Unidad B.4: Desarrollo humano y reproducción Biología 3 semanas de instrucción

Transcripción

1 Resumen de la Unidad: Conceptos transversales e ideas fundamentales: Integración de las ciencias, la ingeniería, la tecnología y la sociedad con la naturaleza: ETAPA 1 (Resultados esperados) En esta unidad, el estudiante obtiene una comprensión del desarrollo y la reproducción humana. Investiga la estructura y función de los procesos de desarrollo y los sistemas del cuerpo humano, crea modelos de los sistemas y describe la estructura y funcionamiento de la psicología, órganos y procesos relacionados al desarrollo y reproducción humanos. Causa y efecto Escala, proporción y cantidad Sistemas y modelos de sistemas Energía y materia Estructura y función Estabilidad y cambio Ética y valores en las ciencias El conocimiento científico se basa en evidencia empírica. El conocimiento científico sigue un orden natural y consistente. Los modelos, leyes, mecanismos y teorías científicas explican los fenómenos naturales. La Ciencia es una actividad intrínseca del ser humano. Las investigaciones científicas usan métodos variados. Preguntas Esenciales (PE) y Comprensión Duradera (CD) PE1 Cuál es el rol del ADN y ARN en el desarrollo? CD1 Los organismos multicelulares desarrollan una sola célula, para la cual el ADN determina el genotipo, establecido en el momento de la fertilización, y el fenotipo resultante. PE2 En qué forma las moléculas de ADN y sus réplicas pueden resultar en desórdenes médicos? CD2 Errores en la réplica, mutaciones y anormalidades cromosómicas pueden causar anormalidades fenotípicas. PE3 Cuál es el rol de la diferenciación celular en la producción y mantenimiento de los organismos complejos? CD3 Siguiendo a la fertilización, el cigoto se desarrolla mientras las células se proliferan y se diferencian para producir sistemas del cuerpo humano incluyendo el digestivo, circulatorio y el inmune, esquelético, muscular, nervioso, excretor, reproductivo, tegumentario, y endocrino. Objetivos de Transferencia (T) y Adquisición (A) T1. Al finalizar esta unidad, el estudiante podrá utilizar sus conocimientos sobre las complejidades del cuerpo humano para tomar decisiones informadas que le permitan mantener un cuerpo y un estilo de vida saludable. Página 1 de 13

2 El estudiante adquiere destrezas para... A1. Comprender como la estructura de las moléculas del ADN y sus réplicas pueden resultar en anormalidades genéticas. A2. Predecir los efectos de anormalidades cromosómicas. A3. Ilustrar la jerarquía organizacional y la interacción de los sistemas que realizan funciones específicas dentro de los organismos multicelulares. A4. Comparar y contrastar los sistemas reproductivos del cuerpo humano. A5. Comprender los roles de los sistemas excretor, reproductivo y endocrino del cuerpo humano. A6. Construir diagramas y modelos para representar los cambios de los embriones durante el desarrollo. A7. Comprender el rol de la diferenciación celular en la producción y el mantenimiento de organismos complejos. A8. Formular y defender una conclusión basándose en evidencia de que las variaciones genéticas y hereditarias pueden tener varias causas. Página 2 de 13

