HUELLAS [4]ES BIOLOGÍA INTERCAMBIOS DE MATERIA Y ENERGÍA, DE LA CÉLULA AL ECOSISTEMA Noemí Bocalandro Débora Frid Laura Socolovsky Coordinación: Laura Fumagalli
ÍNDICE Para aprovechar este libro... 8 Introducción Los seres vivos: unidad y diversidad La biodiversidad... 10 Historia de las ideas sobre el origen de la diversidad biológica... 11 Las características de los seres vivos... 12 Acerca del origen de la vida... 14 Una experiencia que dio sustento a la teoría de Oparin-Haldane... 14 Qué estudia la biología... 15 Los seres vivos como sistemas... 16 En este libro... 17 BLOQUE 1 LOS ORGANISMOS COMO SISTEMAS ABIERTOS Capítulo 1 La nutrición en los organismos pluricelulares La clasificación biológica... 20 Los niveles de organización de la materia en los seres vivos... 21 Homeostasis Un ejemplo de mecanismos homeostáticos: la termorregulación... 22 La nutrición en la diversidad biológica... 23 La obtención de biomoléculas en los organismos autótrofos... 23 La obtención de biomoléculas en los organismos heterótrofos... 23 La obtención de energía en autótrofos y en heterótrofos... 23 La nutrición en los animales... 24 Diversidad de sistemas de nutrición simples en algunos invertebrados... 24 Animales con sistemas digestivos completos... 25 Los sistemas de nutrición en los vertebrados... 26 Propuesta de actividades... 28 Propuesta de actividades... 29 Intercambio de materia y energía en los organismos 29 Capítulo 2 La nutrición en el organismo humano. Digestión y respiración El organismo humano como sistema abierto... 30 Un sistema complejo... 30 Un sistema coordinado: la especialización... 31 Funciones y sistemas de nutrición... 32 La digestión... 33 El sistema digestivo... 34 Un proceso, distintos tipos de transformaciones... 35 El proceso digestivo se inicia en la boca... 35 La digestión química continúa en el estómago... 36 La digestión finaliza en el primer tramo del intestino delgado... 36 La absorción de nutrientes en el yeyuno y el íleon... 37 En el intestino grueso se completa la absorción... 38 El hígado... 38 La vesícula... 38 El páncreas... 38 El transporte de los nutrientes... 39 La regulación de la digestión... 40 La respiración... 41 La respiración y la composición del aire... 41 El sistema respiratorio... 42 El mecanismo de la respiración... 43 Frecuencia respiratoria... 43 El recorrido del aire... 44 En los pulmones... 45 En los alvéolos, los intercambios gaseosos... 46 Un principio físico que permite explicar los intercambios gaseosos... 47 Un ejemplo de regulación: la respiración en la altura... 48 Propuesta de actividades... 49 Propuesta de actividades... 50 Análisis de un experimento histórico sobre la digestión... 50 La relación entre la morfología de los pulmones y su función... 51
Capítulo 3 La nutrición en el organismo humano. Circulación y excreción La circulación... 52 El sistema cardiovascular... 52 La estructura y el funcionamiento del corazón... 54 El control del ritmo cardíaco... 55 El recorrido de la sangre por el cuerpo... 56 La composición de la sangre... 57 Características y funciones de los leucocitos... 58 Los glóbulos rojos... 59 Las plaquetas... 59 Alteraciones cardiovasculares... 60 Cómo prevenir las enfermedades cardiovasculares... 61 El sistema linfático... 63 Recolección del líquido intercelular... 63 La excreción... 64 El agua en el cuerpo... 64 La excreción en el sistema urinario... 66 Estructura interna y funcionamiento de los riñones... 67 La eliminación de la orina... 68 La composición de la orina... 68 Las deficiencias de la función renal y sus consecuencias... 69 La regulación de la excreción... 70 Propuesta de actividades... 71 Propuesta de actividades... 72 El miocardio, un músculo muy especial... 72 La formación de la orina... 73 Capítulo 4 La alimentación en la especie humana Alimentación y salud... 74 Qué se entiende por salud?... 74 Dieta equilibrada... 75 La energía de los alimentos... 75 Requerimientos y aporte nutricional... 76 El agua en la dieta... 80 La distribución de agua potable... 81 Enfermedades transmitidas por el agua y por los alimentos... 81 Los diferentes requerimientos nutricionales... 82 Alimentación, sociedad y cultura... 