UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 1

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1 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 1 La Vida: Tres Modelos Básicos PARTE I La biología es la rama de la ciencia dedicada al estudio de la vida y, como todas las ciencias, se desarrolla y amplía por el esfuerzo constante del hombre para comprender la naturaleza. La investigación sobre los seres vivos empieza con bases formales, aproximadamente, desde hace unos dos mil trescientos años. Su progreso ha sido lento, pero su desarrollo ha sido tan importante que, actualmente, es difícil abarcarlo todo. Ahora, en este último tercio del siglo XX, debido a los esfuerzos realizados por los biólogos, sus resultados llegan a un gran clímax. Algunos de los secretos de la vida, más difíciles de aclarar, están en el umbral de ser revelados, hechos que serán la admiración tanto de los científicos como de los legos en la materia. UNIDAD I MODELOS DE ESTRUCTURA CAPÍTULO 1 Primeras investigaciones sobre estructura 1. Mencionar que toda forma de viviente está constituida por la unidad anatómica y fisiológica fundamental: la célula El estudio de la estructura de los organismos se llama Anatomía Hace más de 2,000 años que Aristóteles y otros naturalistas tuvieron la idea de estudiar y comprender los fenómenos naturales. Entre los objetivos de su investigación estaba la estructura de los organismos, pero debido a que partían de argumentos falsos, sus resultados fueron muy limitados. Después de Aristóteles, durante la dominación del Imperio Romano, apenas existió incentivo alguno para la investigación anatómica. Galeno fue un anatomista destacado, pero debido a su experiencia limitada en disecciones, sus trabajos contenían muchos errores. Al declinar el Imperio Romano, muchos escritos de Galeno fueron conservados en el mundo musulmán, por unos 1,000 años. Más tarde, en Italia y en Francia, esos escritos fueron traducidos al latín y al griego y se utilizaron como textos. La mayor parte de la gente creía que esos escritos debían ser correctos, porque eran de la época clásica greco-romana. Durante el siglo XVI, Vesalius estableció las bases de la anatomía moderna. Usando sus conocimientos de anatomía, William Harvey determinó la verdadera función del corazón y la de los vasos sanguíneos. Otros fisiólogos, buscando la manera de comprender una función, consideraron indispensable estudiar conjuntamente la estructura y la función. Al regresar los colonizadores a Europa, llevaron miles de nuevas especies para ser clasificadas e identificadas. Los taxonomistas tuvieron que idear sistemas de clasificación basados en la estructura. De ahí que los investigadores de plantas y animales, se vieron en la necesidad de saber anatomía.

2 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 2 Cuando el hombre empezó a utilizar el microscopio, resultó inevitable el descubrimiento de la célula como unidad básica de estructura de los organismos. Este descubrimiento no se puede acreditar a un solo hombre; Malpighi, Grew, Swammerdam, Leeuwenhoek y Hooke fueron microscopistas. El primer establecimiento claro y preciso de la célula fue hecho por Dutrochet en CAPÍTULO 2 La estructura de la célula 1. Mencionar los descubrimientos o aportaciones a la Biología, de algunos investigadores tales como: Brown, Schleiden, Pasteur, Virchow, Fleming, etc. 2. Explicar en qué forma lograron esos descubrimientos y cuál es su importancia. 3. Mencionar los constituyentes básicos de una célula, así como las funciones de cada uno. 4. Explicar el procedimiento de división de la célula. Los resultados obtenidos en la investigación celular, confirman el concepto de que la célula es la unidad básica de los organismos. Un hecho importante fue la generalización acerca del núcleo, que hizo Robert Brown. Investigaciones posteriores, vinieron a confirmar que la célula tiene núcleo o material nuclear, por lo menos en una parte de su vida. Otra contribución importante, hecha por Virchow, fue que cada célula proviene de otra, ya existente. Más tarde, Fleming aclaró este concepto, demostrando que durante la división celular, los cromosomas se dividen y distribuyen por partes iguales en dos células hijas. Esta manera de reproducirse, llamada mitosis, se encontró aplicable, en principio, a todas las células. Varios factores ayudaron, en el siglo XIX, a incrementar el interés por la investigación celular, entre ellos los trabajos de von Siebold, que vinieron a reforzar el concepto de que la célula era la unidad fundamental y también llamar la atención acerca de los organismos unicelulares independientes. Pasteur contribuyó mucho, en las fermentaciones y enfermedades, dando lugar a la microbiología ciencia que se desarrolló rápidamente. Otro investigador notable fue Virchow que, con sus trabajos sobre las células anormales, ayudó a establecer la patología celular como ciencia y a la vez contribuyó a aumentar el interés por los estudios estructurales. La historia de la investigación celular está ligada al desarrollo técnico, lo que ha permitido a los científicos realizar mejores observaciones y analizar la naturaleza de la estructura celular. El perfeccionamiento del microscopio fotónico, que permitía cada vez mejores observaciones, llegó a su clímax con la introducción del microscopio de contraste de fases. Sin embargo, el mayor desarrollo científico, en esta área de la ciencia, tuvo lugar durante los últimos 20 años gracias al empleo del microscopio electrónico. La investigación que se ha realizado, con este tipo de microscopio, ha