3 Estándar(es): Área de Dominio: Expectativa: Estructura y niveles de organización de la materia De moléculas a organismos: estructuras y procesos B.CB1: De moléculas a organismos: estructuras y procesos Los Estándares de Puerto Rico (PRCS) Estructura y función: Los sistemas de las células especializadas dentro de los organismos ayudan a desempeñar funciones esenciales para la vida. Toda célula contiene información genética en la molécula de ADN. Los genes son segmentos del ADN que contienen instrucciones que se codifican para la elaboración de proteínas, las cuales desempeñan la mayor parte del trabajo de las células. Los organismos multicelulares tienen una organización estructural de jerarquía en donde cada sistema está formado de numerosas partes y es en sí un componente del próximo nivel. Organización del flujo de la materia y energía en organismos: El proceso de fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química almacenada al convertir dióxido de carbono y agua en azúcares y liberar oxígeno. Las moléculas de azúcar contienen carbono, hidrogeno y oxígeno: sus estructuras de hidratos de carbono se utilizan para hacer aminoácidos y otras moléculas de carbono que pueden unirse para formar moléculas más complejas (como proteínas o ADN) que se utilizan, por ejemplo, para formar nuevas células. Mientras la materia y la energía fluyen por diferentes niveles de organización en los sistemas vivientes, los elementos químicos se recombinan de diferentes maneras para formar diferentes productos. Como resultado de estas reacciones químicas, la energía se transfiere de un sistema de moléculas a otro. La respiración celular es un proceso químico en el cual el enlace de las moléculas de alimento y las moléculas de oxígeno se rompen y se forman nuevos compuestos que transportan energía a los músculos. La respiración celular también libera energía que es necesaria para mantener la temperatura corporal a pesar de la transferencia de energía al ambiente que esté en su entorno. Ciclos de materia y transferencia de energía en ecosistemas: Los procesos de fotosíntesis y la respiración celular (incluyendo los procesos anaeróbicos) proveen la mayoría de la energía para la vida. Las plantas y las algas conforman el nivel más bajo de la cadena alimentaria. En cada nivel de ascenso en la cadena alimentaria, solamente una pequeña fracción de la materia consumida en el nivel anterior es transferida a la siguiente para producir el crecimiento y liberar energía a niveles más altos de respiración celular. Dada esta ineficiencia, hay muy pocos organismos en niveles más altos de la cadena alimentaria. En cada cadena de un ecosistema, la materia y la energía se conservan. La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo de carbono, en donde el carbono, se intercambia en la biosfera, la atmósfera, los océanos y la geosfera mediante procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Desarrollo y crecimiento de organismos: En los organismos multicelulares, las células individuales crecen y se dividen por medio de la mitosis, lo que conlleva que el organismo crezca. Los organismos comienzan como una sola célula (un huevo fertilizado) que se divide sucesivamente para producir muchas células; cada célula madre pasa material genético idéntico (dos variantes de un par de cromosomas) a ambas células hijas. La división celular y la diferenciación producen y mantienen un organismo complejo, compuesto de sistemas de tejidos y órganos que trabajan en conjunto para satisfacer las necesidades de todo el organismo. Estándar(es): Área de Dominio: Expectativa: Conservación y cambio Herencia y variaciones en las características B.CB3: Herencia y variaciones en las características Estructura y función: Toda célula contiene información codificada en las moléculas de ADN. Los genes son segmentos del ADN que contienen instrucciones que se codifican para la elaboración de proteínas. Herencia de características: Cada cromosoma consiste de una molécula de ADN simple y muy larga, y cada gen en el cromosoma es un segmento particular de ese ADN. Las instrucciones para formar las características de las especies están en el ADN. Toda célula en un organismo tiene el mismo contenido genético, pero los genes utilizados (que se expresan) por la célula pueden ser regulados de diferentes maneras. No todos los códigos de ADN son de proteínas; algunos segmentos de ADN tienen una función estructural regulada, y otros segmentos no tienen una función determinada aun. Variación de características: En la reproducción sexual, los cromosomas pueden a veces intercambiar secciones en el proceso de meiosis (división celular), por medio de la cual se origina una nueva Página 3 de 13

