Introducción a la Biología y habilidades del pensamiento científico

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1 SUBSECTOR : Biología PROFESOR : Iris Gaete - Carolina Oteíza NIVEL : Primer Año Medio AÑO : 2017 UNIDAD : Estructura y función de la célula. SEMESTRE : Primero GUÍA Nº 1 Introducción a la Biología y habilidades del pensamiento científico Nombre: Curso: Fecha: La Biología es la Ciencia que describe, explica y predice los fenómenos relacionados con la vida. Decimos que su objeto de estudio es lo vivo. La forma en que esta disciplina conoce su objeto, constituye su método, siendo éste, una metodología aplicada por el científico, que debe ser clara, objetiva y reproducible por otros experimentadores, que permita establecer una explicación satisfactoria y convincente a dichos fenómenos, basada en resultados experimentales. A esta se le denomina Método Científico. Pensamiento Científico Etapas del método científico 1. Plantear un problema a partir de observaciones 2. Formular una hipótesis 3. Diseñar un experimento 4. Obtener los resultados 5. Interpretar los resultados 6. Elaborar las conclusiones Qué es un problema de investigación? Un problema de investigación es una pregunta que se plantea al investigador o la investigadora luego de observar e identificar las variables involucradas en el fenómeno. Pasos para plantear un problema de investigación Paso 1: observar el fenómeno que se desea estudiar. Paso 2: identificar las variables involucradas. Paso 3: relacionar las variables en una pregunta. Todo ser vivo se puede distinguir porque posee características que le permiten cumplir funciones esenciales para su existencia, tales como la capacidad de crecer y desarrollarse, de interaccionar con su entorno, de reproducirse, entre otras. Un grupo de médicos está analizando los cambios que ocurren en algunos órganos de una persona sana antes, durante y después de comer. Este estudio tiene por finalidad comprobar si existe alguna relación entre dos sistemas de nuestro organismo, lo que les permitirá conocer mejor el funcionamiento del cuerpo humano e indicar un tratamiento para aquellas personas que posean algún trastorno. El equipo médico, después de haber estudiado la situación, registró los resultados en la siguiente tabla. Lo que ocurre Antes de alimentarse Durante la alimentación Después de alimentarse Movimiento del estómago NO SÍ SÍ Movimiento del intestino NO SÍ SÍ Producción de jugos gástricos NO SÍ SÍ Nutrientes circulando en la sangre NO SÍ SÍ Observaciones Cuáles son observaciones que se desprenden de la tabla? Revisémoslas juntos. La tabla muestra que antes de alimentarse, ni el estómago no el intestino presentan actividad o movimiento. Tampoco hay producción de jugos gástricos ni nutrientes circulando en la sangre. 1

2 Durante la alimentación se observa que hay actividad en el estómago, en el intestino y que se están produciendo jugos gástricos. No hay presencia de nutrientes en la sangre. Después de alimentarse hay movimientos en el estómago e intestino, producción de jugos gástricos y nutrientes circulando en la sangre. Cuál es la finalidad de analizar las observaciones? Con ellas es posible identificar las variables que están involucradas con el fenómeno observado. Para qué? Para relacionarlas en una pregunta, dando origen a un problema de investigación. A partir del análisis realizado, el grupo de médicos ha planteado un problema de investigación, cuál ha sido? Escoge la opción correcta: Problema 1 Cómo funciona el organismo cuando una persona se alimenta? Problema 2 Qué sistemas aumentan su actividad en el organismo cuando una persona se alimenta? 1 Cuál pudo haber sido la hipótesis propuesta por el grupo de médicos? Te invitamos a completar los espacios en blanco para que descubras la hipótesis correcta. Cuando una persona se alimenta, los principales sistemas que se activan son los sistemas.. y. 2 Ahora que has identificado el problema por resolver y la hipótesis planteada por el grupo de médicos, cuáles son las variables involucradas? Anótalas a continuación. Variable dependiente:.... Variable independiente:... 3 Según los datos que entrega la tabla, existe alguna relación entre los sistemas estudiados? Por qué? 4 Qué función vital cumplen los sistemas en estudio en el ser humano? 5 Qué otros sistemas crees tú que podrían estar involucrados en esta función vital? 6 Imagina ahora una mesa de metal, Qué semejanzas y qué diferencias tiene con un ser vivo como el ser humano? Completa la tabla después de analizar esto en función de las características que se vinculan a un ser vivo. Semejanzas Diferencias 7 Qué conclusión se puede extraer del análisis que realizó el grupo de médicos?.. 8 Puedes responder ahora el problema de investigación? Es correcta la hipótesis que se planteó? Explica y fundamenta tu respuesta..... (Fuente: Editorial SM) Propiedades de los seres vivos: 2

