-s

Una visin de la vida

CONCEPTOS CLAVELos temas bsicos de la biologa son la evolucin, latransferencia de informacin y la obtencin de energapara la vida.

Las caractersticas de la vid son el crecimiento y desarrollo,el metabolismo autorregulado, la respuesta a estmulosy la reproduccin.La organizacin biolgica es jerrquica e incluye los nivelesgumico, de clula, tejido, rgano, sistema y organismo;la organizacin ecolgica incluye los niveles de poblacin,comunidad, ecosistema y biosfera.El rbol de la vida tiene tres ramas principales o dominios.Las especies evolucionan por seleccin natural, adaptndosea los cambios del entorno.

Los bilogos se lormulan preguntas, desarrollan hiptesis,hacen predcciones y recogen datos mediante unaobservacin y experimentacin cuidadosa.

Una clqla Cel msculo qjsdvidindose en dos nuevas clclas

I a prinripa{ carsa de muefte en Estados Unidos y otros pases desarrolla_l- dos son las enfcrmcddes crdiacas Cuando el mscuio cadiaco estdanado, por e1emplo, por un rnfarto de nriocardb {un ..ataque al corazn.),el mrrsculo darlo no p,rede reprarse a si mismo. En su luga el msculoes sustituirJo po. te;ido cicatrizal que altera la capacidad del corazn parabomber la sangre. El rnvestigador Mark T. Keating y su eguipo del HowardHuqhes Medical lnstitute del Chrldren! Hospital de Boston rjescubreronqu"' el pegueo pe: cebra rropical puede regenerar hsta el 20% de surlulo crdra,:o cJurnte los Cos mees que siguen al dao o extirpacin deltejido. El dcs.fro es er,:onirar los mecnismos que estimulan Ia regeneraciny aprender cnro porJemos rranipularlos.

Felrx Enqei, rnvesrr3.rqlgr q,re trabala con Keating, identific que un fac-to de crcr-rrrrnto cono!:r.j'r como factor de crecimiento de ibroblastos)puede .rslmulsr ta rop[ca:in del DNA de las clulas del msculo cardico.El grgp6 ie investigacion tmbi Cescubri que la protena conoccja comop38 inhrh,e el crecimrtto del msculo cardiaco en fetos de rata. Los nves-tigadores se i-iregunr3rcn como pocian inhibir al inhibidor de modo gue elmscul crdrco purjei3 rcrararse a s mismo. n 20O5, estos investigado-res describieron qre cuanJo ie traian ls cluias del msculo cardiaco conel factor de crecim.:lto en corrrbinacin con un compuesfo que inhibe p3g,ls clulas cjel nrusculc card;,:o acijvan un grupo de genes imp|cados en ladivisin celuir y frnainrenre se divrden (vase la fotografa).

Un grupo de rnve;rjqa.cn en Aiemania esta iniciando otra aproximacinl ir!;mrento del rJ.r crdraco Este gnrpo, dirigido por Gustav Stenhoffde ia llnr'rersi,JC.J Rost,:c!:, inyectaron cluls toncales (obtenidas de laprcp,a medula sea de los pacrenies) en el msculo cardiaco de pacientes

que tenan un dao cardiaco como resultado de un nfarto de miocardio'

Un ao despus de recibir las clulas troncales inyectadas' los pacientes so-

metidos a este tRtamiento, adems de a una ciruga de revascularizacin'

mostraban una funcin cardiaca significativamente mejor en comparacincon pacientes que slo se haban sometido a la ciruga' La bsqueda

de vas

par" ,epait. "l teiido

cardaco daado es un ejemplo de los miles de nuevosestudios de investigacin en curso'

Este es un momento excitante Para emPezar a estudiar biologa' la

ciencia de la vida. Los imPortantes nuevos descubrimientcs biolgicos estn

afectancjo Prcticamente cada da a nuestras vidas' incluyendo a nueso co-

razn, alimentacin, seguridad, relaciones con los seres humanos y con otros

organismos, y a nuestra capacidad para disfrutar de la vida que nos rociea'

