Práctica #9 INTRODUCCIÓN A LA BIODIVERSIDAD: PROCARIOTES Y PROTISTAS

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1 Práctica #9 INTRODUCCIÓN A LA BIODIVERSIDAD: PROCARIOTES Y PROTISTAS I. Objetivos * Estudiarla diversidad de formas de vida de los principales grupos taxonómicos. * Identificar las principales estructuras y características de los grupos taxonómicos expuestos. * Conocer la importancia biológica, económica y de salud de los principales grupos taxonómicos estudiados. II. Introducción que se han generado producto de la selección natural. 1 Este laboratorio marca el inicio en el estudio de la biodiversidad. La diversidad biológica o biodiversidad se define como la variedad de seres vivos que existen, producto de las diferentes fuerzas evolutivas que actúan sobre ellos. Se incluye también dentro de este concepto, la diversidad genética que los seres vivos presentan. Al final de esta serie de prácticas, se esperaque el estudiante adquiera una visión amplia de la enorme variabilidad de especies Una de las amenazas más inmediatas de la pérdida de biodiversidad es la disminución drástica del acervo genético. Esta disminución de la variabilidad genética tiene muchas consecuencias negativas que atentan contra la sobrevivencia de las especies y afectan también al ser humano, ya que depende de la biodiversidad como fuente de materia prima para medicinas, fibras, tintes, resinas y otros. En un país tropical y rico en biodiversidad como Costa Rica, estudiar y proteger la biodiversidad es de vital importancia ante la amenaza constante que sufre en los últimos años: descontrolado desarrollo inmobiliario costero, la proliferación de proyectos de marinas, uso irracional de los agroquímicos, auge de la explotación minera, entre otros. El conocimiento integral de nuestra biodiversidad permite mejorar la relación ser humano-ambiente, la conservación y el uso sostenible de los recursos ambientales, así como una mejor calidad del ambiente En las siguientes prácticas de diversidad de los organismos vivos, se observarán algunos ejemplos de los grupos principales de organismos, aprenderá sus características distintivas, y un poco de su historia natural. Muchas veces, los niveles superiores de la clasificación biológica, como reinos y clases, no reflejan la filogenia de los organismos que incluyen. A menudo, son grupos que fueron establecidos hace mucho tiempo, y se sabe que son incorrectos. Sin embargo, se continúa su uso por convención. Recuerde esto al estudiar protistas y hongos, por ejemplo.

2 III. Procedimiento 2 El principal objetivo de éste laboratorio es a aprender a identificar y caracterizar representantes de procariotas y protistas, a partir de las características diagnósticas que presentan. Algunas especies están representadas por láminas preparadas que usted debe observar al microscopio, otros serán organismos vivos o preservados los cuales deberá manipular con cuidado para identificar sus características distintivas y relacionarlas con el grupo al que pertenece. Para lograr este objetivo el grupo de laboratorio será dividido en 4-5 subgrupos de trabajo conformados por 4-5 estudiantes estudiantes cada uno Cada grupo de trabajo estudiará, analizará el material disponible y realizará las actividades programadas Ejercicio 1 Procariotes Las ARQUEBACTERIAS y BACTERIAS son procariontes. Su ADN no está asociado a proteínas, y no tienen núcleo ni organelas delimitados por membranas. La división celular ocurre por fisión binaria. La variabilidad genética la obtienen de ciertos procesos parasexuales como la conjugación o transformación bacteriana. Hay procariontes heterótrofos y autótrofos, estos últimos pueden ser quimiosintéticos o fotosintéticos (cianobacterias). Las bacterias quimiosintéticas y fotosintéticas usan una variedad de sustancias (por ejemplo, H 2 S) como donante de electrones. Su fotosíntesis es anaeróbica, pues no producen oxígeno como producto de desecho. Gram+ Los procariontes se encuentran distribuidos en dos dominios biológicos: el dominio Archaea, en el cual se encuentran las arquebacterias, y el dominio Bacteria DOMINIO EUBACTERIA Las bacterias se pueden clasificar de varias formas: morfológicamente (bacilos, cocos, espirilos y vibriones), presencia de flagelos (monótricas, lofótricas, anfítricas y perítricas), de acuerdo al medio en que crecen (halófilos, metanógenas, termo-acidófilas), entre otros. Los métodos de identificación de bacterias incluyen una serie de pruebas físicas y bioquímicas de separación que incluye la realización de cultivos a partir de muestras obtenidas para análisis. Con la utilización de técnicas de biología molecular, ha sido posible clasificar bacterias en base a las similitudes en la secuencia de ADN. Gram- Una de las principales pruebas que se utiliza es la Tinción de Gram. La tinción de GRAM, desarrollada por el microbiólogo danés Hanz Christian Gram,es un método empírico que se basa en la tinción diferencial de diversas especies de bacterias en presencia del colorante violeta de genciana, debido a las diferencias en complejidad y composición química de la pared celular de las bacterias. Las bactarias Gram+ poseen una pared celular de peptidoglicano gruesa como estructura fundamental mientras las Gram posee paredes celulares

