Els éssers vius. Sabem què és la vida? Què estudiaràs. 1 Així som els éssers vius 2 Les cèl lules i els seus tipus 3 La descoberta de les cèl lules

Transcripción

1 Els éssers vius Sabem què és la vida? Per a la ciència, mai no ha sigut senzill establir un límit entre allò que està viu i allò que no ho està, ja que, vives o no, les coses són matèria. Sembla que les diferències consistixen en el fet que tot ésser viu intercanvia matèria i energia amb el medi, canvia de forma, reacciona als canvis de l entorn i és capaç de generar més vida. Per què és especial la matèria viva? La seua organització és molt més complexa que la de la matèria inerta. Però, aquesta organització té a veure amb el fet d estar vius? Durant segles, la ciència ha buscat una unitat mínima de matèria amb vida. Això només ha estat possible a partir del desenvolupament dels microscopis i d altres avanços, que ens han permés descobrir aquesta unitat: la cèl lula. Quines característiques compartixen els éssers vius? Descriu i dibuixa una cèl lula. Són iguals les cèl lules de tots els éssers vius? Sense els microscopis no s haurien descobert les cèl lules. Per què? Què estudiaràs Així som els éssers vius 2 Les cèl lules i els seus tipus 3 La descoberta de les cèl lules

2

3 Així som els éssers vius La Terra està habitada per una varietat enorme d éssers vius que els científics classifiquen en cinc grans grups o regnes: moneres, protoctists, fongs, plantes i animals. A pesar de les diferències que hi ha entre els organismes dels diferents regnes, tots els éssers vius tenim tres característiques en comú: la nostra composició química és similar, realitzem les tres funcions vitals i estem formats per cèl lules.. La nostra composició química és similar En la web Pots consultar les presentacions «Els cinc regnes», «Recordem què és un compost químic», «La composició dels éssers vius» i «Els nivells d organització dels éssers vius». També hi trobaràs l activitat interactiva «Classifique éssers vius segons el seu nivell d organització». Tots els éssers vius estem formats per compostos químics molt semblants. Alguns són inorgànics i altres són orgànics. Els compostos inorgànics tenen molècules senzilles que no estan formades per cadenes d àtoms de carboni. Els que més abunden en els éssers vius són l aigua (entre un 60% i un 90% de la composició dels éssers vius és aigua) i els minerals. Els compostos orgànics tenen molècules complexes formades per cadenes d àtoms de carboni unides a altres àtoms. Els que formen part dels éssers vius són els hidrats de carboni, els lípids, les proteïnes, l ADN, les vitamines.2 Realitzem les tres funcions vitals Tots els éssers vius realitzem tres conjunts de processos anomenats funcions vitals. Són la nutrició, la relació i la reproducció. La nutrició consistix a prendre substàncies de l entorn; utilitzar-les per a obtindre energia, per a créixer o per a reparar les parts que s han fet malbé, i eliminar les substàncies de rebuig resultants. La relació consistix a percebre els canvis que es produïxen en l ambient, anomenats estímuls, i reaccionar-hi de forma adequada. La reproducció és la capacitat que tenen els éssers vius per a generar descendents amb les mateixes característiques..3 Estem formats per cèl lules Tots els éssers vius estem constituïts per cèl lules. Una cèl lula és la unitat mínima d un ésser viu que pot realitzar les funcions vitals. Segons el nombre de cèl lules que componen un ésser viu, distingim dos tipus d éssers: unicel lulars i pluricel lulars. Els éssers unicel lulars estan formats per una sola cèl lula. En alguns casos, formen agrupacions d individus, anomenades colònies. Els éssers pluricel lulars estan formats per moltes cèl lules que funcionen com un tot integrat. Tenen diferents nivells d organització, segons que tinguen teixits, òrgans, aparells o sistemes. Activitats Reforça el vocabulari Definix nutrició, relació, reproducció i cèl lula. Intenta confeccionar un glossari amb tots els termes nous que trobaràs al llarg del curs. Si vols crear-lo amb un programa informàtic, consulta Expressa el que saps 2 Quin és el component més abundant en els éssers vius? 3 Què diferencia els composts inorgànics dels orgànics? Treballa amb imatges 4 Observa la il lustració de la pàgina de la dreta i respon: a) Quins regnes inclouen éssers vius unicel lulars? b) Quins nivells d organització es donen entre els components del regne dels animals? c) Quin dels cinc regnes inclou els éssers vius amb un nivell d organització superior? En què consistix aquest nivell? 0