Los nuevos conocimentos proporcionan mayor comPrensn de h especie

humana y de los millones de organismos di{erentes con los que comPamos

este planeta.La biologa afecta a nuestrs decisiones Personales' gubemamentales

y

sociales. Por ejemplo, el tribunal suPremo de Estados Unidos aboli la pena

de muerte para los delincuentes juveniles en 2005 con base en los hallazgos

.i..ifi.o. de que el cerebro no est comPletamente desanollado hasta el

final de la adolescencia. (En el momento de esta nomativa' 2O estados se

guan permitiendo la pena de muefte a los delincuentes menores de 18 aos')

Io. "iol...u.*,

no han alcanzado la madurez neurofisiolgica y no pueden

responsabilizarse de sus crmenes en el mismo grado que los adultos'

Cualquiera que sea su especialidad o ss estudios' el conocimiento de

los concePtos biolgicos es una herramient vtal Para entender este mundo

f p"r" ,"r,rf"a"r.r.ho, d" los retos personales' sociales y globales a los que

hemos de enfentarnos. Entre estos desfos se encuentran el descenso de la

divesidad biolgica, la disminucin de los recursos naturales' la expansin

cie la poblaciniumana, y la prevencin y cura de enfermedades como el

.n.",, l" enfermedad de Alzheimeq el paludismo (o malaria), el sndrome de

inmunodeficiencia adquiriJa (SIDA) y la griP aviar' Cumplir'estos desafios

*0"** los esfuerosiombinados de bilogos y otros cientficos' polticos y

ciudadanos al da de los a9ectos biolgicos'EstelibroesunPuntodeinicbenlexPloracindelabiologa.Lepro-

porciona el conocimiento bsico y las henamintas Parzt ser Parte de esta

ciencia fascinante y un miembro mior informado de nuestra sociedad' r

TRES TEMAS BSICOs

Captulo 1

Ou significa el trmino evolucin aplicado a poblaciones de

organismos?Ob.ietivo de aPrendizajeI Describir tres temas bsicos de biologa'

En este primer caPitulo introducimos tres temas bsicos de biologa:

l. Evolucin. Las poblaciones de organismos han evolucionado alo largo del tiempo a partir de formas primitivas Los cient6coshan a-cumulado una gran cantidad de edencias que muestran

que las diversas lormas de da del planeta estn relacionadasy qt. f". Poblaciones han evolucion'ado' es decir' han cambiado

"

to t".go ad tiemPo a Partir de formas primitivas de vida' Elproces; de evolucn es el marco para la ciencia de la biologa y es

un tema imPortante de este libro'

2. Transferencia de informacin' La informacin se debe transmitirdentro y entre los organismos' La supervivencia y funcin de

cada clula y organismo depende dela trnsmisin ordenada de la

informacin, y ia evolucin de la transmisin de la informacingentica de una generacin a la siguiente'

3, Energa para la vida. La energa del sol fluy a travs de lossisteias vivos de los productores a los consumidores' Todos los

procesos vitales' incluyendo las miles de transacciones quimicas

que mantienen la organizacin de la vida' requieren un aPorte

continuo de energa.

Laevolucin,latransmisindeinformacinyelflujodeenergason fuerzas que confieren a la vida sus carctersticas excePcionales'Empezaremos nuesto estudio de la biologa desarrollando un conoci-

mie^nto ms preciso de las caractersticas fundamentales de los sistemas

vivos.

RepasoI Por qu se consideran la evolucin, la transferencia de informa-

liOn y'ta energa aspectos bsicos para la vida?

Objetivo de aPrendizaje2 Distinguir entre seres vivos e inanimodos mediante la descripcin

de loirasgos que caracterizan a los organismos vivos'

Podemos reconocer fcilmente que un pino, una mariposa y un caballo

son seres vivos' mientras que una roca no lo es' A Pesar de su diversi-

clad, los organismos que habitan nuestJo planeta comParten un con-

junto de caiacteristic"s comunes que los distinguen de los seres inani-mados. Estas caracteristicas incluyen una clase de organizacin precisa'

fr..l-i"nto y desarrollo, metabolismo autorregulado' la capacidad derespuesta a estimulos' reProduccin y adaPtacin a cambios ambien-

tales.