4 combinación genética creando más variación. Aunque la replicación del ADN es regulada e increíblemente precisa, a veces ocurren errores que resultan en mutaciones, las cuales son también, un tipo de variación genética. Los factores ambientales pueden causar mutaciones en los genes, y las mutaciones viables son hereditarias. Los factores ambientales pueden de igual manera afectar la expresión de características, lo cual afecta la probabilidad de aparición de las características en la población. De este modo, la variación y distribución de características que se observan dependen tanto de factores ambientales como de la genética. Estándar(es): Área de Dominio: Expectativa: Diseño para ingeniería Diseño para ingeniería B.IT1: Diseño para ingeniería Definir y delimitar problemas de ingeniería: Las especificaciones y limitaciones también incluyen el satisfacer los requerimientos establecidos por la sociedad, como tomar en cuenta la reducción de riesgos, así como se deben cuantificar en la medida en que sea posible y planteados de manera que se pueda determinar si un diseño cumple con ellos. La humanidad se enfrenta a grandes retos globales en la actualidad, como la necesidad de reservas de agua limpia y alimento, o de fuentes de energía que minimicen la contaminación; retos que pueden atenderse a través de la ingeniería. Estos retos globales también se pueden manifestar en comunidades locales. Desarrollar posibles soluciones: Cuando se evalúan soluciones, es importante considerar un conjunto de aspectos, como la seguridad, confiabilidad y estética, y también los impactos sociales, culturales, y ambientales. Tanto los modelos físicos como las computadoras se pueden usar de varias maneras para ayudar en el proceso de diseño para la ingeniería. Las computadoras resultan útiles para muchos propósitos, como hacer simulaciones para probar distintas soluciones posibles a un problema, para determinar cuál de estas es más eficiente o económica, o para hacer una presentación persuasiva a un cliente acerca de cómo un diseño puede satisfacer sus necesidades. Optimizar la solución de diseño: Puede que los criterios requieran ser simplificados para un acercamiento sistemático y que se necesite tomar decisiones acerca de la prioridad de algunos criterios sobre otros (intercambios). Indicadores: Conservación y cambio ES.B.CB3.CC.1 ES.B.CB3.CC.3 ES.B.CB3.CC.4 Formula y defiende una afirmación basada en evidencia, de que las variaciones genéticas y hereditarias pueden resultar de: (1) nueva combinación genética mediante el proceso de meiosis, (2) errores viables pueden ocurrir durante la replicación del ADN y/o (3) las mutaciones a causa de los factores ambientales. El énfasis está en el uso de datos para apoyar argumentos sobre las diferentes formas en que pueden ocurrir las mutaciones. Reconoce y explica que los organismos multicelulares se desarrollan a partir de un simple cigoto y que el fenotipo resultante dependerá del genotipo que fue establecido al momento de la fertilización. Explica la importancia de la continuidad de la vida a través de la acción de los genes, los patrones hereditarios, la reproducción en los organismos y la reproducción de las células. Estructura y niveles de organización de la materia ES.B.CB1.EM.2 ES.B.CB1.EM.4 Analiza la estructura de las moléculas de ADN y de ARN, y su replicación por medio de modelos tridimensionales. Utiliza un modelo para ilustrar la organización jerárquica y la interacción de los sistemas que realizan funciones específicas dentro de los organismos multicelulares. Debe incluir los sistemas del cuerpo humano tales como: los sistemas digestivo, circulatorio e inmunológico, esqueletal, muscular, nervioso, excretor, reproductor, tegumentario, endocrino. Página 4 de 13