4 UNITAT La diversitat dels éssers vius, la classificació i els nivells d organització Mamífers UNICEL LULARS PLURICEL LULARS Sense teixits Amb teixits sense òrgans Amb òrgans sense aparells Amb aparells i sistemes Peixos Cianobacteris Gimnospermes Mol luscos Falgueres Algues pluricel lulars Molses Colònies d algues Artròpodes Angiospermes Floridures Fongs amb bolets Amfi bis Pòlips Aus Rèptils Platihelmints Meduses Esponges Bacteris Protozous Llevats MONERES PROTOCTISTS FONGS PLANTES ANIMALS

5 2 Les cèl lules i els seus tipus 2. Així són les cèl lules Per a observar cèl lules, necessitem l ajuda d un microscopi perquè, en general, són tan menudes que no es distingixen a simple vista (només tenen entre 0,00 i 0, mm). Per aquest motiu, diem que les cèl lules són microscòpiques. Les estructures bàsiques de totes les cèl lules Totes les cèl lules tenen tres estructures bàsiques: la membrana plasmàtica, el citoplasma i el material genètic. La membrana plasmàtica és un embolcall molt fi que circumda la cèl lula i que regula l intercanvi de substàncies amb l exterior. El citoplasma és el líquid espés que ompli l interior cel lular. Conté diversos orgànuls cel lulars, que són estructures encarregades de realitzar les funcions cel lulars. El material genètic (ADN) és una substància amb aspecte fibrós (forma una espècie de fils) que controla l activitat cel lular. En la web Trobaràs la presentació titulada «Tipus de cèl lules» i l activitat interactiva titulada «Les parts de la cèl lula». El treball científic Consulta la tasca per a investigar I, titulada «Com s observen les cèl lules», per aprendre a realitzar aquest tipus d observacions. 2.2 Tipus de cèl lules Segons on se situa el material genètic, es distingixen dos tipus de cèl lules: les procariotes i les eucariotes. Les cèl lules procariotes Les cèl lules procariotes tenen l ADN al citoplasma. Són el tipus de cèl lules característiques dels bacteris. Aquestes cèl lules tenen una paret cel lular rígida que circumda la membrana. Algunes tenen també filaments (com les fímbries, que les fixen al substrat, o com els flagels, que poden agitar per a desplaçar-se). Els únics orgànuls que tenen són els ribosomes, que fabriquen proteïnes. Així és una cèl lula procariota Flagel Material genètic Paret cel lular Ribosomes Membrana plasmàtica Paret cel lular Fímbries 2

6 UNITAT Les cèl lules eucariotes Les cèl lules eucariotes tenen l ADN dins d un orgànul anomenat nucli. Són el tipus de cèl lules pròpies dels protoctists, els fongs, les plantes i els animals. Aquestes cèl lules tenen una gran varietat d orgànuls. Alguns, com els ribosomes (que fabriquen les proteïnes), els lisosomes (que digerixen substàncies) o els mitocondris (que produïxen l energia que la cèl lula necessita), són comuns a totes les cèl lules eucariotes. En canvi, altres són exclusius de les cèl lules de determinats éssers. Per exemple: Les cèl lules vegetals (les de les plantes i les algues) tenen cloroplastos (els orgànuls que realitzen la fotosíntesi) i grans vacúols que emmagatzemen aigua. A més, tenen una paret cel lular rígida. Les cèl lules dels animals tenen uns orgànuls anomenats centríols, que intervenen en la divisió cel lular i en la formació de cilis i flagels (uns filaments responsables dels moviments cel lulars). Activitats Reforça el vocabulari Definix els conceptes següents: microscòpic, cèl lula procariota i cèl lula eucariota. Organitza la informació 2 Resumix en una taula les semblances i les diferències que hi ha entre les cèl lules dels animals i les cèl lules dels vegetals. Resumix en un dibuix 3 Fes un esquema d una cèl lula procariota i assenyala n les parts. Així és una cèl lula eucariota vegetal Així és una cèl lula eucariota animal Paret cel lular Membrana Nucli Ribosomes Lisosomes i altres vesícules Vacúol Cloroplast Mitocondri Centríols 3