Los organismos estn comPuestos de clulas

Aunque varian ampliamnte en tamao y aPariencia' todos los organis-

-or.rt,ir,.o*puestos de unidades bsicas denominadas clulas' Las c-

lulas nuevas se forman slo mediante la divisin de clulas previamente

estentes. Estos conceptos se expresan en la teoria celular (descrita en el

apitufo +), un.on..pio de uni-6cacin fundamental de la biologa'Algunas de las formas de vida ms sencillas' como los protozoos'

,on ori*irmos unicelulares, lo que significa que estn comPuestospor rrnl nica clula (I Fig. 1'1)' Por el contrario' el cuerpo de un gatoo un arce estn comPuestos de miles de millones de clulas En estos

organismos complejos multicelulares' Ios procesos vitales dependen

---!ilq!_-_-_-r(ai Los organismos unicelulares estn compuestos por una clulacompleja que realiza todas las funciones esenciales para la vida. Losciliados, como este Paramecium, se mueven batiendo srrs ciliospilosos.

E$ Figura 1-1 Formas de vida unicelulares y multicelulares

de la coordinacin de las funciones de las clulas que lo componen, quepueden organizarse para formar tejidos, rganos y sstemas.

Cada clula est rodeada por una membrana plasmtica protec-tora que la asla del medio externo circundante. [,a membrana plasm-tica regula el paso de mteriales entre la cluta y el nredio. Las clulastienen molculas especializadas que contiene instrucciones genticasy transmiten informacin gentica. En la rnayora de las clulas, las ins-trucciones genticas estn codificadas en el cido desoxirribonucleico,conociclo ms sencillantente como DNA. Normalmente, las cdlulas tie-nen estructuras internas denominadas organelos que c.stn especializ.a-dos en la realizacin de funtiones especca-s.

Fundamentalmente, hay dos tipos de clulas diferentes: procarion-tes y eucariontes. Lls clulas procariontes son r'xclusivas de bactcriasy de organismos microscpicos denominados archuca. L,l resto de losorganismos se caracterizan por .slts clulas eucariontes. Normalmenteestas clul.s ontienen diversos organelos rodcados de nlembranas, in-cluido un nclco, dontle se aloja cl DNA. Las clulas procarior)tes sonestructuralnlente ms simples; ni) tienen ncleo ni otros organelts connrembrana.

Los organismos crecen y se desarrollanEl crecimiento biolgico supone un auntent() del tamao de la-s clulasindividuales de un organismtt, del nmero de las mismas o de ambos. Elcrecimiento puede ser unifr.rme cn las diversas partes del orgrnismo oser mayor en unas partes quc en ritras, haciendo que canrbien las propor-ciones del orgnisnro durnte el crecimiento. Algunos organismos (porejemplo, la mayora de los rboles) continan creciendo a lo largo de susvidas. Muchos animales tiencn un periodo de crecimiento definiJo quetermina cuando se alclnza el tamao caracterstico del adulto. Un as-Pecto fascinante del proceso de crecimiento es que, generalmente, cadaparte del organismo cuntina funcitrn:rndo lnientras crcce.

l.os organismos l.ivrls se desarroUan al tiempo que crecen. El desa-rrollo rncluye todos los cambiers que ticnen lugar durante la rrda de unorganismo. Al igual que muchos otros organismos, cada .ser hunlano

(b) Los organismos multicelulares, como este bfalo africano (Synceruscaffer) y las plantas que pace, pueden estar compuestos por miles clamillones de clulas especializadas para realiz:r lunciones especificas

inicia su vida como un vulo fecundado que crecc y .se tlesarrolla. I-asestructuras v formas orgnicas que se desarrolln e:tn exquisitamcnteadaptadas a las funciones que el organismo debe realizar-

Los organismos regulansus procesos metablicosEn todos los organisnros tienen lugar reacciones qumicas y transfirr-maciones dc energa que son esenciles para la nutricin, el crcinlientoy la reparacin celular, y la conversin de la energia cn fbrms aptaspara su utilizacin. La suma de todas la.s actividadcs qumicas del orga-nisrno es su netabolismo.