3 Todos se componen de células Homeostasis: mantención de las condiciones internas dentro de ciertos márgenes estrechos de variación. Crecimiento y desarrollo: los seres vivos crecen por el aumento de su masa de materia viva, aumentando el tamaño de sus células o el número de ellas. Se desarrollan, al experimentar una serie de cambios típicos a lo largo de su vida. Metabolismo: Los seres vivos necesitan un aporte constante de energía mediante este proceso, que es el conjunto de transformaciones fisicoquímicas o biológicas que ocurren dentro del organismo cuya finalidad es obtener energía y sintetizar (fabricar) o transformar moléculas necesarias para los distintos procesos orgánicos. La reacciones metabólicas se pueden dividir en: - Anabólicas: Síntesis de moléculas complejas a partir de otros simples. Estas reacciones se realizan con gasto energético (Endergónicas). Ejemplo: Fotosíntesis y Síntesis de proteínas. - Catabolismo: Degradación de moléculas complejas a otras moléculas más simples. Son reacciones que liberan energía (Exergónicas). Ejemplo: Respiración Celular. Irritabilidad: Es la capacidad de responder frente a un estímulo (cambio) externo e interno. Reproducción: Generación de nuevos seres vivos. Esto involucra mecanismos por los cuales traspasan a sus descendientes el material hereditario. Adaptación: Capacidad de los seres vivos de estar en armonía con el medio ambiente. Son capaces de modificar su estructura, funcionamiento y comportamiento de acuerdo a las condiciones de un ambiente determinado. Movimiento: Desplazamiento de los animales y movimiento en plantas, hongos y en organismos unicelulares. Evolución: Se refiere a todos los cambios que han originado la diversidad de los seres vivientes en la Tierra, desde sus orígenes hasta el presente. Capítulo 1: Niveles de Organización de la Materia La materia se encuentra organizada en diferentes estructuras, desde las más pequeñas hasta las más grandes, desde las más complejas hasta las más simples. Esta organización determina niveles que facilitan la comprensión de nuestro objeto de estudio: la vida. Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores. Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos (Hidrógeno y Oxígeno). De la misma manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y diferentes de las de sus células constitutivas. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, es nada menos que la vida y constituye el primer nivel de la materia viva. La interacción entre los componentes de un nivel de organización determina sus propiedades. Así, desde el primer nivel de organización con el cual los biólogos habitualmente se relacionan, el nivel subatómico hasta el nivel de la biosfera, se producen interacciones permanentes. Durante un largo espacio de tiempo estas interacciones dieron lugar al cambio evolutivo. En una escala de tiempo más corta, estas interacciones determinan la organización de la materia viva. 1.- Nivel Atómico: Elementos químicos que constituyen la materia. Ejemplo: Carbono (C), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Hidrógeno (H) 2.- Nivel Molecular: Constituido por moléculas, orgánicas (monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos, nucleótidos) e inorgánicas (agua y sales minerales) 3.- Nivel Macromolecular: Unión de moléculas orgánicas (monómeros) para formar cadenas de polímeros como Carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. 4.- Nivel de Organelos o Complejos de Macromoléculas: Constituyentes celulares con funciones específicas, como: membrana celular, mitocondrias, cloroplastos, etc. 3

4 5.- Nivel celular (1era Unidad Operacional): Primer nivel autónomo de la materia viva. La célula es la base común de construcción de todos los seres vivos; algunos están constituidos por una sólo célula y se denominan Unicelulares, y otros por muchas células y son los Multi o Pluricelulares. Las células se dividen en 2 grandes tipos: Procariontes: Células que carecen de una membrana nuclear que delimite y encierre el material hereditario y de organelos citoplasmáticos. Eucariontes: Células con un núcleo organizado delimitado por una membrana nuclear y con organelos citoplasmáticos. 6.- Nivel Tisular o Tejidos: Unión de células con forma y función similar. Ejemplo: Tejido nervioso, muscular, conectivo, epitelial, etc. 7.- Nivel de Órgano: Diferentes tejidos pueden constituir órganos con una función determinada. Ejemplo: Riñón, Pulmón, Corazón, etc. 8.- Nivel de Sistema: Conjunto de órganos con una función específica. Ejemplo: Sistema circulatorio, Sistema digestivo, etc. 9.- Nivel de Organismo Pluricelular o Individuo (2da unidad Operacional): Conjunto de sistemas y órganos que funcionan coordinadamente y no en forma separada, dando lugar a un organismo viviente. Ejemplo: Jirafa, Perro, Hombre, entre otros Nivel Poblacional: Conjunto de organismos similares que viven en un espacio determinado. Ejemplo: Población de Jirafas de África en el 2009, población de Talcahuano Nivel Especie: Poblaciones de organismos que en el ambiente natural pueden reconocerse como semejantes y reproducirse, dando origen a descendencia fértil. 4