5 ES.B.CB1.EM.7 Diseño para ingeniería ES.B.IT1.IT.3 Procesos y destrezas (PD): PD1 PD2 PD3 PD7 Construye diagramas y modelos para representar los cambios que ocurren durante las fases de la división celular y la diferenciación celular al producir y mantener organismos complejos. Evalúa una solución a un problema real y complejo a base de criterios como costo, beneficio, seguridad, confiabilidad y consideraciones estéticas, así como posibles impactos sociales, culturales y ambientales. Formula preguntas y define problemas: El estudiante formula, refina y evalúa preguntas que pueden probarse empíricamente y diseña problemas usando modelos y simulaciones. Analiza problemas complejos de la vida real especificando las limitaciones y criterios para soluciones exitosas. Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza, sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar las relaciones entre los sistemas y sus componentes. Desarrolla un modelo a base de evidencias para ilustrar estas relaciones. Planifica y lleva a cabo experimentos e investigaciones: El estudiante planifica y lleva a cabo experimentos e investigaciones que proveen evidencia y ponen a prueba modelos conceptuales, matemáticos, físicos y empíricos. Se planifican y llevan a cabo investigaciones de forma individual y colaborativa, para obtener datos que sirven de evidencia. Al diseñar la investigación, se decide el tipo, la cantidad y la precisión que son necesarias en los datos para obtener resultados confiables y considerar las limitaciones sobre la precisión de los datos. Expone argumentos a partir de evidencia confiable: El estudiante utiliza evidencia apropiada y razonamiento científico para defender y criticar afirmaciones y explicaciones sobre el mundo que nos rodea. Los argumentos pueden ser de episodios históricos en la Ciencia o actuales. El estudiante construye un argumento o un contra-argumento oral o escrito a base de datos y evidencias. Página 5 de 13

6 Alineación de Objetivos de Aprendizaje PRCS: ES.B.CB1.EM.2 ES.B.CB3.CC.3 PD: PD1 PD3 PD7 PE/CD: PE1/CD1 PE2/CD2 T/A: A1 A7 A8 ETAPA 1 (Resultados esperados) ETAPA 2 (Evidencia de assessment) ETAPA 3 (Plan de aprendizaje) Enfoque de Contenido (El estudiante ) Predice cómo la replicación del ADN puede resultar en anormalidades cromosómicas. Discrimina entre anormalidades cromosómicas diferentes. Vocabulario de Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia ADN Anormalidad cromosómica Cariotipo Duplicación Eliminación Genotipo Inversión Isocromosoma Mutación Síndrome de Turner Síndrome Klinefelter Síndrome triple-x Síndrome xyy Translocación Assessment Integrado B.2 Antes de terminar esta unidad, usted debe administrar el segundo assessment integrado a los estudiantes (ver anejo Assessment Integrado B.2 ). Trastornos cromosómicos sexuales El estudiante investigará trastornos bien documentados sobre cromosomas sexuales, incluyendo el síndrome de Turner, síndrome Triple-X, síndrome Klinefelter y el síndrome XYY mediante la creación de una tabla comparando los genotipos y síndromes de diferentes trastornos cromosómicos sexuales. El estudiante analiza el pareo de sus predicciones de los síntomas de trastornos cromosómicos sexuales con las observaciones médicas por medio de la investigación. Construcción de un cariotipo El estudiante construirá un cariotipo tomando en consideración los diferentes trastornos sobre cromosomas sexuales. Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección Describiendo mutaciones El efecto de cromosomas anormales X y Y El estudiante escribirá una descripción breve de los distintos tipos de mutaciones cromosómicas incluyendo eliminación, translocación, inversión, duplicación e isocromosoma. El maestro pide a los estudiantes que primeramente predigan las acciones de los cromosomas X y Y (sexo). En esta actividad, los estudiantes investigarán desórdenes de genoma para determinar sus efectos en género. Primero, los estudiantes Diferenciando mutaciones predecirán los efectos del desorden El estudiante dibujará un mapa conceptual mostrando cómo una mutación cromosómica se diferencia de otros tipos de mutaciones del ADN (tales como cromosómico X y Y, y escribirán en sus cuadernos sus predicciones de los síntomas esperados en el caso de varias combinaciones de genotipos anormales. mutaciones de punto o puntuales). Luego los estudiantes trabajan en grupos pequeños, y compararán notas para refinar sus predicciones, en cada caso escriben el complemento cromosómico. Los grupos investigarán trastornos genéticos bien documentados, incluyendo el síndrome Turner, síndrome Triple-X, síndrome Klinefelter y el síndrome XYY. Cada grupo creará una tabla comparando genotipos y síndromes. Para evaluación, cada grupo presentará sus hallazgos a la clase con un análisis de que tan cerca Página 6 de 13

