero a un embrión, luego al feto y posteriormente a un nuevo individuo con las características propias de su especie. Este individuo heredará caracteres tanto del padre como de la madre. La reproducción sexual es posible gracias al proceso de meiosis, mediante el cual se forman gametos que contienen la mitad de la información genética –es decir que son haploides (n)–, de manera que cuando se unen, suman sus cromosomas y restituyen el número diploide (2n) característico de la especie (figura 15). La gametogénesis es el nombre que se da en general al proceso de formación de gametos que aparece en la figura 16. Si esta da lugar a óvulos se llama ovogénesis, y si produce espermatozoides se llama espermatogénesis.

n Espermatozoide

Cigoto. Célula huevo que se forma por la unión de un óvulo y un espermatozoide. st-editorial.com

Óvulo

Cigoto

Figura 15. Tanto el espermatozoide como el óvulo son haploides, a diferencia del cigoto que es diploide.

Glosario 35

Bloque 1

Ovocito primario después de la duplicación del adn

Espermatocito primario después de la duplicación del adn

Primera división meiótica

Primer corpúsculo polar

Primera división meiótica

Espermatocitos secundarios Ovocito secundario

Espermátidas

Segunda división meiótica

Segunda división meiótica Óvulo maduro

El corpúsculo polar puede dividirse de nuevo

Segundo corpúsculo polar

Espermatozoides

Figura 16. Espermatogénesis (a) y ovogénesis (b).

Existen algunas diferencias entre estos dos procesos; si bien en ambos se lleva a cabo el proceso de meiosis antes descrito, hay algunos detalles que diferencian a la ovogénesis de la espermatogénesis. En la espermatogénesis se forman células muy pequeñas –cuatro a partir de un espermatocito primario–, y a estas se adiciona un flagelo que les permitirá moverse rápidamente para alcanzar a un óvulo. En el caso del óvulo, en cambio, se produce solo uno a partir de un ovocito primario muy grande, mientras que las otras tres células llamadas glóbulos polares son muy pequeñas y no funcionales. El proceso en el que se unen las células sexuales se conoce como fecundación. En los animales esta puede ser externa o interna.

Fecundación externa Figura 17. Los peces lanzan al agua sus gametos y allí son fecundados. 36

En la fecundación externa no hay contacto físico entre el macho y la hembra, y generalmente se lleva a cabo en el agua. Tanto el individuo del sexo masculino como el del femenino lanzan al agua sus gametos y allí se produce la fecundación. Este es el caso, por ejemplo, de muchos peces, ranas e invertebrados que viven en el st-editorial.com

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mar o en agua dulce (figura 17). Para que este proceso tenga éxito, es importante que el macho y la hembra se aseguren de sincronizar el momento en que liberan sus gametos y que produzcan un número considerable de huevos, ya que los embriones pueden ser devorados por otros animales. Un caso interesante de fecundación externa es el que se observa en los corales de la Gran Barrera Arrecifal de Australia, donde más de 100 especies diferentes de corales desovan anualmente, de manera sincronizada, pocos días después de la luna llena de primavera, produciéndose una reproducción masiva. En este caso, parece ser que el aumento de temperatura y el tiempo que dura el día y la noche influyen para disparar la liberación de las células sexuales de estos organismos invertebrados.

Fecundación interna

Este tipo de fecundación es característica de reptiles, aves, mamíferos, insectos y algunos peces. En este caso, el macho deposita dentro del cuerpo de la hembra los espermatozoides, con lo cual asegura la fecundación. Los machos pueden tener un órgano copulador –pene o estructura similar– que introduce los espermas, o bien puede ser que la fecundación se logre por la unión o superposición de cloacas, como es el caso de las aves en las que el macho carece de órgano copulador. La hembra puede producir uno o más óvulos y una vez formado el cigoto, este puede desarrollarse dentro o fuera del cuerpo de la madre (figura 18).

Figura 18. Las jirafas tienen reproducción sexual y las hembras presentan un periodo de gestación de 15 meses. Al finalizar, paren una cría de 1.7 a 2 metros de altura.