3 más delgadas, a demás de una membrana externa de lipopolisacáridos-lipoproteínas. 3 Los cristales de violeta de genciana son lo suficientemente pequeños como para penetrar a través de la matriz de la pared en ambos tipos de bacterias pero al formarse el complejo yodo-violeta (colorante primario) no puede ser removido con un agente decolorante (alcohol-acetona) y las células permanecen de color azul violeta, en cambio las bacterias Gram-, al decolorarse, no retienen el colorante y pueden ser reconocidas por el colorante diferencial (safranina) Para la interpretación de los resultados de la tinción de Gram se debe tomar en consideración las características de la tinción, tamaño y forma celular, que pueden ser afectadas por muchas variables, incluyendo; edad del cultivo, medio, atmosfera de incubación, metodo de coloración y la presencia de sustancias inhibitorias. 1. Observe las láminas disponibles de cocos, bacilos y espirilos. Haga un esquema de sus observaciones. Anote la magnificación que usó. 2. Su instructor le dará una breve demostración del procedimiento de Tinción de Gram a seguir. Fijación 1. En un portaobjetos colocar una gota de agua destilada 2. Con un asa previamente esterilizada con la llama del mechero, coloque sobre la gota de agua una pequeña cantidad de cultivo de bacterias. 3. Dispersar el material con el asa sobre la gota de agua. 4. Pasar rápida y varias veces el portaobjetos sobre la llama. No deje el portaobjetos sobre la llama porque se puede quebrar. 5. Dejar enfriar. Coloración Este paso debe ser realizado con mucho cuidado y sobre una bandeja para evitar manchar el mesón de trabajo con colorante 1. Después de enfriar, colocar una o dos gotas de violeta genciana sobre la preparación en el portaobjetos y déjelo 2-3 minutos. 2. Después de este tiempo decantar el colorante cuidadosamente sobre papel absorbente. 3. Lavar rápidamente el portaobjetos con agua destilada para eliminar el exceso de colorante.en este punto, todas las células se observarán de color púrpura Mordente 1. Poner una-o dos gotas de solución lugol sobre la preparación y dejar por un minuto. 2. Decantar el exceso de lugol y lavar con agua destilada Decoloración 1. Lavar con alcohol-acetona hasta eliminar el color violeta. Las bacterias Gram + permanecerán púrpura y las Gram no retendrán ninguna coloración. 2. Lavar rápidamente con agua destilada. Tinción diferencial 1. Coloque una gota de safranina y déjelo por 15 segundos. 2. Decante el exceso de tintura y lávelo rápidamente con agua destilada. 3. Deje secar la preparación al aire o cuidadosamente con un papel.

4 4 La tinción diferencial colorea tanto las gram como gram +. Sin embargo, la presencia de la coloración púrpura en las gram + no se altera por la presencia de safranina Aplicación de Aplicación de Decoloración Coloración con Violeta de Genciana Ioduro (alcohol-acetona) Safranina Cuando la preparación esté completamente seca, añadir una gota de aceite de inmersión y observarla al microscopio con el objetivo de inmersión (100 x), no use cubreobjetos. 3. Observe detenidamente su preparación y haga una descripción detallada de sus observaciones 4. Cuando termine de observar las bacterias se debe limpiar el lente con papel para microscopio. Cianobacterias Son procariontes fotosintéticos que poseen clorofila y tienen un tipo especial de fotosíntesis que es similar a la de las plantas. Son bacterias que tienen la capacidad de fijar nitrógeno en forma de nitrato (NO 3 ) y juegan un papel importante en la fertilización de suelos y aguas. Muchas cianobacterias forman asociaciones con hongos, llamadas líquenes. Contienen diversas sustancias de reserva como el almidón de cianofícea (entre los tilacoides), la cianoficina y la volantina que es una nucleoproteína con fosfatos para reserva energética. Una característica única en ellas es que poseen una pared celular con 4 capas y una envoltura en forma de vaina gelatinosa. Los pigmentos que poseen son clorofila a, y pigmentos accesorio como -caroteno, ficocianina, y ficoeritrina. A las cianobacterias se les conoce también con el nombre de algas azul-verdosas [Pero este nombre es incorrecto, porque las algas son eucarióticas]. Algunas de ellas, forman colonias que pueden verse a simple vista. Por ejemplo, tal vez usted haya observado una masa verde gelatinosa que suelen formarse en las piedras de los ríos, o en los caños de la calle. Algunos géneros muy comunes en agua dulce y en caños son Nostoc, Anabaena y Oscillatoria. Dado que estas especies pueden presentar reproducción explosiva en aguas contaminadas, pueden servir como organismos para monitorear la contaminación del agua. Algunas especies poseen vacuolas gaseosas que les permiten flotar en el agua y forman natas en la superficie de estanques y charcos. Ciertas especies producen sustancias tóxicas que liberan en el agua y pueden causar problemas en el suministro del agua potable. 1. Haga observaciones de las láminas fijas disponibles de cianobacterias. Observe los heterocistes, que se observan como abultamientos en las cianobacterias filamentosas Para qué sirven? 2. Si lo hubiera, observe el material disponible en vivo. Trate de observar el color, A qué se debe el color que presenta el organismo?