Continullnente se tlan proces,rs metablicos en cadJ organiint,y stos dc-ben star cuiddo.salnenre rcguladcls pra mantener la ho-meostasis, un ambiente interno apnrpiado y equilibrado. Cuandr seha obtenido un producto ccluhr en .antidad suficiente, su fabriccindebe disrninuirsc o inactivarse. Cuntlo se necesita una sustn(ia cnparticular, deben ctivarse lts pr()cesos celulares que la producen. Estosmecanismos homdosfios son sistemas de contr0l rutorregulad()s tot-blemente sensihlc: ' eficat es.

La regulacin de Ia concentracin de glucosa (un azcar sencillo)en la sangre de animales conrplejos es un buen ejemplo cie mecanismohomer-sttico, l.a-s clulas requieren un aporte constarrtc de glucosa,que degradan rara obtener energa- El sistema circulatorio surnnistraglucosa y otros nutrientes a todas las clulas. Cuando la concentracinde glucosa en la sangre se eleva por encima de los limites normales, laglucosa se almacena en el hgado y en las clulas musculares. Si pernra-necsmos sin comer dur:rrte algunas horas, la cncentracin de glucosaempieza a baiar. Nu.stro organi-smo convierte los nutrientes almace-nados en glucosa, devoh'icndo la concentracin de glucosa en sangrca sus nivelcs normales. Tambin, cuando la concentracin de giucosadisminuye, sentimos hambre y recuperamos nutrientes con la comida-

Una visin Ce l vida

5

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7

1Fm

..' Figura 1-2 Movimiento biolgicoEstas bacterias (Helicobaaer pylorr), equi6iadas con fiagelos para sulocomocin, se han relaciondo con las lceras de estmago. La fotografase lom con un microscopio eledrnico de barrido. En realidad, Ias bacte-rias no son de color az,rl y rojo Los cclores se han potenciado artificialmente

Los organismos responden a estmulosTodas las formas de vida responden a estimulos, canrbios fisicos o qumicos en su entorno interno o externo. Los estmulos que provocan unarespuesta en la mayoria de los organismos son los canrbios en el color,intensidad o direccin de la luz; cambios en la temperatura, presin oen el sonido y cambios en la composicin qumica del suelo, aire o aguacircundante. La respuesta a los estimulos supone movimiento, pero nosiempre locomocin (desplazamiento de un lugar a otro).

En los organismos sencillos, el individuo completo puede ser sen-sible a los estirnulos. Ciertos organismos unicelulares, por ejemplo, res-ponden a la luz brillate alejndose de ella. En algunos organismos, lalocomocin consiste en u desiizamiento lento de la clula, el Procesod.e movimiento aneboideo.Otros organismos se mueven batiendo unaspequeas extensiones pilosas de la clula denominados cilios o estuc-turas ms largas conocidas como flagelos (: Fig. 1-2). Algunas bacteriasse mueven rotando sus flagelos.

La mayora de los animales se mueve de forma muy obvia. Se con-tonean, gatean, nadan, corren o vuelan contrayendo los msculos. Lasesponjas, corales y ostras tienen una fase larval en Ia que nadan libre-mente, pero la mayora son ssiles en estado adulto, lo que signifrca queno pueden moverse de un lado a otro. De hecho, pueden permanecerunidos firmemente a la superficie del tbndo del mar o a una roca. ivlu-chos organismos ssiles tienen cilios o flagelos que baten rtmicamente,moviendo el agua circundante que contiene el alimento y el oxigenonecesario para los organismos. Los animales complejos como los sal-tamontes, lagartos y humanos tienen clulas muy especializadas queresponden a tipos especficos de estmulos. Por ejemplo, clulas de laretina del ojo humano que responden a la luz.