Desarrollo del embrión

De acuerdo con la forma en que se desarrollan sus crías, los organismos pueden ser: Ovíparos. Los huevos se desarrollan fuera del cuerpo de la madre. Ella puede hacerse cargo de cuidarlos, como es el caso de las aves que ponen nidos en los que depositan los huevos fecundados y los protegen del frío y de los depredadores, hasta que eclosionan, es decir, hasta que los polluelos rompen el cascarón; la madre se encarga de alimentarlos hasta que aprenden a hacerlo por sí solos. También hay especies, como las tortugas, en que las hembras simplemente entierran en la arena los huevos fecundados, se alejan de ellos y dejan que se desarrollen solos. Muchos peces, anfibios, insectos, reptiles y aves son ovíparos. Vivíparos. En estos casos el embrión se desarrolla dentro del cuerpo de la madre, donde recibe de ella los nutrientes que necesita para crecer. Cuando culmina el proceso de desarrollo, las crías nacen vivas; casi todos los mamíferos se desarrollan de esta manera. Los animales vivíparos, en general, producen un número limitado de crías, pero estas tienen altas posibilidades de sobrevivir porque se mantienen protegidas durante toda su etapa de desarrollo. Ovovivíparos. Algunos animales como tiburones, alacranes y varios tipos de serpientes son ovovivíparos. En estos casos, el embrión se desarrolla dentro de un huevo que se encuentra dentro del cuerpo de la madre, pero sin nutrirse de ella, sino de los nutrientes del huevo. Al término de su crecimiento las crías nacen. Marsupiales. Estos son un caso especial de desarrollo que se presenta en cierto tipo de mamíferos. Se trata de animales como los canguros y los koalas, los cuales tienen su primera etapa de formación dentro del cuerpo de la madre y luego, cuando apenas miden unos cuantos milímetros, salen por la vagina y se desplazan hasta llegar a una bolsa o marsupio que se encuentra en el exterior del cuerpo de la madre. Allí se completa su desarrollo. Cloaca. Zona ensanchada y dilatable del intestino de las aves y otros animales, en la que confluyen también los conductos genitales y urinarios. st-editorial.com

Glosario 37

Bloque 1

E l mundo que te rodea En el caso de los gemelos idénticos se rompe la regla de que cada ser humano es único, al menos genéticamente hablando. Los gemelos idénticos se forman cuando el óvulo fecundado o cigoto se divide por mitosis y luego se separan las células hijas; de cada una se forma un embrión que dará lugar a un individuo idéntico al otro. Se podría decir que un hermano gemelo es un clon natural del otro, ya que su información genética es exactamente igual. En el caso de los gemelos fraternos, se liberan dos óvulos que son fecundados cada uno por un espermatozoide diferente, de manera que se forman dos embriones distintos, que pueden ser hombre y mujer o bien del mismo sexo.

Hermafroditismo

Algunos animales pueden tener ambos sexos al mismo tiempo, producen tanto óvulos como espermatozoides. Es el caso de las lombrices de tierra, las esponjas, algunos nemátodos (gusanos microscópicos) y los moluscos. También se puede presentar en ciertos peces, ranas y sapos. En general, en estos animales no se produce una autofecundación, sino una fecundación cruzada, es decir, dos individuos se cruzan intercambiando sus gametos. Esto favorece la variabilidad en la especie, ya que, de lo contrario, los descendientes serían idénticos al organismo progenitor.

Reproducción sexual y meiosis como factores de variabilidad genética

La reproducción asexual es la más antigua desde el punto de vista evolutivo. Las bacterias y los primeros protistas se reproducían y daban lugar a descendientes idénticos a ellos. Este estilo de reproducción tiene la ventaja de que es sencillo, no requiere la búsqueda de pareja, es muy rápido y genera un enorme número de descendientes a partir de un solo individuo. Sin embargo, esto trae consigo una desventaja: los descendientes son siempre iguales a sus progenitores y si las condiciones ambientales llegaran a cambiar sería muy difícil adaptarse y sobrevivir. Por ejemplo, imagina que tienes un campo de plantas de uva, un viñedo; las plantas provienen de una misma planta madre y son genéticamente idénticas. Si llegara a atacarlas una enfermedad causada por cierto tipo de bacteria, todas serían igualmente susceptibles a ella y no habría posibilidades de supervivencia; en cambio, si hay variabilidad genética y todas se hubiesen desarrollado a partir de distintas semillas, cabría la posibilidad de que algunas tuvieran resistencia a la enfermedad y pudieran sobrevivir y transmitir dicha característica a sus descendientes. Así es como funciona la selección natural: mientras mayor variedad de individuos haya en una población determinada, mayores posibilidades habrá de que se adapten a los cambios que pudieran darse en el medio ambiente. Esa variedad se logra a través de la reproducción sexual, en la que los organismos intercambian su material genético y se recombinan. Como recordarás, hemos mencionado que el proceso de meiosis genera células diferentes en las que hay combinaciones diversas de genes, de esa manera, la meiosis favorece la evolución. Cabe mencionar que la variabilidad genética es tan importante, que en el caso de los organismos que tienen reproducción asexual existen algunos mecanismos que les han permitido tener cambios genéticos. Estos mecanismos son la mutación, y en algunos casos muy específicos los procesos de conjugación Glosario 38

Mutación. Cambio espontáneo o inducido que ocurre en la información genética, es decir, en el adn. st-editorial.com

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en los que los individuos intercambian material genético. Sin embargo, estos cambios se dan de manera azarosa, en un bajo porcentaje en las poblaciones. Por esta razón, podríamos decir que la meiosis y la reproducción sexual son el principal motor que mueve a la evolución. Observa a tus compañeros en clase: verás que algunos son más altos, otros más bajos, algunos son más corpulentos y otros más delgados; y si analizáramos su resistencia al frío, al calor o a las enfermedades, veríamos que hay entre todos una gran diversidad. Eso es lo que permite que una especie no se extinga (figura 19). Desarrolla competencias

actividad individual

Figura 19. La diversidad favorece la supervivencia de las especies.