3 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 3 permitido ver la estructura celular aumentada miles de veces. Aunque este instrumento tiene todavía ciertas limitaciones, los resultados obtenidos han permitido a los biólogos desarrollar y mejorar los modelos de la estructura celular. CAPÍTULO 3 Las moléculas de la vida 1. Mencionar las principales sustancias químicas, que constituyen a una célula. 2. Explicar su estructura química básica y el papel que desempeñan en la célula. La materia está formada por partículas llamadas átomos. Las formas de materia más simples son grupos de átomos con las mismas propiedades químicas. Estas formas simples se llaman elementos. Hay 92 elementos. Los átomos se unen unos con otros y forman moléculas. Para que se forme el enlace, es necesaria una determinada cantidad de energía, llamada energía de enlace químico. El agua es el compuesto que más abunda en los organismos. Debido a los arreglos de enlace dentro de la molécula de agua, tiene características polares. Esta polaridad explica su capacidad para disolver muchas sustancias. Los carbohidratos son un grupo importante de moléculas orgánicas de la materia viva. Hay tres clases de carbohidratos: Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los azúcares simples mejor conocidos son las hexosas: Glucosa, fructosa y galactosa. Entre los disacáridos, el más conocido es la sacarosa o azúcar de mesa. Polisacáridos son los carbohidratos más comunes. La celulosa, que se forman en las paredes celulares de las plantas, es el polisacárido más abundante. Es un compuesto muy resistente a la digestión y es el principal componente de la estructura de muchas sustancias conocidas. Las proteínas constituyen el grupo de moléculas más grandes de la materia viva; además, son sumamente importantes en la estructura y funcionamiento de los organismos. La clave para comprender su papel, es entender la estructura de la molécula. La secuencia de los aminoácidos en la molécula es de importancia fundamental. Los dobleces y rizos de la cadena de aminoácidos son ocasionados por los diferentes grupos R, en cada aminoácido. CAPÍTULO 4 Los organismos y su medio ambiente 1. Establecer la necesidad del conocimiento y estudio del medio ambiente, en el que se desarrollan los organismos, y no sólo de su estructura interna.

4 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 4 2. Describir en qué consisten los niveles de organización superiores e inferiores al individuo Antes del siglo 20, los biólogos buscaban las respuestas a sus problemas mirando, principalmente, en el interior de los organismos, pero se ha visto que los problemas biológicos, no se pueden resolver con sólo investigar en las células, moléculas y organismos individualmente. El ejemplo de la marea venenosa de las costas de la Florida, indicó cómo el estudio del medio exterior puede contribuir a la resolución del problema biológico. Específicamente, hay dos aspectos principales en un medio exterior: El biótico, que incluye a los organismos vivientes y el abiótico, que incluye al medio físico que los rodea. Los biólogos especializados en el estudio del medio exterior de los organismos se llaman ecólogos. Los ecólogos han determinado que, en la jerarquía de niveles de organización, existen también niveles de organización superior al organismo individual. Entre estos niveles, el primero es la población. Este nivel se define como el número total de una especie dada, dentro de un área, en un tiempo determinado. Los ecólogos colocan a la comunidad como el nivel de organización que está arriba del nivel de población. Este término lo definen como el número de poblaciones en un área determinada. Al estudiar las poblaciones, dentro de las comunidades, se ve que unas dependen de otras. La mayoría de los ecólogos prefiere hacer el estudio de las poblaciones de una comunidad y de su medio exterior, como una unidad interaccionada. Esta unidad se llama ecosistema. La biósfera es un término nuevo que incluye toda la vida de este planeta. La ecósfera es el nivel superior de organización que incluye al mundo y toda la vida que hay en él. UNIDAD II MODELOS DE FUNCIÓN En biología, el término "función" se refiere al trabajo que se efectúa dentro del cuerpo de los organismos. Una de las características más sobresalientes de las funciones corporales es la forma ordenada de cómo se llevan a cabo. Por ejemplo, rara vez nos damos cuenta del latir del corazón o del trabajo de los órganos digestivos. En realidad, sólo nos damos cuenta cuando hay desórdenes en su funcionamiento. Los términos que usamos para describir los diversos estados de desorden de las funciones corporales son: "Dolor", "enfermedad" y "muerte". El objetivo principal de la Unidad II es ayudarlo a comprender las funciones básicas dentro de los organismos. Estas funciones son de transformación de energía, regulación y reproducción, que son las responsables de que, en forma ordenada, se lleven a cabo las demás. De la misma manera que la célula es la unidad estructural básica dentro del organismo, también lo es como unidad básica de funcionamiento. Mucho de la información que encontraremos en esta unidad, es el resultado de las investigaciones hechas con empleo de técnicas complicadas para un mejor estudio del trabajo interno de la célula. En el campo de la biología molecular, más que en cualquier otro, operan grupos de biólogos y físicos, hecho que permite obtener fecundos resultados.

5 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 5 CAPÍTULO 5 Energía y organismos 1. Explicar la necesidad de energía para las células. 2. Mencionar a la molécula universal almacenadora de energía: ATP como útil para las células. 3. Describir cómo se lleva a cabo la transformación de energía, en los cloroplastos de las células autótrofas. 4. Explicar qué papel juegan las mitocondrias de las células heterótrofas en la transformación de energía. 5. Describir el funcionamiento de las enzimas en la liberación de energía, de células autótrofas y heterótrofas. Cualquier sistema organizado en el universo, tiene tendencias inherentes de llegar a un gran desorden. Todos los organismos vivos del mundo, incluso en los niveles de organización más bajos, incluyendo las células, tienen un sistema de vida organizado que está sujeto a esta ley. Además, los sistemas de vida no sólo mantienen el orden, por lo menos temporalmente, sino que ellos mismos crean aún más orden, a través de sus funciones y actividades. Este orden se mantiene y se extiende si se efectúa un trabajo para mantenerlo, pero este trabajo no puede efectuarse si no existe un suministro de energía adecuado. Es en el nivel de organización celular donde la energía útil se puede obtener la energía responsable de mantener el orden-, incluso en los niveles de organización superior. Sólo en las células es donde podemos encontrar la maquinaria capaz y transformar energía, a fin de que lo puedan utilizar los demás sistemas vivientes. En este nivel encontramos dos tipos de células: Las autótrofas y las heterótrofas. Es necesario hacer un estudio, de cómo esas células transforman la energía para comprender que, ninguno de los dos tipos de células puede ser totalmente independiente. La mayoría de las células autótrofas contienen cloroplastos, donde se efectúa la transformación de la energía luminosa en energía de enlace químico. A través de una variedad de reacciones químicas, la energía de enlace se utiliza en la síntesis de numerosas moléculas diferentes. Una de las más importantes es el monosacárido glucosa. A su vez, esta misma molécula puede ser partida dentro de la célula y su energía de enlace se puede utilizar en otras actividades, dentro de la célula o del organismo. Todo este proceso de transformar la energía luminosa en energía de enlace químico, más el proceso de síntesis, recibe el nombre de fotosíntesis.