7 3 La descoberta de les cèl lules Ara sabem que els éssers vius estan formats per cèl lules i que aquestes són les unitats bàsiques de la vida. Tanmateix, descobrir això va requerir segles d investigació i no fou possible fins a la invenció del microscopi. 3. Al principi, només observacions En el segle xvii, molts naturalistes començaren a utilitzar microscopis primitius per observar i descriure detalls dels éssers vius. D aquesta època daten les observacions de teixits realitzades per l italià Marcello Malpighi, o de microorganismes en l aigua, com els que va observar l holandés Anton van Leeuwenhoek. L any 665, l anglés Robert Hooke examinà una làmina de suro i va veure que estava formada per unes cavitats semblants a una bresca d abelles; per això les anomenà, en llatí, cella (cel les o cèl lules). No fou conscient del que eren en realitat (el suro està format per les parets de cèl lules vegetals mortes), però els posà el nom que hui utilitzem. Durant la resta del segle xvii i el xviii, l observació de cella en les estructures microscòpiques de plantes i animals va fer sospitar a molts científics que les cèl lules podrien ser components bàsics de la vida. En la web Trobaràs les presentacions «Història de la teoria cel lular», «Videocòmic: la teoria cel lular», «L aportació de Ramón y Cajal» i l activitat interactiva «Els principis de la teoria cel lular». 3.2 La teoria cel lular Ja en el segle xix, la fabricació de microscopis de millor qualitat va permetre que alguns científics pogueren descriure estructures cel lulars, com el citoplasma i el nucli, i que identificaren les cèl lules com les unitats fonamentals de què es componen els éssers vius. Tanmateix, foren tres científics alemanys, el botànic Matthias Schleiden, el zoòleg Theodor Schwann i el metge Rudolf Virchow, els qui van resumir aquestes idees en una de les teories més importants de la biologia: la teoria cel lular. Els tres principis d aquesta teoria són els següents: La cèl lula és la unitat estructural dels éssers vius. És a dir, tots els éssers vius estan formats per una o més cèl lules. La cèl lula és la unitat funcional dels éssers vius. És a dir, és la part més menuda d un ésser viu capaç de realitzar les funcions vitals. La cèl lula és la unitat d origen dels éssers vius. És a dir, tota cèl lula prové d una altra cèl lula. Aquesta teoria es va anar confirmant per a tots els éssers vius. L espanyol Santiago Ramón y Cajal la va demostrar fins i tot per al teixit nerviós quan va descriure cèl lules (neurones) en aquest teixit, que semblava que tenia una aparença fibrosa, molt complexa i no cel lular. A partir de l acceptació de la teoria cel lular, els biòlegs se centraren a revelar els detalls de l interior cel lular. El desenvolupament del microscopi òptic i, sobretot, del microscopi electrònic, que augmenta entre i un milió de vegades la imatge, ha fet possibles nous avanços. Activitats Reforça el vocabulari Explica què signifiquen aquests conceptes: unitat estructural, unitat funcional i unitat d origen. Expressa el que saps 2 Quina importància va tindre el microscopi en la descoberta de les cèl lules? Tin iniciativa 3 Tria un dels investigadores que s esmenten en el text i prepara un informe en el qual dónes la teua opinió sobre la importància que va tindre la seua aportació per a la humanitat. 4 Fes una redacció en la qual digues si t agradaria ser un científic com els d aquesta pàgina i què t agradaria descobrir. 4

