HUELLAS HUELLAS [2]ES BIOLOGÍA Gerenta editorial: Judith Rasnosky Jefe de editores: Marcelo Andiñach Coordinador de proyecto: Pablo Salomón Editora: Luz Salatino Asistente de edición: Sebastián Vargas Julián Mensch. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas (uba). Es investigador del Conicet y trabaja en el Departamento de Ecología, Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la uba. Se desempeña como docente en cursos de Biología evolutiva a nivel de grado y postgrado. Miembro organizador de la Escuela Latinoamericana de Evolución. Autor de numerosos artículos en libros y en revistas nacionales e internacionales. Guillermo Folguera. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas y licenciado en Filosofía, títulos de la uba. Es investigador adjunto del Conicet en la temática de Filosofía de la Biología. Es docente de la disciplina Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (fcen). Ha realizado diversas estancias de investigación en el exterior, y dictado cursos de postgrado en las temáticas de filosofía de la ciencia. Es autor de libros y de numerosos artículos en revistas nacionales e internacionales. Marcela Gleiser. Es licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario, modalidad presencial y a distancia. Sofía Martínez. Es licenciada en Ciencias Biológicas (uba). Postgrado en Comunicación Científica, Médica y Ambiental (Pompeu Fabra, España). Autora de artículos académicos y de divulgación científica. Editora y revisora de productos de e-learning, de libros y de manuales para alumnos, guías docentes y textos académicos. Autores: Verónica Korenko. Es licenciada y magíster en Ciencias Biológicas (Universidad de la República, Uruguay). Egresada del Instituto de Profesores Artigas (Uruguay), se desempeña como Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario. Autora de artículos académicos y de divulgación científica. Gabriel Gellon. Es licenciado en Ciencias Biológicas (uba) y doctor en Biología (PhD) en Yale University, en donde trabajó como investigador. Ex docente en nivel secundario en la Argentina y en Estados Unidos, ha sido creador y director de varios proyectos educativos relacionados con la ciencia. Ex codirector de la Diplomatura en Enseñanza de la Ciencia de flacso. Actualmente, preside la ong Expedición Ciencia. Autor de artículos y de libros de divulgación científica. Diego Golombek. Es licenciado y doctor en Ciencias Biológicas (uba). Profesor titular en la Universidad Nacional de Quilmes (unq), donde se desempeña como investigador principal del Conicet. Ha sido profesor invitado en prestigiosas universidades del mundo. Autor de artículos y de libros de divulgación científica. Es director de la colección Ciencia que Ladra, de Siglo xxi Editores, y realiza diversas actividades de divulgación científica en medios gráficos y televisivos. Es miembro de la Comisión Nacional para el Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias y de la Comisión de Educación de la Feria del Libro, y ex presidente de la Sociedad Argentina de Neurociencias.
Índice INTRODUCCIÓN. LOS MODOS DE CONOCER EN BIOLOGÍA............. 10 Qué es la ciencia?......................... 12 La biología y las ciencias biológicas.......... 13 La biología, una frontera infinita............. 14 Los debates científicos en el siglo xxi........ 15 La biología en la historia..................... 16 Una nueva teoría para explicar la evolución.... 41 El ensayo de Malthus...................... 41 La evolución por selección natural............. 42 Un ejemplo para entender la selección natural 43 La variabilidad: materia prima de la selección natural................................... 44 Darwin y el origen único de la vida............ 45 Darwin y Wallace............................ 46 Darwin y la herencia biológica................ 47 El neodarwinismo......................... 47 El neodarwinismo y Lamarck: dos visiones de la evolución................................. 48 Ciencia en acción. Recuperar el ambiente.... 49 Taller de ciencias. La selección natural favorece a los individuos que se mimetizan?.......... 50 Propuesta de actividades................... 52 Bloque 1: el origen De la BioDiveRsiDaD CAPÍTULO 1. LA BIODIVERSIDAD EN LA TIERRA...........................18 Estudio de caso. Cuál es el organismo menos emparentado con nosotros?................. 19 Qué es la biodiversidad?.................... 20 Diversidad genética....................... 20 Diversidad específica...................... 21 Diversidad de ecosistemas................. 21 La biodiversidad y las preguntas de la ciencia... 22 Las primeras ideas sobre las transformaciones de los seres vivos......................... 22 Evidencias de la evolución: los fósiles........... 24 Los cambios en la biodiversidad............... 25 La clasificación de los seres vivos en la historia.. 