5 Dominio Eukarya 5 Ejercicio 2 - Eucariotes Los organismos que usted estudiará de ahora en adelante son eucariontes. La característica principal de las células eucariotas es la presencia de un núcleo y otros organelos (mitocondria, cloroplastos) rodeados de membrana, y múltiples cromosomas los cuales forman junto con el ADN y proteínas un complejo llamado cromatina. Las células eucariotas son características tanto de los protistas como de organismos multicelulares más completos que se encuentran en los otros 3 reinos de eucariotas: hongos, animales y plantas. La reproducción sexual también es característica de los eucariotas Estudie y anote las diferencias entre procariotas y eucariotas. (a) Reino protista El reino de los protista constituye una colección diversa y compleja de linajes evolutivos. Se puede definir a los protistas como organismos eucariotas que poseen organización, unicelular, colonial, filamentosa o multicelular, y que poseen distintas formas de nutrición, locomoción, reproducción. Historicamente, los protistas fueron agrupados en base a la presencia de características comunes con grupos de animales, plantas u hongos. Luego se fueron incorporando, organismos eucariotes que no era posible clasificarlos en ninguno de los otros 3 reinos de eucariotas (por exclusión).posteriormente, y como resultado de investigaciones más recientes, se determinó que algunas especies de protistas que se habian agrupado en base a características comunes, realmente pertenecian a linajes evolutivos independientes que divergieron muy temprano en la historia de los eucariotas. Así, grupos de protistas con pocas carácterísticas comunes, en realidad comparten un ancestro común. Los nombre de muchos de los grupos de protistas y sus géneros ha sufrido tantos cambios que el esquema de clasificación parece incierto, confuso y dista mucho de estar completo. Sin embargo, los biólogos han desarrollado múltiples maneras de clasificar a los protistas, incluyendo nuevos nombres para los taxones principales. Así mismo, dado el origen de este reino, no es fácil establecer un cuadro de características generales; sin embargo podemos mencionar algunas características que comparten representantes de cada grupo En general, los miembros del grupo de los METAMONADINOS (= EXCAVADOS, incluye diplomonados y parabasálidos) tienen flagelos, son heterótrofos y no tienen mitocondria cloroplastos ni sistema de Golgi. Se postula que son parecidos a los eucariontes ancestrales que perdieron las mitocondrias. Su principal característica derivada es la posesión de uno o dos núcleos rodeados por un sistema de microtúbulos asociados con dos pares de flagelos. Son parásitos patógenos, de vida libre o simbiontes. Se reproducen asexualmente.