8 UNITAT Principals fets històrics en la descoberta de les cèl lules Robert Hooke. Observà cel les en làmines de suro i les anomenà cèl lules. Anton van Leeuwenhoek. Observà microorganismes en l aigua. Marcello Malpighi. Observà talls de plantes i d animals. Microscopi òptic primitiu Tall de planta Cel les Cèl lules animals M. Schleiden i T. Schwann. Identificaren les cèl lules com a unitats estructurals en animals i plantes. Nuclis Cèl lules dividint-se R. Virchow. Determinà que la cèl lula és la unitat funcional i d origen dels éssers vius. Robert Brown. Identificà el nucli en cèl lules vegetals. Cèl lules vegetals Cèl lules nervioses (neurones) S. Ramón y Cajal. Comprovà la teoria cel lular per al cas del teixit nerviós. El microscopi òptic es va perfeccionar. El microscopi electrònic va permetre observar l interior cel lular molt ampliat. 5

9 Desenvolupa les teues competències Cinema i ciència Després d explicar quina és la dimensió de les cèl lules, la professora projectà a classe una seqüència d una pel lícula de ciència ficció. En aquesta, el protagonista, un galant d un metre huitanta, amb una espècie de vestit de bus, sofria els efectes del «Raig encongidor»: uns científics l havien reduït a una mil lèsima part de la seua mida i l observaven amb la «microcàmera de 000 augments». L havien injectat en la sang d una bella astronauta. Allà, entre els glòbuls rojos, havia de trobar i destruir un microbi paràsit extraterrestre que, per la forma i les dimensions, recordava un protozou. La professora va parar la pel lícula en un fotograma en el qual l heroi esquivava un glòbul roig que l envestia a gran velocitat i que, comparat amb ell, era de la grandària d un cotxe, i els va dir: En aquesta seqüència hi ha algunes dades científiques que coneixem en l actualitat i que no han tingut en compte els realitzadors de la pel lícula. A què penseu que em referisc? A l aula es va crear una gran confusió. Alguns estudiants expressaren idees sobre la possibilitat real d encongir algú; uns altres, sobre la conveniència d eliminar, o no, un organisme extraterrestre Quan s acabà la classe, la professora comentà: Les vostres reflexions han resultat molt interessants, però hi ha un aspecte de la seqüència que no heu tingut en compte. Us he enviat a tots el fotograma per correu electrònic, juntament amb algunes dades i unes preguntes. Treballeu amb això. Demà posarem en comú les vostres conclusions. Observa i investiga Fixa t en el correu electrònic que va enviar la professora. Intenta resoldre en el quadern les preguntes que s hi plantegen. Observa, investiga i opina 2 Creus que és possible encongir algú? 3 Què intentava la professora que aprengueren els estudiants amb la pel lícula? PER ALS MEUS ALUMNES. Quines creus que serien les dimensions del protagonista una vegada reduït mil vegades? 2. De quines dimensions es podria veure el protagonista amb la càmera de 000 augments? I el glòbul roig? 3. Observa el fotograma i, d acord amb els teus càlculs, intenta explicar quin és l error de la pel lícula. Longituds reals d algunes cèl lules Bacteri = μ = 0,00 mm Glòbul roig humà = 0 μ Protozou = 00 μ Longitud que tindrien vistes amb 000 augments Bacteri = 000 μ = mm Glòbul roig humà = 0000 μ = cm Protozou = μ = 0 cm 6

10 Organitza les teues idees UNITAT Copia en el quadern l esquema que apareix a continuació i completa l. 2 Fes en el quadern un esquema similar per a resumir els nivells d organització. Els éssers vius compartim tres característiques La nostra composició química és similar Realitzem les tres Estem formats per una o més és a dir, estem compostos per molècules que són Inorgàniques, com:... Orgàniques, com: que tenen tres estructures bàsiques que poden ser que són, segons la teoria cel lular, Citoplasma amb (ADN) Unitat... Unitat... Unitat de Eucariotes... Eucariotes... 7