6 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 6 Las células heterótrofas carecen de cloroplastos, de ahí que no pueden efectuar la transformación de energía de enlace químico. Por lo tanto, estas células siempre deben tener una adecuada provisión de moléculas alimentarias, tales como: Los azúcares o carbohidratos, lípidos y aminoácidos. La energía se tiene cuando las células desensamblan en las moléculas y utilizan la energía de los enlaces. Este proceso se llama respiración. Lo más importante, en este proceso de transformación de energía, es la intervención de todo un equipo de enzimas, las cuales permiten ejecutar estas acciones a baja temperatura y controlar a la vez estas reacciones. Las células autótrofas y heterótrofas son mutuamente dependientes. Las autótrofas necesitan del CO 2, en su actividad sintética y en la mayoría de los casos, dan oxígeno como subproducto. Las células heterótrofas necesitan la energía de las moléculas alimentarias que han sido elaboradas por las células autótrofas. Las células heterótrofas tienen respiración anaerobia y dependen del suministro constante de oxígeno. El CO2 es un subproducto de las células heterótrofas. Por lo tanto, este producto se reintegra a la atmósfera para el mantenimiento de las células autótrofas. CAPÍTULO 6 Moléculas maestras controlan la célula 1. Explicar qué parte de la célula controla las principales actividades de ésta. 2. Explicar qué relación tiene el núcleo de la célula con la producción de enzimas. 3. Describir el papel de los ácidos nucleídos, DNA y RNA, en la síntesis de proteínas. 4. Explicar de qué depende el control de la producción de proteínas. Qué controla a la célula los cromosomas del núcleo o las enzimas de citoplasma? La respuesta no fue aclarada, sino hasta la década de Entonces, como resultado de una serie de investigaciones clave, se señaló al núcleo o más bien al DNA en él, como el principal centro de control celular. Posteriormente, en la década de 1960 se obtuvieron unos resultados que venían a confirmar, por lo general, estas observaciones. Sin embargo, son varios los factores del citoplasma o del exterior celular que pueden influir y regular la actividad del DNA, que se encuentra en el núcleo. Cómo puede el DNA controlar la célula, si sabemos que las enzimas son las que regulan toda la actividad celular? Los trabajos de Beadle y Tatum, conocidos en 1941, guiaron a los investigadores a la resolución de este dilema. Estos investigadores demostraron una relación definida entre las enzimas y los genes (estos últimos están en los cromosomas del núcleo). Específicamente encontraron que si un gen del núcleo era dañado, una enzima desaparecería del citoplasma celular. Posteriormente, cuando se descubrió que los genes estaban constituidos por DNA, puede interpretarse de la siguiente manera: "Al dañar el DNA de un gen, se destruye en una enzima".

7 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 7 Usando el modelo de Watson-Crick del DNA, se ideó un modelo para explicar cómo el DNA es, finalmente, el responsable de las cadenas de los polipéptidos que, al unirse, formar las enzimas. Este modelo se llama "modelo de síntesis proteica". El DNA se desensambla permitiendo así la formación del nucleótido RNA. Más tarde el RNA que se "desliga", transporta el mensaje para complementar, en orden, los nucleótidos del DNA; se llama RNA mensajero. El RNAm emigra del núcleo al citoplasma, para formar cadenas sobre los ribosomas. Otras formas más pequeñas de RNA, denominadas RNA de transferencia, se unen a cualquiera de los 20 diferentes aminoácidos. Cada RNA tiene tres nucleótidos libres que van a reunirse con una sección complementaria de una molécula del RNAm. Esta unión se efectúa con ayuda de los ribosomas. Durante el proceso, los diferentes aminoácidos están ordenados de acuerdo con el orden de los nucleótidos de la molécula RNAm aunque en realidad, esta especificación está dada por el DNA del cual fueron copiados. Luego, al romperse el RNAt deja que la cadena de aminoácidos se una. De esta manera, un orden de nucleótidos y las moléculas de DNA especifique el orden de los aminoácidos en un polipéptido. La secuencia de los nucleótidos, contenida en un código determinado para un polipéptido, se considera ahora que es un gen. Qué controla el DNA? Una respuesta adecuada. El modelo operón ha ayudado a saberlo. En la década de 1960 se ha aprendido algo al respecto. CAPÍTULO 7 La vida se reproduce 1. Explicar la reproducción de moléculas 2. Explicar la reproducción de organoides celulares 3. Explicar la reproducción celular 4. Diferenciar la reproducción sexual y asexual 5. Describir la meiosis Las células y los organismos sucumben por la acción de las fuerzas que causan desorden en el Universo. La materia viviente persiste por la capacidad de reproducirse. Se estudió, a nivel nuclear, el mecanismo por el cual se reproducen por sí mismos los ácidos nucleídos; mediante el modelo de la síntesis proteica hemos visto cómo los ácidos nucleídos rigen la reproducción de las proteínas. La reproducción de otras moléculas, como los carbohidratos y grasas, está, en teoría, ligada a los ácidos nucleídos; éstos rigen la síntesis de las proteínas, algunas enzimas, éstas ensamblan todas las moléculas que se producen en la célula. Se sabe muy poco de la reproducción de los organoides celulares. Se ha visto que las mitocondrias, centriolos y cloroplastos se dividen. El estudio del organoide DNA, sugiere que los organoides, pueden ser independientes del control del DNA nuclear.