7 estuvieron sus predicciones con respecto a lo que investigaron o encontraron. Página 7 de 13

8 Alineación de Objetivos de Aprendizaje PRCS: ES.B.CB1.EM.4 ES.B.CB1.EM.7 PD: PD2 PD7 PE/CD: PE1/CD1 PE2/CD2 PE3/CD3 T/A: A3 A4 A5 A6 ETAPA 1 (Resultados esperados) ETAPA 2 (Evidencia de assessment) ETAPA 3 (Plan de aprendizaje) Enfoque de Contenido (El estudiante ) Comprende los roles y las interacciones de los sistemas excretor, reproductivo y endocrino del cuerpo humano. Examina el sistema reproductivo masculino y femenino, incluyendo su desarrollo biológico durante la gestación. Vocabulario de Contenido Adolescente Ciclo menstrual Fertilización Gametos Gestación Sistema endocrino Sistema reproductivo Tareas de desempeño Características de una fase del desarrollo humano El estudiante creará una lista de características para una fase del desarrollo humano, usando la pizarra o un póster de papel para compartirlo con la clase. Otra evidencia El ciclo menstrual y la fertilización Investigando problemas El estudiante usará un organizador gráfico para comparar el ciclo menstrual y el ciclo de fertilización de los humanos y caballos, incluyendo la formación de los gametos El estudiante investigará y hará un informe oral de cómo la menopausia puede causar desequilibrios hormonales en la mujer. femeninos en el embrión, y el Ilustrando conceptos control de la liberación de los huevos de femeninos por el sistema endocrino. El estudiante creará afiches del ciclo menstrual y el de fertilización. El estudiante investigará y dibujará un mapa conceptual de cómo las Sistemas reproductivos masculino y femenino hormonas en las píldoras anticonceptivas previenen el El estudiante creará un diagrama de Venn comparando los sistemas reproductivos masculino y femenino, incluyendo su desarrollo biológico durante la gestación. embarazo. Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección Sistemas del cuerpo humano Los estudiantes crearán diagramas de sistemas excretor, reproductivo y endocrino del cuerpo humano e incluirán la rotulación apropiada para cada órgano del sistema. Incluirán también una descripción de 1-2 oraciones de su función, mostrando como cada sistema se relaciona con la reproducción y desarrollo humano. Sistemas reproductivos masculino y femenino Presente a los estudiantes una variedad de distintos diagramas y texto con descripciones de los sistemas reproductivos masculino y femenino. Fases del desarrollo humano Divida la clase en seis grupos y asígneles una de las siguientes fases de desarrollo humano: recién nacido (edades 0 1 mes); infante (edades 1 mes 1 año); niño pequeño (edades 1 3 años); niño en edad preescolar (edades 4 6 años); niño en edad escolar (edades 6 13 años); adolescente (edades 13-20). Cada grupo creará una lista de Página 8 de 13

9 características para la fase que se le ha asignado y usarán una pizarra o un póster de papel para compartir con la clase. Mientras ellos presentan, otros estudiantes tomarán notas en sus cuadernos. Página 9 de 13