11 Comprova com progresses Utilitza el vocabulari i expressa t Definix els termes següents: membrana plasmàtica, citoplasma, cloroplast, mitocondri, centríol, material genètic, nucli. 2 Escriu en el quadern dues frases amb sentit que incloguen els termes següents: a) Inorgànics, compostos, éssers vius, orgànics, químics, semblances. b) Procariotes, ADN, nucli, citoplasma, eucariotes, orgànuls. 3 Les frases següents són falses. Explica per què en cada cas: a) Tots els éssers vius, excepte els bacteris, estan formats per cèl lules. b) Totes les cèl lules tenen membrana plasmàtica, citoplasma i nucli. c) Les cèl lules eucariotes tenen nucli, però no tenen orgànuls. d) Les cèl lules eucariotes vegetals tenen cloroplastos, però no tenen mitocondris. 4 Escriu en el quadern un text d unes deu línees per a exposar els principis de la teoria cel lular. Anomena els científics que l enunciaren. Treballa el que has aprés 5 Explica quin tipus de cèl lula és la que apareix en la il lustració i escriu en el quadern els noms dels orgànuls assenyalats amb nombres Observa les fotografies preses amb un microscopi òptic i contesta les qüestions: a) Raona quina imatge pertany a una cèl lula animal i quina a una cèl lula vegetal. b) Anomena les estructures cel lulars que hi reconegues. c) Dibuixa les cèl lules de les fotografies. 7 Classifica els compostos següents com orgànics o inorgànics: a) Glúcids. b) Aigua. c) Vitamines, proteïnes, lípids, àcids nucleics, sals minerals. 8 Raona si aquestes frases són vertaderes o falses: a) El regne moneres està format només per organismes unicel lulars, i els altres quatre regnes, només per organismes pluricel lulars. b) En tots els regnes hi ha organismes pluricel lulars. c) Els regnes de les plantes i dels animals només inclouen éssers pluricel lulars amb teixits. d) Tots els components del regne dels animals tenen òrgans. 8

12 UNITAT 9 Raona si les frases següents, relacionades amb la teoria cel lular, són vertaderes o falses: a) Tots els éssers vius estan formats per més de dues cèl lules. b) El nucli de les cèl lules és la part més menuda d un ésser viu capaç de realitzar les funcions vitals. c) Totes les cèl lules, excepte els bacteris, provenen d una altra cèl lula. d) Tots els éssers vius estan formats per una o més cèl lules procariotes. Aplica-hi les matemàtiques 0 Com saps, les cèl lules tenen unes dimensions microscòpiques. Per a mesurar-les, s utilitza una unitat anomenada micròmetre o micra (µ). µ = 0,00 mm = 0,00000 m a) Observa els bacteris de la fotografia i calcula la longitud real d un d aquests. Si col locàrem en fila un grup d aquests bacteris, quants en cabrien en un mil límetre? Progressa pel teu compte Els dibuixos de cèl lules que es mostren en els llibres de text són una interpretació de les observacions realitzades amb els microscopis. Per exemple, la fotografia que veus a continuació es va realitzar quan es va observar al microscopi electrònic un tall finíssim d un grup de cèl lules vegetals. Després, amb un ordinador, es va aïllar la imatge d una sola cèl lula i es van acolorir les diferents estructures observables, que corresponen a algunes de les parts de la cèl lula que has estudiat. Cloroplast Nucli Paret cel lular Mitocondri Vacúol augments b) Calcula a quants augments està feta aquesta fotografia, si sabem que la mida real d aquestes cèl lules és de 0 micres. Si ara compares la fotografia amb el dibuix de la cèl lula vegetal que has estudiat en aquest llibre, tindràs una idea de com es veuen al microscopi algunes parts de la cèl lula i com s interpreten en els dibuixos. a) Ara observa la fotografia següent i intenta identificar els orgànuls enumerats. b) Digues de quin tipus de cèl lula es tracta. 2 9