8 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 8 Las células se reproducen a sí mismas por escisión. La división celular se llama mitosis, en este proceso el material genético de los cromosomas se duplica. Hay tres modelos básicos de reproducción asexual. El primero es la reproducción vegetativa, se presenta tanto en vegetales como en animales. El segundo es la regeneración, una forma especial de reproducción vegetativa, por la cual un fragmento de organismo puede desarrollar un individuo completo. Por último, tenemos la reproducción por esporas; ésta se realiza cuando los organismos producen células especializadas que originan directamente otros individuos. La reproducción sexual se realiza cuando los núcleos de dos gametos se fusionan y desarrollan un nuevo individuo. El individuo es "nuevo", en el sentido de que tiene su propio y único juego de DNA. El proceso de la meiosis produce los gametos, prerrequisito necesario de la reproducción sexual. En este proceso los gametos van provistos de la mitad del juego de cromosomas normales y evitan, de esta manera, la multiplicación de los juegos de cromosomas al fusionarse los gametos. Cuando los organismos se reproducen sexualmente, los genes se dispersan ampliamente a través de la población UNIDAD III MODELOS DE CAMBIO Cómo se podrían explicar las manchas y el cuello largo y las jirafas? Con este tipo de pregunta nos introducimos al tercer tipo de pregunta que los biólogos hacen. Las otras dos preguntas qué es? Y cómo trabaja? nos han conducido a comprender la estructura y la función, respectivamente. Una vez que se ha conocido una estructura y aclarado un mecanismo, sólo es lógico el tener que admirar, como llegó a existir tal como es. La pregunta se puede hacer diferentes maneras: Cómo podemos explicar una estructura? o bajo qué condiciones se originó? Y con términos semejantes, cómo llegaron a obtener las manchas y su cuello largo las jirafas? o cómo los mamíferos llegaron a tener pelo y los peces escamas? o por qué los pinzones tienen picos tan diferentes? Al preguntar: Cómo aconteció? Los biólogos implican que explicación válida se puede dar a esas preguntas; más aún, esas preguntas implican que deberán ser de naturaleza histórica. Se en otras palabras, para encontrar una explicación a esas preguntas se debe mirar hacia atrás a través de la historia de la vida. El hecho más impresionante acerca de la vida en nuestro planeta, es el de los vastos cambios que han ocurrido. Qué clase de evidencias han encontrado los biólogos para apoyar su teoría que la vida ha estado bajo grandes cambios? Qué fuerzas son la causa de que sus cambios ocurran? La más importante, cómo se originó la vida? Estas preguntas son la base de esta unidad. CAPÍTULO 8 Evidencias de transformación

9 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 9 1. Explicar por qué se dice que la vida ha cambiado, a través de su historia. 2. Mencionar las pruebas directas que confirman y apoyan la evolución. 3. Mencionar las pruebas indirectas que apoyan la evolución. Los biólogos tienen pruebas que demuestran que, en la biosfera y en todos los niveles de organización se han experimentado cambios. Esta idea contrasta de manera violenta con la idea primaria de que las poblaciones de especies formaban una entidad fija e inmutable. La idea que establece que las especies no deben y no pueden cambiar, está fuera de época. Hay dos tipos básicos de evidencia que muestran los cambios en las poblaciones de especies. La evidencia directa se puede ver o sentir. Los fósiles dan la mejor evidencia directa de cambios efectuados en las especies. Observaciones contemporáneas, como la de la población de la polilla moteada, muestran que los cambios pueden ocurrir aun en períodos de tiempo relativamente cortos. Otra prueba de que cambien las especies puede ser obtenido, estudiando las especies domésticas. Desde hace unos cuantos miles de años el hombre ha causado, deliberadamente, la evolución de muchas especies de plantas y animales. Se debe ser cauto con el doble uso del término "evolución". Literalmente, la palabra significa "cambio". Cuando este término se aplica a especies, tenemos pruebas para decir que la evolución ha ocurrido y continúa ocurriendo. Allí también la teoría de la evolución, que establece que todas nuestras especies modernas son los descendientes modificados de especies que vivieron en el pasado. La teoría establece que todas las especies de hoy en día han evolucionado a partir de antepasados que originalmente se formaron bajo condiciones naturales. Por eso, es importante diferenciar lo que se refiere al "hecho" y lo que se refiere a la "teoría" de la evolución. Al lado de la evidencia directa hay más evidencias indirectas para apoyar la teoría. Las estructuras homólogas es decir, estructuras semejantes en especies relacionadas y los caracteres distintivos embrionarios, son justamente dos ejemplos de esa evidencia indirecta. La mejor evidencia indirecta es la unidad en la estructura y función, que encontramos en todos los organismos. CAPÍTULO 9 Darwin y la selección natural 1. Mencionar a la selección natural como el mecanismo real por el que evolucionará las especies.

10 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA Explicar como llegó Darwin a concluir el principio de la selección natural. Una cosa es, reconocer que ocurran cambios en las especies y otra, muy diferente, es explicar el mecanismo de estos cambios. Han sido expuestos los mecanismos para explicar la evolución de las especies. El mecanismo de Lamarck sostiene que los organismos adquieren adaptaciones a su medio ambiente y que éstas pasan a sus descendientes. El mecanismo darwiniano, ha sido comprobado por numerosos experimentos y se considera como un hecho científico por la mayoría de los biólogos. El viaje de Darwin, alrededor del mundo, le ayudó a prepararse para estudiar la evolución del mecanismo que la produce. Sus observaciones sobre las especies de las islas cercanas a tierra firme y las secuencias de fósiles en las capas de las rocas, le convencieron de que la evolución debería ser tomada en cuenta para la comprensión de las especies actuales. Su lectura del ensayo de Malthus y su estudio de las poblaciones domésticas, que ayudaron a comprender que ciertos descendientes de una población podían tener adaptaciones que les serían favorables. Su teoría de la selección natural significa que unos individuos de una población están más capacitados para dejar descendencia que otros. Darwin es un hombre excepcional, que dedicó gran parte de su vida a acumular abundantes pruebas en apoyo de su teoría, por esta razón, antes de que publicara su teoría Alfred Wallace llegó a la misma conclusión. Darwin quedó asombrado ante este hecho, pero sus primeros trabajos no publicados así como todo el grueso de sus evidencias sustanciales, le hicieron merecedor al reconocimiento del mundo científico como el principal autor de la teoría. Hoy, después de un siglo de haber sido publicada la teoría de Darwin de la selección natural, se considera esta como el más importante principio explicativo en biología. 1. Mencionar las fuentes de variación. CAPÍTULO 10 Evolución una perspectiva moderna 2. Explicar cómo se originan las nuevas especie. 3. Explicar cómo se originó la vida. Las contribuciones de Darwin a la teoría evolutiva originaron problemas tales como: Cuáles causas ocasionaron la variación en las poblaciones? Cómo surgen nuevas especies? Cómo se originó la vida? La mutación es básica en las variaciones de un grupo o población, puede ocurrir en el DNA por la duplicación de series completas de cromosomas. Este último tipo de votación se llama poliploide. El origen de las especies, es un título erróneo, ya que en él nos explica cómo se originan las especies. Investigaciones en especies de las remotas o archipiélagos, han