84 Estado nutricional... 84 Producción y consumo de alimentos... 85 La selección de los alimentos como rasgo sociocultural... 86 Imagen corporal y nutrición en la adolescencia... 87 Leyes de talles... 87 Propuesta de actividades... 88 Propuesta de actividades... 89 El síndrome urémico hemolítico (SUH)... 89 Profesionales en actividad... 90 Síntesis conceptual... 92 BLOQUE 2 LAS CÉLULAS COMO SISTEMAS ABIERTOS Capítulo 5 Composición química de las células Las moléculas de importancia biológica... 97 Macromoléculas y reacciones químicas... 98 Modelos moleculares... 98 Las proteínas... 99 La estructura de las proteínas... 100 Funciones biológicas de las proteínas... 101 Los carbohidratos... 102 Los lípidos... 104 Los ácidos nucleicos... 106 Otras sustancias de importancia biológica... 108 Las vitaminas... 108 Los minerales... 108 El agua... 109 Propuesta de actividades... 110 Propuesta de actividades... 111 La acción del jabón... 111 Reconocimiento de sustancias orgánicas... 112 Capítulo 6 La estructura celular La forma de las células... 115 Forma y función... 115 El tamaño de las células... 116 Tipos de células... 117 La estructura de las células eucariotas... 118 La membrana plasmática... 119 El citoplasma... 120 Las organelas citoplasmáticas... 120 Sistemas de endomembranas... 121 El núcleo celular... 122 Diferencias entre células animales y vegetales... 123 El estudio de las células a través de los microscopios... 124 El microscopio óptico... 124 El microscopio electrónico... 125 Propuesta de actividades... 126 Propuesta de actividades... 127 Las funciones del núcleo celular... 127 Observación de células al microscopio óptico... 128
Capítulo 7 Metabolismo celular La célula: sistema abierto... 130 El pasaje de sustancias a través de la membrana plasmática... 130 Transporte pasivo... 131 La difusión... 131 Difusión facilitada... 132 Transporte activo... 133 Transporte mediado por bombas... 133 Transporte en masa... 133 Metabolismo celular... 134 Energía y ATP... 135 Los catalizadores biológicos: las enzimas... 136 Cómo actúa una enzima?... 137 Procesos catabólicos... 138 La degradación de la glucosa... 138 Obtención de energía a partir de la glucosa... 139 Glucólisis... 139 La respiración celular... 140 La cadena respiratoria... 140 En la respiración se oxidan otros compuestos además de la glucosa... 141 El camino de la glucosa... 141 La fermentación... 142 Procesos anabólicos... 144 La fotosíntesis... 145 La luz y los pigmentos fotosintéticos... 146 Etapas de la fotosíntesis... 148 Propuesta de actividades... 150 Propuesta de actividades... 151 Acción enzimática... 151 Fermentación... 152 Los pigmentos fotosintéticos y la fotosíntesis 153 Capítulo 8 La biotecnología y sus aplicaciones Los orígenes de la biotecnología... 154 Qué es la biotecnología?... 155 La biotecnología tradicional en la vida cotidiana.. 156 Los biocombustibles, un recurso energético renovable... 158 La obtención de biocombustibles... 158 Beneficios de los biocombustibles... 158 Los principales biocombustibles y su origen... 158 Diversidad y selección artificial... 160 La ingeniería genética... 161 La biotecnología moderna... 162 Biotecnología y el mejoramiento de cultivos... 163 Cultivos transgénicos en la Argentina... 163 Los alimentos transgénicos... 164 Nuevos desarrollos biotecnológicos... 164 Bioseguridad de los alimentos transgénicos en la Argentina... 165 Biotecnología y salud... 166 Producción de insulina humana... 166 Producción de hormona de crecimiento... 166 Producción de antibióticos... 167 Producción de vacunas recombinantes... 167 Biotecnología y ambiente... 168 La biorremediación... 168 Biorremediación en la Argentina... 168 Biotecnología y la conservación de la biodiversidad... 169 Bancos de genes... 169 Conservación en la Argentina... 169 Otras aplicaciones de la biotecnología moderna 170 Propuesta de actividades... 171 Propuesta de actividades... 172 Producción de biogás... 172 Profesionales en actividad... 174 Síntesis conceptual... 176 BLOQUE 3 LOS ECOSISTEMAS, ESTRUCTURA Y DINÁMICA Capítulo 9 Los sistemas naturales desde un enfoque ecológico Ecología: sus antecedentes... 