5 12.- Nivel de Comunidad: Conjunto de organismos distintos que habitan un ambiente común y que se encuentran en interacción recíproca. Esa interacción regula el número de individuos de cada población, el número y tipo de especies existentes en la comunidad. (Conjunto de poblaciones que interactúan entre sí) 13.- Nivel de ecosistema (3era Unidad Operativa): Es la suma de la comunidad más su medio ambiente. Esta organización biológica, está constituido por todos los organismos que componen esa unidad (componente biótico) y el ambiente en el que viven (componente abiótico). Estos componentes interactúan de diversas maneras. Ejemplo: En el ecosistema de la sabana africana, por ejemplo, se pueden encontrar los tres niveles tróficos habitualmente presentes en los ecosistemas: los productores, en este caso, acacias y gramíneas; los consumidores primarios, jirafas, y los consumidores secundarios, leones; y los descomponedores que degradan la materia orgánica hasta sus componentes primarios inorgánicos Biomas: La superficie de la Tierra se puede dividir en diferentes biomas. Los biomas son áreas geográficas que se diferencian por su vegetación característica. Un bioma es una clase o una categoría, no un lugar. Cuando hablamos del bioma de la sabana, por ejemplo, no estamos hablando de una zona geográfica determinada, sino de todas las sabanas del planeta. Por ejemplo, los límites no son tan definidos como los muestran los mapas, ni tampoco es fácil clasificar con criterios semejantes a todas las áreas del mundo. Sin embargo, el concepto de bioma enfatiza una verdad importante: donde el clima es el mismo, los organismos también son muy similares, aunque no estén genéticamente relacionados Biosfera: Todos los organismos que habitan la Tierra constituyen la biosfera. La biosfera es la parte de la Tierra en la que existe vida; es sólo una delgada película de la superficie de nuestro planeta. Cada nuevo nivel de organización no constituye simplemente la agrupación de los componentes del nivel anterior, sino que presenta propiedades nuevas, variadas y diferentes de las de cada uno de sus componentes. La cantidad, la proporción y el modo de combinarse de los componentes determinan las propiedades del nuevo nivel de organización. Las moléculas, por ejemplo, son estructuras sin vida, que al organizarse, pueden dar origen a una célula, en que la vida aparece como una característica nueva y distinta. 5

6 Actividad 1: Responde: 1. Tanto el aire, que es una mezcla de gases, como los seres vivos están formados por átomos y moléculas. Cómo explicarías, entonces, el hecho de que el Aire no tenga vida y un ser vivo sí la tenga? 2. Completa el siguiente esquema. Señalando el nivel de la organización que pertenecen, características de cada una y si se clasifica en materia viva o no viva (inanimada): Clasificación biológica El conjunto de organismos y microorganismos que habitan en la Tierra forman la biosfera, compuesta por un elevado número de seres vivos. Debido a la enorme diversidad en cuanto a formas de vida se refiere, es preciso establecer una clasificación que los agrupe de acuerdo a su evolución, diferencias y semejanzas. Las primeras clasificaciones establecidas en los seres vivos fueron empíricas, basadas en la utilidad que el hombre obtenía de vegetales y animales y no en sus semejanzas físicas. El primero en clasificar a los seres vivos en vegetales y animales fue el filósofo Aristóteles. En la medida que los biólogos descubrían mayor cantidad de organismos vivos, los clasificaban en útiles y peligrosos, a los vegetales en hierbas, arbustos y árboles y a los animales en 6