11 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 11 permitido saber que el aislamiento geográfico, permite multiplicar las especies. Ya que ésta desarrolló un mecanismo de aislamiento que impide la hibridación entre los padres de la población. Si dos especies viven en contacto, no deben competir por el mismo nicho. El origen de la vida entregado al hombre. Los biólogos se han interesado en hipótesis comprobables en el laboratorio. Se ha tratado de demostrar la generación espontánea, obteniéndose resultados contradictorios. La hipótesis de Oparin es la más aceptada. Después del experimento de Miller, se sumaron mayor número de adeptos a esta hipótesis. Las investigaciones de Fox han dado algunos resultados positivos, a sintetizar moléculas biológicas en condiciones similares a las que presentaba la tierra en sus primeras etapas. No obstante, los biólogos aún están muy lejos de crear células a partir de materias sin vida. CAPÍTULO 11 El orden salió del caos 1. Mencionar cuales son las bases necesarias para la clasificación de un organismo en un sistema taxonómico Durante los 2,500 millones de años que probablemente tiene la vida de existir, las fuerzas evolutivas han producido un gran número de especies. Con la taxonomía se trata de ordenar la aparente dispersión de organismos. Los taxonomistas usan sistemas de clasificación basados en que, unos organismos son más parecidos a otros y los agrupan en categorías. Los primeros consideraron la estructura superficial para la clasificación. Los taxonomistas de los siglos XVII y XVIII los clasificaron de acuerdo con los sistemas naturales. Éstos estuvieron basados en semejanzas estructurales de los organismos. Los taxonomistas modernos utilizan, modificado, el sistema de clasificación propuesto por Linnaeus en Actualmente, los organismos se agrupan por relaciones evolutivas. Los organismos, con relaciones evolutivas más estrechas, se agrupan juntos y los que presentan relaciones más distantes se agrupan separadamente. Los rasgos taxonómicos recomendados por Linnaeus, han sido incorporados a las clasificaciones modernas. Los organismos agrupan en jerarquías filogenéticas, siendo un sistema de categorías más específicas. Las principales categorías en orden descendente son: Reino, phylum, clase, orden, familia, género y especie. Con el sistema binomial de Linnaeus se identifiquen las especies con dos nombres en latín. El primer nombre se llama género, se escribe con letra mayúscula y cursiva; el segundo nombre, la especie, con letra cursiva minúscula. Todo sistema de clasificación siempre se discute. Un problema de discusión lo proporcionan los organismos unicelulares, ya que no se pueden clasificar como plantas ni como animales. El sistema que sigue a este capítulo es el que clasifique mejor las especies, de acuerdo con el criterio de bastantes biólogos contemporáneos

12 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 12 PARTE II Modelos de Estructuras y Función en los Organismos Tres funciones básicas transformación de energía, regulación y reproducción se efectúan dentro de la célula. Pero, ahí son huéspedes de otras funciones que también se efectúan dentro de los organismos, siempre que las tres funciones básicas continúen normalmente. Estas otras funciones junto con sus estructuras asociadas, forman el contenido que se va a estudiar en la Parte II. Las funciones de transporte son un grupo de funciones vitales dentro de los organismos. Cuando la energía se transforma en la mitocondria de células heterótrofas, puede estar presente el oxígeno. Cómo llegó ahí? Sabes cómo comenzó su viaje hasta la célula de un organismo como el tuyo. Es inhalado de la atmósfera por las funciones combinadas de la respiración, músculos asociados y conductos pulmonares. Pero eso es solamente el comienzo. El oxígeno pudo ser absorbido por la sangre y transportado, sondeando el sistema, hasta llegar al medio ambiente inmediato de la célula. Entonces se mueve desde el ambiente exterior de la célula, cruza la membrana celular y entra en la mitocondria. Esto es efectivamente un viaje y en caso que algunas de las funciones se perturben, impedirá el transporte de esta materia vital y cesará la transformación de la energía. El resultado es un completo desorden, es decir, la muerte. Hay otros tipos de funciones tan importantes, tales como las funciones de transporte. Las funciones de la digestión preparan grandes cantidades de moléculas de comida para que puedan ser absorbidas y transportadas por las células. Muchas funciones importantes están complicadas en la comunicación de miles, millones o billones de células que componen los organismos multicelulares. Muchas de estas funciones se efectúan por células especializadas de un sistema nervioso. Otras funciones transmisoras son efectuadas varios mensajeros químicos, tal como el sistema endócrino productor de hormonas. También hay funciones de defensa y reparación, las cuales permiten al organismo expulsar a los invasores exteriores y reparar el daño causado por cada uno de ellos. UNIDAD IV La Vida en sus Formas más Simples En el siglo XVII, Leeuwenhoek descubrió un hecho importante sobre la vida en la Tierra: La mayor parte es invisible. Cuando examino sus raspaduras dentales al microscopio halló que, todas las personas que viven en la Unión de Países Bajos no son tan numerosos como los animales que viven y transporto cada día en mi propia boca. Desde los hallazgos de Leeuwenhoek, la microbiología ha progresado como una importante rama de la biología. De esta unidad entenderá por qué el estudio de los