Aunque sus respuestas puedenno ser tan obvias como las de los ani-males, las plantas responden a la luz,a Ia gravedad, al agua, aL contacto oa otros estimulos. Por ejemplo, lasplantas orientan sus hojas al sol ycrecen hacia la luz. Muchas respues-tas vegetales implican tasas de creci-miento diferentes, de diversas partesdel cuerpo vegetal.

Algunas plantas, como la Venusatrxpamoscas de los pantanos de Ca-rolina, son rnuy sensibles al contacto)' atrapan insectos (- rlg. 1 -3). Sus ho-jas trencn bisagras en la arteria cen-tral y desprenden un olor que atraea los insectos. Los pelos disparadoresde la superfrcie de la hoja detectan laIlegada de un insecto y estimulan elplegamiento de la hoja. Cuando losbordes se unen, se enrrelazan impi-diendo que el insecto escape. A conti-nuacin, Ia hoja secreta enzimas quematan y digieren al insecto. La Venusatrapam0scas crece normalmenteen suelo deficiente en nitrgeno. Laplanta obtene parte del nitrgenonecesario para su crecimiento de losinsectos que se'tome".

2

=

e

t!

(a) Los pelos de la superfrcie de la hoja de laVenus atrapamoscas (Dionaea muscpula) detectanel contacto de un insecto y la hoja respondereplegndose.

(b) Los bordes de la hoja se aproximan y seentrecruzan para evitar que la mosca escape. Acontinuacin, la hoja secreta enzmas que matany digieren al insecto.

Figura 1-3 Plantas que responden a estmulos

Captulo'l

ij

Los organisrnos se reproducenDurante mucho tiempo, se crev que las lombrices surqian tspLrnt-ncamente a partir de la crin tje caballo en el agua del abler.adero, losgusanos a partir de la carne en descomposicin I las ranas del lodo delNilo. Gracias al trabajo de alguno-s crentificos, como el m.lico italianoFancesco Redi en el sislo l(\'ll vel qumico irancs Loui-r pasteuren elXIX, ahora sabemos que los organismos proceden slo rle organrsnrospreviamente existentes.

Los organismos simples cumo las amebas se perpetan a s mismasmediante reproduccin asexual (i. Fig.1-aa). Cuando una ameba haalcanzado un cierto tamao, se reproduce dividindose por Ia ntitadpara formar dos nuevas amebas. Antes de que la ameba se

NIVELES DE ORGANIZACINBIOLGICA

Objetivo de aprendiza.le3 Construir una jerarqua de la organizacin biolgica que incluya

niveies caractersticos de organismos individuales y niveles -.

ecolgicos.

Tanto si estudiamos un organismo simple o el mundo vivo como untodo, podemos identicar una jerarquia de organizacin biolgica(l Fig. 1 -). A cualquier nivel, estructura y funcin son coordinados deforma precisa. Una manera de estudiar un nivel en particular es obser-var sus componentes. Los bilogos pueden conocer mejor las clulascon el estudio de tomos y molculas. El aprendizaje sobre una estruc-tura estudiando sus partes se dnomina reduccionismo. Sin embargo,el todo es ms que la suma de las partes. Cada nivel tiene propieda-des emergentes, caracteristicas no encontradas a niveles inferiores.Las poblaciones de organismos tienen propiedades emergentes comodensidad de poblacin, estructura de edades y tasas de nacimiento ymuerte. Los individuos que componen una poblacin no tienen estascaractersticas. Consideremos tambin el cerebro humano. El cerebroest compuesto de millones de neuronas (clulas nervir:sas). Podra-mos estudia millones de neuronas individuales y no tener ni idea delas capacidades funcionales del cerebro. Slo cuando las neuronas seconectan entre si de una manera precisa se hacen evidentes las pro-piedades emergentes, como la capacidad de pensar, emitir un juicio ycoordinacin motora.