6 6 En el grupo de los EUGLENOZOOS (tambien llamados discicristados), agrupa organismos unicelulares flagelados, con nutrición fotoautótrofos o heterótrofos (euglénidos, kinetoplastídios). La Euglena, por ejemplo, es de vida libre (muy comunes en el agua dulce), posee cloroplastos (clorofila a y b, xantófilos y - carotenos) y granos de una sustancia similar al almidón llamada paramilo. Una característica representativa en éste grupo es la presencia de una mancha ocular que le sirve al organismo para guiarse hacia los sitios mejor iluminados para realizar la fotosíntesis. Los cinetoplástidos son en su mayoría parásitos. Tienen una sola gran mitocondria tubular que contiene ADN y proteínas asociadas dentro de estructuras denominadas cinetoplastos. Tienen uno o más flagelos. Se multiplican en forma asexual por fisión binaria (mitosis y citocinesis) y, en algunas formas, sexualmente por singamia. En este grupo se encuentran las especies que producen la leishmaniasis, la enfermedad del sueño y la enfermedad de Chagas en los humanos. La principal característica de todos los representantes del grupo de los RIZOPODOS (= AMEBOZOARIOS), es la presencia de prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) que surgieron por evolución convergente en varios grupos. En general, habitan el suelo, agua dulce, océanos y otros organismos. Poseen una vacuola pulsátil, otra nutritiva y algunos producen flagelos durante estadios determinados de su ciclo vital o en condiciones ambientales particulares. La reproducción es asexual y sexual. Algunos son parásitos de los humanos. Dentro de este grupo, se encuentran especies de gran importancia médica como la Entamoeba histolytica responsable de la disentería amebiana y de algunos casos de encefalitis amebiana. Dentro del grupo de los rizopodos se ubicaban anteriormente los mohos mucilaginosos. Mas recientemente se propone como un grupo aparte (MICETOZOARIOS) cuya característica derivada más importante es la presencia de mitocondrias tubulares con crestas ramificadas. Presentan variados colores y se subdividen en plasmodiales (mixomicetos) y celulares (acrasiomicetos). Los mohos plasmodiales son cenocíticos. Forman esporangios donde ocurre la meiosis y luego esporas que producen células haploides flageladas. Éstas pueden producir más células flageladas, fusionarse entre sí y formar un cigoto o, si las condiciones son desfavorables, formar un quiste. La fase vegetativa de los mohos plasmodiales forma masas multinucleadas de citoplasma (plasmodio) que se trasladan entre el humus y troncos húmedos en descomposición, y a medida que avanzan se van alimentando de bacterias, levaduras, y materia orgánica en descomposición. Los mohos celulares no tienen células flageladas. Pasan por una etapa en la que constituyen un enjambre de pequeñas células ameboides, haploides y libres, pero reunidas en un pseudoplasmodio cuyos componentes no se fusionan. La reproducción sexual tiene lugar por la fusión de dos células que forman un cigoto y éste por meiosis genera nuevas células haploides. A diferencia de los amebozoos, los CERCOZOOS (foraminíferos y actinópodos) y RADIOLARIOS agrupan organismos fundamentalmente marinos cuyos pseudópodos son delgados y se prolongan a través una cubierta externa dura (teca) de carbonato de calcio o sílica (radiolarios). Entre las características que agrupan a los ALVEOLADOS (ciliados, apicomplexa, dinoflagelados) lo más resaltante es la presencia de vesículas aplanadas localizadas justo debajo de la membrana plasmática que almacena calcio y las semejanzas en las secuencias de ADNr. En este grupo se incluyen organismos parásitos (apicomplexa), depredadores y otros son fotosintéticos (dinoflagelados). Dentro de los ciliados encontramos organismos unicelulares acuáticos que poseen múltiples especializaciones tales como cilios que cubren la superficie del organismo, utilizados fundamentalmente para la locomoción y alimentación. Poseen dos tipos de núcleo, un macronúcleo para las funciones vegetativas y un micronúcleo involucrado en la reproducción sexual por medio de conjugación. Todos son heterótrofos y solo el género Balantidium se ha reportado como parásito intestinal. Los apicomplexos son todos organismos parásitos que forman esporas, algunos de los cuales causan enfermedades al humano. Carecen de aparato específico de locomoción y en su lugar se desplazan por flexión. Dentro de este grupo se

7 7 encuentran especies de importancia médica como el Plasmodium vivax responsable de la mayoría de casos de malaria en Costa Rica y el Toxoplasma gondii, que produce la toxoplasmosis. Los dinoflagelados son protistas fotosintéticos con 2 flagelos que van en surcos. Cada uno se mueve en su canal y hacen que la célula gire sobre sí misma al moverse por el agua. La mayoría son fotosintéticos con clorofila a y c, además de carotenoides, incluyendo fucoxantinas. Son casi todos marinos formando parte del plancton y algunos de ellos como Symbiodinium forman endosimbiosis con los corales (zooxantelas). Algunos presentan bioluminiscencia. A veces, bajo ciertas condiciones, pueden reproducirse explosivamente (fundamentalmente asexual) y formar las mareas rojas. Los dinoflagelados poseen varios tipos de sustancias que resultan altamente tóxicas para los vertebrados, por ello es peligroso ingerir moluscos filtradores y ciertos otros organismos que consumen a los dinoflagelados cuando se dan las mareas rojas. Finalmente, el grupo de los ESTRAMINÓPILOS (= heterocontos, cromistas incluye algas pardas, mohos acuáticos y diatomeas) surge a partir de estudios a nivel molecular que confirmaron la relación existente entre las algas pardas y algas doradas con protistas no algas como los mohos acuáticos. En este grupo se incluye también a las diatomeas. A primera vista pareciera que no poseen características en común, pero fundamentalmente agrupa a organismos que poseen células móviles con dos flagelos, uno de ellos con proyecciones finas a modo de pelos (en algunos estraminópilos, los flagelos se presentan sólo en ciertas etapas del ciclo de vida). Los mohos acuáticos forman un pequeño grupo de protistas que forman micelios (similar a los hongos) cenocíticos sobre materia orgánica, con pared celular compuesta de celulosa (como en plantas), quitina (como en hongos) o ambas.