13 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 13 microbios es importante primero, se estudiará el campo de los virus, partículas diminutas que representan el umbral de la vida. Las investigaciones con virus han originado conocimientos médicos de gran valor y nos han ayudado a comprender el control de los mecanismos celulares de importancia fundamental en todos los campos de la biología. Después de los virus, estudiará las bacterias y otros organismos unicelulares. Estos microorganismos son importantes por sí mismos; más desde el punto de vista experimental, porque su estructura celular se adapta directamente a cualquier circunstancia que el investigador desee crear. Verá como los microbios han ayudado a que los biólogos comprender los procesos celulares, como los que se efectúan en los organismos más complejos. CAPÍTULO 12 El umbral de la vida 1. Mencionar cuáles son los microorganismos que se consideran en el umbral de la vida es decir; entre lo vivo y lo no vivo. 2. Explicar el papel de los virus en la naturaleza, como causantes de enfermedades a animales, plantas y el hombre. 3. Mencionar como se ha logrado el control de algunas enfermedades causadas por virus. El nombre de virus data de algunos cientos de años, cuando los médicos asociaron los virus con líquidos infecciosos secretados de las llagas y otras lesiones. En el siglo XIX y a principios del actual, el término virus era aplicado a una sustancia desconocida que se deslizaba a través de los filtros más finos conocidos entonces. Luego, con la obtención de filtros más finos se encontró que, el virus era una partícula extremadamente pequeña. A esto siguió el trabajo de Wendell Stanley; demostró que el virus podría ser cristalizado y aun así, mantener sus propiedades infecciosas. El conocimiento de la naturaleza de los virus resulta de los experimentos que revelan su estructura química y las funciones de las partes que lo constituye. La partícula viral es la unión de proteína y ácido nucleído DNA o RNA, según el tipo de cada virus. La proteína y el ácido nucleído complejo pueden tener una de las tres clases básicas de simetría. Además, pueden ser incluidas dentro de la partícula otras sustancias tales como materias grasas. El componente infeccioso de un virus es el ácido nucleído. Éste invade la célula donde se reproduce y su código es traducido por la maquinaria de síntesis de las proteínas de la célula. Las proteínas específicas de la cubierta son sintetizadas, así como un número variable de enzimas. Después de corto tiempo, algunas moléculas de proteínas se agrupan alrededor de bandas del ácido nucleído viral. Esto da lugar a virus de formación reciente y a la muerte de la célula invadida. No todas sucumben inmediatamente a las acometidas de la molécula. Los experimentos

14 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 14 con células bacteriales, han demostrado que algún DNA viral puede ser retenido, dentro de la célula, sin reproducirse ni causar daño. Esas células lisogénicas pueden ser destruidas, cuando ciertos agentes físicos hacen que el ácido nucleído viral se torne activo. El control de las enfermedades virales ha sido el objetivo de los virólogos. El desarrollo de vacunas del virus se detuvo, por la falta de técnicas adecuadas de cultivos, pero con el desarrollo de las técnicas en embriones de pollo y de cultivos de tejidos y, más tarde, en unión de los antibióticos bacteriales se desarrollaron vacunas para la mayor parte de las enfermedades virales. CAPÍTULO 13 La vida en las células más simples 1. Explicar los mecanismos de asimilación y desecho de las células autótrofas y heterótrofas. 2. Explicar el transporte de las partículas alimenticias, en términos de los fenómenos físico-químicos de: difusión, osmosis y diálisis. 3. Explicar el proceso de digestión en las células en relación con la acción de las enzimas. 4. Describir los ciclos del carbono y del nitrógeno. 5. Explicar qué tipo de relaciones físicas pueden establecer los microorganismos entre sí o con macroorganismos Los microorganismos brindan, al biólogo, la oportunidad de estudiar la vida en las formas más simples. Los procesos de que se valen los microorganismos, para digerir y transportar los materiales a su medio y en su medio, son de gran interés en la investigación biológica. Los microorganismos son importantes por las relaciones que, dentro de la biosfera tienen con otros organismos. Todo organismo, unicelular o pluricelular debe ser capaz de intercambiar sustancias con su medio ambiente. Además, debe ser capaz de mover las sustancias necesarias hacia las áreas donde se precisen. Éste se llama problema de transporte. El proceso de difusión es el mecanismo principal con el que los organismos más simples resuelven el problema de transporte. También se toma en cuenta el transporte por flujo. Todas las células están rodeadas por una membrana citoplásmica semipermeable que controla la entrada y salida de los materiales de todas las células. Muchos microorganismos toman de su medio ambiente sus sustancias alimentarias. Éstas, en muchos casos, se deben desintegrar en compuestos químicos más simples para que se puedan transportar utilizar por la maquinaria celular. Este proceso se llama digestión. Los microorganismos, efectúan su digestión de dos maneras: a) La digestión extracelular, las enzimas son secretadas en el medio ambiente para digerir el alimento

15 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 15 fuera de la célula; b) la intracelular, los alimentos son digeridos en vacuolas que se mueven en la célula. El cómo funcionan las enzimas es la célula ha sido parcialmente resuelto al investigar los lisosomas. Los microorganismos son muy importantes a pesar de su tamaño y grado de organización. Su trabajo ayuda a regenerar el bióxido de carbono de la atmósfera. El papel de los microorganismos en el ciclo del nitrógeno, es el de proporcionar moléculas nitrogenadas, tanto los animales como los vegetales. Las relaciones bióticas son variadas y abundantes. Muchas de las relaciones bióticas de estos diminutos organismos aún no son totalmente conocidas. CAPÍTULO 14 Los organismos simples se reproducen 1. Describir la reproducción de las bacterias de forma asexual: por fisión binaria y geminación y en forma sexual; por transformación, conjugación y trasducción. 2. Describir cómo se forma las endosporas. 3. Describir las diferentes formas en la estructura de las bacterias; cocos bacilos y espirilos. 4. Describir la reproducción asexual de las algas azul y la alteración de reproducción asexual y sexual de algas verdes y hongos. 5. Explicar la alternancia de reproducción sexual y asexual en algunos protozoarios. Los organismos simples ofrecen una oportunidad única para estudiar los mecanismos de la reproducción. Las bacterias y las algas azul-verdes carecen de un motivo bien definido y la división de sus células no se lleva a cabo por la mitosis; se reproducen sexualmente por la escisión de la célula. Los biólogos no están seguros de cómo se maneja el material genético, para ser distribuido equitativamente entre las dos células hijas que resultan de esa división. Las poblaciones de bacterias obtenidas en laboratorio, han sufrido procesos ocasionan una nueva combinación de genes. Por el proceso de transformación, el DNA de una célula es absorbido incorporado al DNA de la otra, resultando así una alteración de las propiedades genéticas de las células receptoras. Ciertas cepas de bacterias intercambian material genético por conjugación. El cromosoma bacterial de una célula pasa, a través de un puente citoplásmico, a la otra célula. El DNA o RNA viral llega por transducción a adherirse a los cromosomas bacteriales, que funcionaría como suplemento del propio complemento del DNA de la célula bacterial. Otras algas, hongos y protozoarios muestran una variedad de modelos de reproducción. Sin embargo, muchos de ellos alternan una fase sexual con otra asexual.