26 La teoría del ancestro común y la clasificación de los seres vivos............................ 27 Los árboles filogenéticos..................... 28 Cómo se lee un árbol filogenético?......... 28 Ciencia en acción. La sexta extinción........ 29 Taller de ciencias. Siempre hubo igual cantidad de especies en el planeta?.................. 30 Propuesta de actividades................... 32 CAPÍTULO 2. LAS TEORÍAS ACERCA DE LA EVOLUCIÓN.................... 34 Estudio de caso. Preguntas encontradas en un afluente del río Luján...................... 35 Las preguntas de Darwin..................... 36 La teoría de la evolución de Lamarck........ 37 Los cambios adquiridos se heredan?.......... 38 Experimentos en papel. Se transmiten a los hijos todos los cambios adquiridos?.............. 38 Darwin y sus evidencias...................... 39 El viaje de Darwin........................... 40 Una carta para el joven Charles Darwin... 54 CAPÍTULO 3. EL ORIGEN DE LAS ESPECIES..................... 56 Estudio de caso. Nuestras mascotas, las plantas..57 Después de Darwin: la consolidación del neodarwinismo............................ 58 Los cambios en la diversidad genética de una población................................ 58 Existe evolución sin selección natural?......... 59 La deriva genética..........................59 El origen de nuevas especies.................. 60 Especiación por divergencia.................60 Especiación instantánea.................... 61 Las críticas a la teoría de Darwin.............. 62
El problema del registro fósil discontinuo...62 El problema de la edad de la Tierra...63 La vigencia de Darwin... 63 Otra forma de explicar el registro fósil... 64 Experimentos en papel. El registro fósil está incompleto o refleja exactamente la evolución de las especies?... 64 La teoría de los equilibrios puntuados.... 65 La teoría sintética vs. el equlibrio puntuado.. 66 Ciencia en acción. La especiación y la acción del ser humano.... 67 Taller de ciencias. El aislamiento reproductivo contribuye a la especiación?... 68 Propuesta de actividades... 70 CAPÍTULO 4. EL ORIGEN DE LA VIDA... 72 Estudio de caso. La gran catástrofe del oxígeno..73 El fin de la teoría de la generación espontánea. 74 El experimento de Redi... 74 El microscopio y la observación de células... 75 Experimentos en papel. Los microorganismos se originan de manera espontánea?... 75 El origen de la vida en la Tierra... 76 Las ideas sobre el origen de la vida....77 La evolución prebiótica... 78 La hipótesis de Oparin y Haldane... 78 El experimento de Miller y Urey... 79 Experimentos en papel. Es posible obtener moléculas orgánicas a partir de materia inanimada?... 79 Los últimos hallazgos sobre el origen de la vida... 80 Exogénesis: un origen extraterrestre... 81 Los primeros seres vivos: las bacterias... 82 Ciencia en acción. La exobiología.... 83 La nutrición de las primeras células... 84 El comienzo de la fotosíntesis.... 85 Taller de ciencias. Hay bacterias aerobias y anaerobias en la actualidad?... 86 Propuesta de actividades... 88 Bloque 2: la célula y la evolución CAPÍTULO 5. LA CÉLULA.... 90 Estudio de caso. Órganos en frascos burbujeantes... 91 Todos los seres vivos están constituidos por células... 92 Experimentos en papel. Cuál es la importancia de las células en los seres vivos?... 92 La teoría celular... 93 La estructura básica de las células.... 93 Existen distintos tipos de células... 94 Células procariotas.... 95 Las células eucariotas... 96 Las células de los animales... 96 Las células de las plantas.... 97 Otros seres vivos con células eucariotas.... 98 Ciencia en acción. El uso de algas unicelulares como indicadores de la calidad del agua... 99 La organización de las células eucariotas: las organelas... 100 La forma y el sostén de las células eucariotas 101 La membrana plasmática... 102 Transporte de sustancias a través de la membrana... 103 El transporte en masa... 103 El origen de las células eucariotas... 104 Evidencias a favor de la teoría endosimbiótica 105 La teoría sobre el plegamiento de membrana 105 Organismos unicelulares, pluricelulares y multicelulares........................... 106 Los niveles de organización.... 107 Las funciones de las células... 108 La nutrición... 108 La función de relación en las células... 109 La reproducción en las células... 109 Taller de ciencias. Observar los niveles de organización... 110 Propuesta de actividades... 112 Robert Hooke, el Leonardo inglés.... 114