Los organismos tienen variosniveles de organizacinEl nivel qumico, el nivel de organizacin ms bisico, incluye tomosy molculas. Un tomo es la unidad ms pequea de un elemento qu-mico que mantiene las propiedades caactersticas de este elemento. Porejemplo, un tomo de hierro es la cantidad ms pequea posible dehierro. Los tomos se combinan qumicamente para feirmar molculas.Dos tomos de hidrgeno se combinan con un tomo de oxgeno paraforma una nica molcula de agua. Aunque compuesta de dos tiposde tomos qoe son gases, el agua es un lquido con propiedades muydiferentes, un ejemplo de propiedades emergentes.

A nivel celular se asocian entre s muchos tipos de tomos y mol-culas para formar cIulas. Sin embargo, una clula es mucho ms queun montn de tomos y molculas. Sus propiedades emergentes la con-vierten en la estructura bfuica y unidad funcional de la vida, el com-ponente ms simple de la materia viva que realiza todas las actividadesnecesarias para la da.

Durante Ia evolucin de los organismos multicelulares, las clulasse asocian para formar tejidos. Por ejemplo, la mayora de los animalestiene tejido muscular y tejido nervioso. Las plantas tienen epidermis,un tejido que sirve como cubierta protectora, y tejdos vasculares quetransportan los materiales a travs del cuerpo de la planta. En organis-mos ms compleios, los tejidos se organizan en estructuras funcionalesdenominadas rganos, como el corazn, y el estmago en anirnales yraces y hojas en plantas. En los animales, cada grupo principal de fun-ciones biolgicas es realizado por un gupo de tejidos y rganos de-nominado sistema. Los sistemas circulatorio y digestivo son eiemplos

Captulo 1

de sistemas orgnicos. Funcionando conjuntamente con gran precisin,los sistemas constituyen un organismo complejo multicelular. Una vezms, son edentes las propiedades emergentes. Un organismo es mu-cho ms que los sistemas que lo componen.

Pueden identificarse varos nivelesde organizacin ecolgicaLos organismos interaccionan para formar niveles an ms complejosde organizacin biolgica. Todos Ios miembros de una especie que vivenen la misma rea geogr6ca al mismo tempo constituyen una pobla-cin. Las poblaciones de diversos tipos di: organismos que habitan enun rea en particular e interaccionan entre si forman una comunidadUna comunidad puede estar compuesta de cientos de tipos diferentesde organismos. Ya que las poblaciones dentro de una comunidad evo-Iucionan, la comunidad cambia.

Una comunidad junto con su entorno inanimado es un ecosistema.Un ecosistema puede ser tan pequeo como un pequeo estanque (oincluso un charco) o tan amplio como las grandes planicies dc Norte-amrica o Ia tundra rtica. Todos los ecoistemas de la Tierra se cono-cen corno la biosfera. La biosfera incluye todas las partes de la Tierraque estn habitadas por organisrnos vivos

-la tmsfera, la hidrosfera(cualquier forma de agua) y la litosfera (corteza terrestre). El estudiode cmo se relacionan los organismos entre s y con el medio ambientefisico se denomina ecologa (derivado del griego oiftos, que signifrca'casa").

Repaso! Cules son los niveles de organizacin dentro de un organismo?! Cules son los niveles de organizacin ecolgica?

TRANSFERENCIA DE INFORMACINObjetivo de aprendizaje

I

4 Resumir la importancia de la transferencia de informacin asistemas vivos, dando ejemplgs especficos.

Para que un organismo crezca, se desarrolle, realice un metabolismoautorregulado, responda a estirnulos y sc reproduzca, deben existir ins-trucciones precisas y sus clulas han de ser capaces de comunicarse.La informacin que un organismo necesita para realizar estos procesosvitales se codica y suministra en forma de sustancias qumicas y deimpulsos elctricos. Los organismos tambin deben tansmitir infor-macin de unos a otros.