7 domésticos y salvajes. El científico sueco Carl von Lineo ( ) fue quien estableció las bases de la taxonomía moderna. La taxonomía es una rama de las Ciencias Biológicas que se encarga de clasificar a los seres vivos. Linneo agrupó a todos los organismos en categorías taxonómicas de distintos niveles de jerarquía, de acuerdo a sus características comunes. Las categorías las ordenó de lo general a lo particular, es decir, de niveles superiores a niveles inferiores, nombrándolas de la siguiente manera: Reino, Filo (Phylum), Clase, Orden, Familia, Género y especie. Es así como Linneo establece la existencia de tres reinos: vegetal, animal y mineral. Por otra parte, adoptó la llamada nomenclatura binomial para cada especie, donde ambas palabras deben estar escritas en latín y en cursiva (itálica), la primera con mayúscula referente al género y la segunda en minúscula indicativa de la especie. Cuando la nomenclatura binomial es manuscrita, ambas palabras se escriben subrayadas. Por ejemplo, el nombre científico de los humanos es Homo sapiens y el de la bacteria que provoca el tétanos es Clostridium tetani. La nomenclatura binomial es adoptada universalmente por todos los científicos. Ejemplo de clasificación según categorías taxonómicas CRONOLOGÍA DE LAS CLASIFICACIONES Ernst Haeckel, en 1866, demuestra la diferencia entre organismos unicelulares y pluricelulares, incluyendo a los primeros dentro del reino Protista. Haeckel mantiene la clasificación taxonómica en tres reinos, al dejar de lado a los minerales. En 1969, los organismos vivos quedan clasificados en cinco reinos. El menos evolucionado, llamado Mónera, incluye a los microorganismos procariotas, formados por las bacterias y las algas verde azuladas. Un escalón más arriba los Protistas, microorganismos unicelulares eucariotas. Whittaker propone separar a los hongos del reino 7

8 Vegetal, incluyéndolos en el reino Fungi. Uno de los motivos principales era que estos organismos no son fotosintéticos como los vegetales, ya que se alimentan por absorción. En consecuencia los cinco reinos propuestos por Whittaker son: Monera, Protista, Fungi (Hongos), Plantae (Vegetal) y Animalia (Animal). Posteriormente (1985) las biólogas Lynn Margulis y Karlene V. Schwartz mantuvieron el sistema de cinco reinos con algunas modificaciones, entre ellas distinguieron el reino Protoctista para incluir tanto a los organismos unicelulares (Protistas) como a los pluricelulares de organización simple, como las algas. El año 1990 la categoría Reino es considerada como un subgrupo de un nivel superior llamado Dominio. La razón se debe a estudios realizados por el microbiólogo Carl Woese de los cuales surgen notorias diferencias a nivel molecular entre los microorganismos procariotas Archaea y Bacteria. Woese propone, y es aceptado, incluir en dominios separados a las arqueas y a las bacterias, creando un tercer dominio llamado Eukarya, que incluye a los reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia. No obstante, en algunas publicaciones se sostiene que es innecesario incluir una categoría superior, dejando al reino como nivel máximo de jerarquía en la clasificación de los organismos. Una de las propuestas de clasificación actual es la de Thomas Cavalier-Smith, biólogo que plantea la existencia de dos grandes suprarreinos que englobarían seis (6) reinos. El suprarreino Prokariota incluiría al reino Bacterias y el suprarreino Eucaryota se subdividiría en cinco reinos: Protozoo, Chromista, Fungi, Planta y Animal. Así Cavalier-Smith propone la existencia de un nuevo reino, Chromista que incluye algunos de los organismos anteriormente englobados en los reinos Protoctistas y Fungi, como las algas y los mohos. La siguiente tabla resume cronológicamente las distintas modalidades de clasificación La clasificación de los cinco reinos es la que se mantiene en la actualidad y es la que seguiremos estudiando. Esta corresponde a la propuesta de Margulis y Scwartz, esta clasificación considera lo siguiente: 8

9 Actividad 2: ingresa al sitio web e identifica las imágenes de los siguientes animales: lobo, león y caballo. Luego pincha en la fotografía de cada animal y en el menú de la izquierda busca taxonomía de y completa la tabla a continuación: Reino Phylum Clase Orden Familia Género Especie Lobo León Caballo Actividad 3. Responde Verdadero o Falso, justifica las falsas. Encierra la letra que corresponde. 1) V F Whittaker estableció la agrupación de los seres vivos en cinco grandes reinos. 2) V F La clasificación de especies según su utilidad es práctica pero no científica. 3) V F El sistema establecido por Linneo se ha conservado hasta la actualidad. 4) V F Si dos organismos tienen descendencia no fértil se pueden considerar de la misma especie. 5) V F Las especies se agrupan en géneros y estos en taxones superiores llamados familias. 6) V F La nomenclatura binomial establece el nombre científico para cada una de las especies. 7) V F Mosquitos, arañas o escarabajos, son grupos correctos dentro del sistema de clasificación. 9