Índice Bloque 3: la RepRoDucción en los seres vivos CAPÍTULO 6. LA FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN....................... 116 Estudio de caso. Las paradojas del sexo...... 117 La reproducción de los seres vivos............. 118 La reproducción de las células............. 119 La mitosis.................................. 120 Las células germinales........................ 121 La gametogénesis........................ 121 La reproducción asexual.................... 122 La reproducción asexual en organismos unicelulares eucariotas................... 122 La reproducción asexual en organismos multicelulares........................... 122 Ciencia en acción. Qué es la clonación?..... 124 La reproducción sexual en organismos multicelulares............................. 125 La reproducción sexual de las plantas...... 125 El desarrollo en las plantas angiospermas... 126 La reproducción sexual en los animales..... 126 Las ideas sobre la reproducción en la historia.. 127 Experimentos en papel. Cómo se desarrollan los nuevos seres?........................ 127 El desarrollo embrionario en los animales...... 128 Los amniotas.............................129 El desarrollo después del nacimiento....... 129 La reproducción en el ecosistema............ 130 Estrategias reproductivas r y K............ 130 La reproducción y el cortejo................. 132 El dimorfismo sexual y la reproducción..... 133 La reproducción desde una perspectiva evolutiva................................ 133 Reproducción y coevolución................. 134 Taller de ciencias. Observación de la reproducción asexual en organismos unicelulares y multicelulares........................... 136 Propuesta de actividades.................. 138 CAPÍTULO 7. LA REPRODUCCIÓN HUMANA.. 142 Estudio de caso. El sexo de las historietas..... 143 Los seres humanos somos mamíferos.......... 144 La reproducción humana y la evolución......145 Peculiaridades de la reproducción humana.... 145 La pubertad y los caracteres sexuales secundarios.......................... 146 Las gónadas y los caracteres sexuales secundarios......................147 Experimentos en papel. Existe alguna relación entre los testículos y el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios en los machos?................................ 147 El sistema reproductor masculino.............. 148 La producción de espermatozoides........ 149 El sistema reproductor femenino.............. 150 La maduración de los óvocitos............ 151 Las mamas.............................. 151 Ciclo menstrual y ciclo ovárico................ 152 La fecundación y la fertilidad................ 153 Desarrollo del embrión en las primeras semanas................................ 153 El desarrollo del feto en el útero.............. 154 La placenta humana...................... 154 La gestación............................. 155 El parto................................ 155 La medicina, la tecnología y la reproducción humana................................. 156 Ciencia en acción. La tecnología y la fertilidad humana................................ 157 Infecciones de transmisión sexual............. 158 El vih y el sida........................... 158 Virus del papiloma humano (vph).......... 159 Sífilis y gonorrea......................... 159 Reproducción, sexualidad y salud............. 160 La prevención de la ITS...................... 161 Taller de ciencias. Qué sabemos sobre la reproducción humana?................... 162 Propuesta de actividades.................. 164 Lázaro Spallanzani. Experimentos en italiano.. 140
Bloque 4: la herencia BiolóGica CAPÍTULO 8. LOS SERES VIVOS Y LA HERENCIA........................ 166 Estudio de caso. Copyright biológico.......... 167 Distintas formas de explicar la herencia....... 168 Los experimentos de Mendel................. 169 Primera ley de Mendel: Principio de uniformidad.......................... 170 Segunda ley de Mendel: Principio de segregación.......................... 171 Tercera ley de Mendel: Principio de segregación independiente........................... 172 La teoría cromosómica de la herencia........ 174 Los factores mendelianos y los cromosomas............................ 175 Experimentos en papel. Los factores hereditarios de Mendel se encuentran en los cromosomas?........................... 175 Las leyes de Mendel y el sexo de los individuos........................... 176 Experimentos en papel. El carácter color de ojo de la mosca de la fruta se hereda según los principios de Mendel?.................... 176 Los cromosomas sexuales................ 177 Herencia ligada al sexo................... 177 Genes y cromosomas........................ 178 Las variantes de un gen: los alelos.......... 178 Genotipo y fenotipo......................... 179 Heterocigosis y homocigosis.................. 180 Excepciones a las leyes de Mendel......... 181 Meiosis.................................... 182 Recombinación.......................... 183 La reproducción y la diversidad.............. 183 Taller de ciencias. Un carácter, un gen?...... 184 Propuesta de actividades.................. 186 Las plantitas del monje Mendel........... 188 Índice alfabético........................ 190