16 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 16 Además del arte alternancia asexual y un sexual, ciertos microorganismos parásitos alternan entre dos o más huéspedes. Un ejemplo de ellos es el plasmodium, protozoario parásito que causa la enfermedad de la malaria. Este organismo completa su fase sexual de reproducción dentro del mosquito anopheles huésped primario. La fase asexual puede completarse dentro del hombre huésped intermediario. UNIDAD V Animales y planta: conservación del individuo El individuo, vegetal o animal, es una compleja masa de células eficientemente organizadas en tejidos, órganos y sistemas de órganos. La mayor parte de esta compleja maquinaria está destinada para el servicio de la célula, que consiste en abastecerle materiales nutritivos y oxígeno. Además, el bióxido de carbono y desperdicios deben eliminarse de la célula para evitar que se acumulen y la destruyan; si se logra que las células mantengan ese equilibrio, automáticamente se logra la conservación del organismo completo. En la Unidad Cinco estudiaremos tres funciones principales qué sirven tanto para la conservación de las plantas como de los animales: Digestión, transporte e intercambio gaseoso. Necesariamente hay muchas limitaciones en este breve estudio de esas funciones. Tan sólo en los animales existen variados sistemas de transporte. Todo el capítulo podría llenarse con un solo tema. Aquí sólo podremos discutir unos cuantos ejemplos de cada sistema: Digestión, transporte e intercambio de gases. Al tratar cada uno de los sistemas daremos especial importancia a sus relaciones con el organismo humano. CAPÍTULO 15 Modelos de Digestión 1. Describir la digestión de algunos organismos unicelulares y pluricelulares. 2. Exponer los problemas que surgen en los organismos, cuando aumentan de tamaño e incrementan el número de sus células. 3. Mencionar cómo se lleva a cabo la digestión en animales como la esponja, la hidra y la lombriz de tierra. 4. Describir el proceso digestivo en el hombre. 5. Explicará cómo se lleva a cabo la digestión en las plantas, especialmente en las plantas carnívoras. Todos los organismos vivientes, para que puedan seguir viviendo necesitan material nutritivo. La digestión es el proceso por medio del cual el material nutritivo se hace

17 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 17 asimilable a todas las células del organismo. En los organismos unicelulares, el material nutritivo se difunde directamente o es fagocitado por la célula. En los animales multicelulares hay una gran variedad de adaptaciones que intervienen en la desintegración física y química de los alimentos, para que puedan ser asimilados por todas las células del organismo. Hay animales como por ejemplo la hidra y las esponjas que aunque son multicelulares no tienen tejidos especializados para el proceso de la digestión. La lombriz de tierra tiene un aparato digestivo de una sola vía, como el que se ve en los animales superiores, sólo que mucho más simple. Sin embargo, lo básico en el proceso de su digestión es parecido en todos los organismos multicelulares. Si hacemos una comparación del aparato digestivo de la esponja, la hidra, la lombriz de tierra y el hombre, estructuralmente encontramos grandes diferencias, pero se pondrá de relieve la semejanza química en todo el proceso. En los organismos multicelulares más complejos se encuentra un sistema hormonal y nervioso que en realidad controla todo el proceso digestivo. De esta manera se coordinan un gran número de partes y órganos del aparato digestivo. El proceso de la digestión también se realiza en todas las plantas. En la mayoría de los casos, la digestión se lleva a cabo por la desintegración de los alimentos almacenados en la planta, que ella misma sintetizó. Sin embargo, las enzimas, los sustratos sobre los que actúan y los productos finales son semejantes a los que se encuentran en los animales. Las plantas carnívoras combinen el sistema autótrofo de las plantas verdes con el sistema heterótrofo de los animales. Así también, los hongos carnívoros combinan el sistema heterótrofo de las plantas verdes carnívoras con el heterotrofismo característico de los hongos. CAPÍTULO 16 Transporte en los animales 1. Mencionar la existencia de la circulación de líquidos orgánicos, por ejemplo la sangre. 2. Describir la circulación en animales simples como: esponja, hidra, gusanos planos y anillados. 3. Explicar la composición y funciones de la sangre. 4. Describir los elementos y el funcionamiento de la circulación en el hombre. 5. Mencionar la existencia del sistema linfático En los organismos multicelulares el sistema de transporte abastece lo esencial para la vida de cada célula; se efectúa en parte por medio de un fluido interno, como el agua del medio exterior que es llevada hacia el interior del animal, como la esponja; o puede

18 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 18 ser complejo como la sangre humana, donde cada componente tiene una función específica. La mayoría de los animales tienen un sistema para mover el fluido a través de los canales del sistema, éste varía desde las células aisladas especializadas hasta el órgano de cuatro cámaras, el corazón de los mamíferos. El sistema de transporte humano lleva los alimentos y oxígeno a las células del cuerpo y además ayuda a realizar otras funciones, como la regulación de la temperatura, la protección contra las enfermedades, etc. CAPÍTULO 17 Transporte de plantas 1. Describir el transporte o circulación en las plantas. 2. Mencionar cómo se lleva a cabo la transpiración en las plantas. 3. Mencionar cómo se lleva a cabo la absorción del agua y sales minerales en las plantas. 4. Señalar cuáles son los tejidos o estructuras que intervienen en la circulación, transpiración y absorción de plantas Los sistemas de transporte en las plantas son usados para qué las materias primas se muevan hacia los centros fotosintetizadores y los alimentos elaborados hacia todas sus partes. Las plantas tienen un sistema de vasos y se llaman plantas vasculares. Los vasos transportadores llevan el agua, los minerales, moléculas alimentarias y otras sustancias a todas las partes de la planta. Las dos clases de tejido vascular son el xilema y el floema. El agua viaja llevando minerales disueltos, desde la raíz hacia arriba por el xilema. Los alimentos que han sido elaborados por las células autógrafas de las hojas se mueven hacia abajo por el floema. El tallo leñoso revela células y estructuras que ayudan al transporte o almacenamiento de los materiales en las plantas; estas estructuras incluyen los radios vasculares, la médula y la corteza. El movimiento del agua, desde el suelo hacia las hojas, puede ser probado experimentalmente; la explicación debe tener como razón principal las propiedades coherentes del agua. La transpiración, por medio del cual el agua abandona la planta mientras otras moléculas de agua reemplazan, es la clave del transporte ascendente de la planta. CAPÍTULO 18 Sistema para el intercambio de gases