1. C ita tres ejemplos de organismos de tu entorno en los que se puede observar la variabilidad genética.

2. T oma fotografías o elabora dibujos en los que señales las diferencias entre organismos de una misma especie. 3. A nota tus conclusiones acerca de la importancia de la variabilidad genética como factor que favorece la supervivencia de la especie.

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Bloque 1

Lee La clonación La clonación es el proceso científico mediante el cual se crea, a partir de una célula de un individuo, otro idéntico al anterior. Esto es posible porque mediante un proceso de reproducción artificial se aportan a partir de una sola célula los genes que determinan las características del nuevo individuo, a diferencia de lo que ocurre en la reproducción sexual, donde el individuo es resultado de un proceso de fecundación y de la aportación genética de una célula de la madre y una célula del padre. En griego, klon tiene el significado de “rama” o “brote”. Se ha de tener en cuenta que la clonación existe en la naturaleza de forma paralela a la reproducción sexual. […] El primer experimento de clonación en vertebrados –en este caso en ranas– lo realizaron los científicos Briggs y King en los primeros años de la década de los cincuenta. En los años noventa se

obtuvo la clonación de un mamífero. En 1996, el grupo de los científicos Wilmut y Campbell logró clonar dos ovejas, llamadas Megan y Mora, por transferencia de núcleos de embriones. También se ha descrito la producción de monos Rhesus. Uno de los mayores éxitos hasta la fecha corresponde al equipo del doctor lan Wilmut del Instituto Roslin de Edimburgo. En este trabajo se obtuvo una oveja por clonación a partir de una célula ya diferenciada de un adulto. El resultado fue la oveja Dolly. […] La clonación plantea diversas expectativas, además de problemas éticos, tanto en la sociedad como en la comunidad científica, donde existen sectores a favor de la utilización de estas técnicas y sectores en contra. En España, los científicos del Comité de Expertos sobre Bioética y Clonación prevén que hasta dentro de unos años

no será posible la aplicación de técnicas seguras de clonación, y descartan, por el momento, cualquier posibilidad de clonación de seres humanos; limitan el uso de estas técnicas al tratamiento y curación de enfermedades genéticas, a la creación de nuevos fármacos –gracias a los animales transgénicos– y a la realización de xenotrasplantes, es decir, trasplantes en el ser humano de órganos de animales con una dotación genética muy semejante, como es el caso del cerdo. Se ha discutido la irresponsabilidad que supondría la aplicación de estos métodos de clonación en seres humanos. En el caso de los animales, se ha planteado la posibilidad de la creación de poblaciones que, si bien pueden reportar a la humanidad productos de mayor calidad, serían completamente homogéneas y podrían extinguirse muy fácilmente ante una epidemia.

Fuente: www.portalplanetasedna.com.ar/clonacion.htm Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas. Comparte tu opinión con tus compañeros y escucha con respeto la de ellos.

1. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la clonación en plantas y animales? 2. ¿Cuál sería el riesgo de desarrollar animales o plantas clonados, considerando el aspecto antes mencionado de la variabilidad genética?

3. ¿Qué opinas de la posibilidad de que se llevara a cabo la clonación de seres humanos?

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Evaluación sumativa Heteroevaluación I. Responde las siguientes preguntas y al final entrega tus respuestas al profesor. 1. ¿En qué consiste el proceso de la mitosis?

2. ¿En qué fase del ciclo celular se duplica el material genético de la célula?

3. ¿En qué tipo de células se lleva a cabo la meiosis?

4. ¿Qué importancia tiene el entrecruzamiento que se lleva a cabo durante el proceso de meiosis?

5. ¿En qué organismos se lleva a cabo la espermatogénesis?

II. Elige el organismo que corresponde en cada caso. 1.

Con fecundación externa.

Con fecundación interna.

Se reproduce por fisión o bipartición.

Se reproduce por esporulación.

Se reproduce por gemación.

a. Hongo

b. Amiba

c. Insecto

d. Levadura

e. Rana

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Autoevaluación I. Completa el cuadro con las diferencias entre la mitosis y la meiosis. Mitosis

Meiosis

II. Resuelve lo que se solicita a continuación. 1. Explica la importancia de la reproducción en los seres vivos.

2. Señala ejemplos de células humanas en las que frecuentemente se realiza la mitosis.

3. Explica en qué consiste, a nivel celular, el proceso del cáncer.

4. Describe las diferencias entre la reproducción sexual y la asexual.

5. Explica por qué se afirma que la reproducción sexual favorece la variabilidad.

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Instrumentos de evaluación I. U tiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que alcanzaste en el estudio de este bloque. 3