180 La ecología como ciencia... 181 Los sistemas ecológicos o ecosistemas... 182 Ecología y evolución... 183 Ecología y población humana... 183 El enfoque ecológico y la utilización de modelos 184 Propuesta de actividades... 185 Propuesta de actividades... 186 Los sistemas ecológicos... 186 La utilización de modelos... 187 Capítulo 10 La estructura de los ecosistemas Los componentes del ecosistema y sus interacciones... 188 Los factores abióticos... 188 Respuestas de los organismos al cambio ambiental... 189 El agua en el ecosistema... 190 Adaptaciones que mantienen el equilibrio hídrico... 191 Adaptaciones en los vegetales... 191 Adaptaciones en los animales... 192 El suelo... 193 La luz en el ecosistema... 194 La captación de la luz... 195 Fotoperiodicidad... 195 La temperatura... 196
Condiciones ambientales y biomas... 196 La temperatura y los procesos biológicos... 197 La temperatura corporal de los animales... 197 Adaptaciones a temperaturas extremas... 197 Los factores bióticos del ecosistema... 198 Las poblaciones... 198 Estructura de las poblaciones... 199 Patrones de dispersión de las poblaciones... 199 Densidad y tamaño poblacionales... 199 Crecimiento poblacional... 200 Estrategias reproductivas... 201 Fluctuaciones en las poblaciones... 202 La comunidad: relaciones entre las poblaciones... 203 Características estructurales de las comunidades... 203 Interacciones entre las poblaciones... 204 Propuesta de actividades... 205 Propuesta de actividades... 206 Influencia de la temperatura en la distribución de las especies... 206 La estructura de las comunidades... 207 Capítulo 11 La materia y la energía en los ecosistemas Ciclo de la materia y flujo de la energía... 208 Relaciones alimentarias y niveles tróficos... 209 Cadenas y redes tróficas... 210 Relaciones predador-presa... 211 Transferencia de energía... 212 Producción primaria y biomasa... 212 Los biomas y su productividad... 214 Eficiencia fotosintética... 214 Eficiencia ecológica... 215 El reciclaje de la materia... 216 El ciclo hidrológico... 216 El ciclo del oxígeno... 217 El ciclo del azufre... 217 El ciclo del carbono... 218 El ciclo del nitrógeno... 220 El ciclo del fósforo... 222 Propuesta de actividades... 223 Propuesta de actividades... 224 Medición de la producción secundaria... 224 El flujo de la energía en los ecosistemas marinos... 225 Los ciclos biogeoquímicos y los requerimientos de los organismos... 226 Capítulo 12 Dinámica de los ecosistemas Sucesión ecológica... 228 Sucesión primaria y sucesión secundaria... 229 Concepto de sere... 229 Modelos explicativos de la sucesión ecológica... 230 La sucesión ecológica y la estructura de la comunidad... 231 Las especies vegetales de las etapas serales tempranas... 232 Las especies vegetales de la comunidad clímax... 232 Los recursos limitantes... 233 La sucesión y el funcionamiento de los ecosistemas... 234 Diversidad y estabilidad... 235 Regresión... 235 Cambios en las comunidades clímax... 236 Propuesta de actividades... 237 Propuesta de actividades... 238 Colonización de ambientes... 238 Comunidades serales y clímax... 239 Capítulo 13 Sistemas subsidiados. Los agroecosistemas La actividad humana a través del tiempo... 240 Sociedades de cazadores-recolectores... 241 Sociedades agrícolas... 242 Sociedades industriales... 243 Sociedades industriales avanzadas... 243 Ecosistemas humanos... 244 Los agroecosistemas... 245 Flujo de energía en los agroecosistemas... 246 Reciclado de materiales en los agroecosistemas... 247 Mecanismos de regulación de poblaciones... 247 Actividades agrícolas y los problemas ambientales... 248 La degradación del suelo... 248 Sostenibilidad de los agroecosistemas... 250 Prácticas alternativas para la sostenibilidad de los agroecosistemas... 251 Conservación del suelo... 251 Mantenimiento y restablecimiento de la fertilidad del suelo... 252 Métodos alternativos para el control de plagas... 253 Propuesta de actividades... 254 Propuesta de actividades... 255 La Revolución verde... 255 Huerta orgánica intensiva... 256 Profesionales en actividad... 258 Síntesis conceptual... 260 La biología como emprendimiento humano... 262 Índice alfabético... 276