19 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA Mencionar las diferentes estructuras, tejidos, órganos o sistemas que actúan en la respiración de diferentes animales: simples y superiores. 2. Establecer semejanzas y diferencias entre la respiración de la lombriz de tierra, el saltamontes y la langosta. 3. Establecer semejanzas y diferencias entre la respiración de peces y anfibios. 4. Describirá los elementos y funciones de la respiración en el hombre. 5. Describirá la respiración en las plantas. Los sistemas para el intercambio de gases son necesarios cuando las células están alejadas del medio y no tienen posibilidades de tomar directamente el oxígeno por difusión. Estos sistemas pueden estar adaptados para tomar el oxígeno del aire o del agua. En ambos casos, el órgano que interviene está recubierto por una membrana húmeda que permite la difusión del oxígeno y además, tiene un área grande para absorber la cantidad de oxígeno necesaria al organismo. Entre varios tipos de órganos desarrollados para facilitar el intercambio de gases tenemos las branquias y los pulmones. Cada uno contiene gran número de capilares que remueve el oxígeno absorbido. El movimiento del oxígeno desde el medio hasta las células se realiza por el gradiente de difusión entre el medio, las células en el mecanismo de la respiración y las células del cuerpo del individuo. El aparato de la respiración en el hombre está protegido contra los invasores que entran procedentes del medio. La velocidad de respiración está regulada por sustancias químicas y por factores emocionales. La respiración libera la energía para sintetizar varios componentes celulares y otras actividades. La energía requerida en las plantas no es tan grande como en los animales. La respiración anaerobia proporciona toda la energía para algunas plantas y parte para otras. UNIDAD VI plantas y animales: regulación interna del individuo Si un mosquito nos pica el cuello, después de una fracción de segundo le damos un manotazo. La pequeña mancha de sangre queremos indica que el mosquito tuvo tiempo de picar. Probablemente lo olvidaremos pronto, ya que en uno o dos días se habrá formado un nuevo tejido y toda señal de su picadura habrá desaparecido. Este hecho trivial, como otros muchos, ocurren con frecuencia en la vida; si meditamos un poco en la importancia real de este hecho, veremos que innumerables millones de células proceden a una acción inmediata y coordinada. En realidad, no nos damos cuenta de esto y a continuación y sin ningún esfuerzo consciente de nuestra parte, entran en acción otras células y mecanismos químicos cerrando herméticamente la grieta del sistema vascular. Otras células responden a la alarma e inmediatamente van al área del piquete y engloban todos o casi todos los microorganismos que hubieran penetrado. Más aún, otra célula se reúnen alrededor de la zona dañada y que en nuevo material para tapar la brecha, mientras las células del borde lesionado, se divide en el trabajo para sellar el agujerito.

20 UDC, ASESORÍAS PREPA ABIERTA 20 Qué es lo que mueve estos mecanismos vitales para entrar en acción? Cómo están reguladas las actividades diversas de los tejidos y órganos? Estas y otras preguntas, en relación con la asombrosa capacidad del individuo, para regularse asimismo, se estudiarán en esta unidad. CAPÍTULO 19 Estabilidad interna del organismo 1. Mencionar al control de la temperatura de la piel y al de la eliminación de desechos como mecanismos que mantienen la estabilidad del individuo 2. Describir los mecanismos de coagulación y cicatrización. 3. Explicar el funcionamiento de los glóbulos blancos en infecciones. 4. Describir el funcionamiento del sistema linfático. 5. Explicar el funcionamiento de los anticuerpos. En el organismo animal hay miles de mecanismos que mantienen el medio interno en condiciones estables. Los biólogos modernos les llaman mecanismos homeostáticos. En este Capítulo se han estudiado algunos muy importantes. Una temperatura interna estable, es un prerrequisito para que los animales puedan mantener su actividad, en y más variables. En el hombre, una elevación de temperatura a más de 39 C, puede producir daños irreparables en las proteínas. Las temperaturas más bajas ocasionan una disminución en las reacciones químicas, que trae consigo una disminución en las actividades del organismo. En muchos animales la piel es un órgano muy importante para mantener estable su temperatura interna. La eliminación de desechos es otro importante proceso homeostático. El nefrón funciona individualmente en los animales inferiores y colectivamente dentro de los riñones, en los animales superiores es responsable de la purificación de los fluidos. Un nefrón es un tubo a través del cual pasa la mayoría de los componentes del fluido del cuerpo. Las células del nefrón permiten la difusión de las sustancias útiles del fluido del cuerpo para que, después, regrese la circulación general. Cualquier sustancia de desecho, primero es retenida en el nefrón y finalmente, es expulsada del cuerpo. Los organismos pueden reparar por completo los daños que sufren partes de su propio cuerpo, mediante diversos mecanismos homeostáticos. Siempre hay un mecanismo encargado de reparar las pequeñas cortaduras o pinchazos de la cubierta o piel de un organismo. Hay un mecanismo de coagulación que ayuda a evitar grandes pérdidas del fluidos del cuerpo cuando sufre un daño. Otra función hidrostática es la captura de los invasores del organismo que, si se multiplican, crean desórdenes dentro del medio interno. Los fagocitos desempeñan un papel muy importante en la defensa del organismo al fagocitar los invasores. Un mecanismo más complejo para realizar la misma función, lo efectúan los anticuerpos.