10 Alineación de Objetivos de Aprendizaje PRCS: ES.B.CB3.CC.1 ES.B.CB3.CC.4 ES.B.IT1.IT.3 PD: PD1 PD2 PD7 PE/CD: PE1/CD1 PE2/CD2 T/A: A1 A2 A8 ETAPA 1 (Resultados esperados) ETAPA 2 (Evidencia de assessment) ETAPA 3 (Plan de aprendizaje) Enfoque de Contenido (El estudiante ) Comprende que la mutación puede surgir espontáneamente y luego pasarse (heredada) como un error viable. Comprende que las variaciones genéticas y hereditarias pueden resultar de combinaciones genéticas nuevas a través de meiosis. Vocabulario de Contenido Árbol familiar Coagulación Enfermedad heredada Error viable Hemofilia Mutación Pedigree Tareas de desempeño La coagulación y la hemofilia El estudiante escribirá sus observaciones de lo que sucede cuando alguien se corta, incluyendo el proceso de coagulación sanguínea. El estudiante investigará los orígenes genéticos de la hemofilia, incluyendo la relación entre enfermedades mutantes o heredadas. Otra evidencia Ilustrando procesos El estudiante creará un diagrama de flujo mostrando el proceso de coagulación. Relacionando a la vida real El estudiante creará un árbol familiar de su propia familia, incluyendo cualquier rasgo inusual heredado (tal como daltonismo). Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección Las bases genéticas de la hemofilia Inicie preguntando a los estudiantes si alguna vez se han cortado accidentalmente. De memoria, los estudiantes escribirán sus observaciones de lo que sucedió, incluyendo el proceso de coagulación. Explique que una enfermedad genética llamada hemofilia causa que la sangre coagule muy lentamente, así que una cortadura aunque sea pequeña es muy peligrosa. En esta actividad, los estudiantes investigarán los orígenes genéticos de la hemofilia, incluyendo la relación entre los trastornos de mutaciones o heredados. Los estudiantes deben comprender que una mutación puede surgir espontáneamente y luego heredarse como un error viable. Crearán el árbol familiar de la Reina Victoria para mostrar como la hemofilia surgió por primera vez y luego fue heredada. Luego crearán una tabla para mostrar que tipos de mutaciones toman lugar con el fin de causar distintos tipos de hemofilia (A and B). Los estudiantes escribirán Página 10 de 13

11 sobre las soluciones de tratamiento de pacientes con hemofilia. Página 11 de 13

12 Alineación de Objetivos de Aprendizaje PRCS: ES.B.CB3.CC.3 PD: PD2 PE/CD: PE3/CD3 T/A: A6 ETAPA 1 (Resultados esperados) ETAPA 2 (Evidencia de assessment) ETAPA 3 (Plan de aprendizaje) Enfoque de Contenido (El estudiante ) Explica el desarrollo de organismos multicelulares a partir de un simple cigoto. Identifica que el fenotipo resultante depende del genotipo establecido en el momento de la fertilización. Vocabulario de Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia Apoptosis Diferenciación Embriogénesis Embrión Espermatozoide Óvulo Peso al nacer El desarrollo humano Evaluando contenido Los estudiantes describirán los cambios en el cigoto durante la primera semana después de la fertilización. El estudiante verá el documental de NOVA Life's Greatest Miracle (el mayor milagro de la vida) y participará en una discusión en En un mapa conceptual, resumirán los cambios principales que se producen durante cada trimestre del desarrollo humano. clase respecto al contenido del video. Por último, determinarán la fecha de vencimiento de un bebé si el óvulo se fertiliza el 1 de enero de Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección Embriogénesis Empiece preguntando a los estudiantes si ellos saben su peso al nacer. Un peso típico al nacer es alrededor de 7 libras. Luego pregúnteles como ellos empezaron su vida. Use las respuestas como guía para entrar en discusión sobre la formación del embrión a partir de dos células reproductivas especializadas, óvulo y espermatozoide Los estudiantes crearán un diagrama de flujo del proceso de desarrollo humano incluyendo evidencia de cómo el ADN nuclear determina características del embrión tales como género, desarrollo de órganos y miembros a través de la diferenciación celular y el apoptosis. Página 12 de 13

13 Robin Cook o Chromosome 6 Matt Ridley o Genome James D. Watson o DNA: The secret life Marta Tesone o Reproducción Humana ETAPA 3 (Plan de aprendizaje) Conexiones a la literatura sugeridas Recursos adicionales Planes de lección sobre la biología: La reproducción humana: La reproducción humana: La reproducción humana: Actividades interactivas sobre la reproducción humana: Anormalidades del cromosoma sexual: Hemofilia: Página 13 de 13