El DNA transmite informacinde una generacin a la siguienteLos seres humanos slo dan a luz a bebs humanos, no a jirafas o a ro-sales. En los organismos que se reproducen sexualrnente, cada descen-dencia es una combinacin de ls caractersticas de sus progenitores. En1953, fames Watson y Francis Crick obtueron la estructura del DNA,

OrganismoSistema de rganosque funcionanconjuntamenteen un organismofuncio n a I.

Sstema(p. ej.. esqueleto)Los tejidos y losrganos conslrtryenlos sistemas.

rgano(p ej.. hueso) Lostejidos lormanlos rganos.

Tejido(p. ej., teiido seo)Las clu!s se asocian Teiidopara formar teirdos. A

Nivel qumico

Nivel celular clulaLos tomos y las Amoleculs fo.man i iorganelos como el r incleo y la mitocondria(el lugar donde se danmuchas trnsformacionesde energia). Los Orqanelooroanelos elizan ;Adrversastuncrones i'\de la clula. l

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Ncleos,)'/

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PoblacinUna pobtacrn estcomouesta deorqanismos de lamisma especie

ComunidadLas poblacionesde diferentesespecies quepueblan la mismarea constiiuyenuna comtrnidad.

EcoglstenaUna comunidadjunto con elentorno inerteforman unecosstema.

BiosferaLa Tierra y toclassus comuni

Figura 1-7 DNALos organismos trnsmiten inforracr rJe rrna generacin a la siguientemediante el DNA, el material l.reredirario. Coro s muestra en eslemodelo, el DNA est compuesto de dos cadens Ce tomos enrollad:sen una hlice. Cd caden de DNA est .ompuesta de subunidadesdenominadas nucietidos. La secuencie de nucletidos conform elcdigo gentico.

la molcula grande que constituye los genes, las unidades del materialhereditario ( F9. 1-7). Una molcula de DNA est fbrmada por dos ca-denas de tomos enrolladas en una hlice. Cada tadena est compuestade una secuencia de subunidades qumicas denominadas nucletidos.En el DNA hay cuatro tipos de nucletidos )'cada secuencia de tresnucletidos es una parte dcl cdigo gcnrico,

El trabajo de \lhtson y Crick pernriti entender este cdigo gen-tico. La infornracin codificada en secuencias de nucletidos del DNAtransmite [a informacin gentica generacin tras generacin. El cdigofunciona en cierto modo como un abecedario. Los nucletidos pueden"escribir" una variedad impresionante de instrucciones para dar lugara organismos tan diversos como bacterias, ranas y secuo)'as. El cdigo

Captulo 1

gentico es universal, es decir, es prcticamente idntico en todos losorganismos (un ejemplo espectacular de la unidad de vida).

La informacin se transmite mediante sealesqumcas y elctricasLos genes controlan el desarrollo y el funcionamrento de cualquier or-ganismo. El DNA que constituyen los genes contiene las "recetas" parafabricar todas las protenas que el organismo necesita. Las protenasson molculas grandes importantes para determinar la estructura yifuncin de clulas y teidos. Por ejemplo, las clulas del cerebro difieren,de las clulas del msculo en gran parte debido a que rienen tipos dit-rentes de protenas. Algunas proteinas son importantes para la comu-nicacin dentro y entre clulas. Ciertas protenas de la superficie de unaclula sirven como macadores para que otras clulas las "reconozcan".Algunas proteinas de la superhcie celular sirven como receptores que secombinan con mensajeros qumicos.

Las clulas utilizan las protenas y muchos otros tipos de molculaspara comunicarse entre ellas. F.n un organismo multicelula las clulasproducen compuestos qumicos, como las hormonas, que son sealespara otras clulas. Las hormonas y otros mensajeros qumicos puedenenviar seales a clulas de rganos alejados para que secreten una sus-tancia requerida en especial- De este modo, las seales qumicas aludana regular el crecimiento, el desarrollo y los procesos nretablicos. Losmecanismos implicados en la sealizacin celular a menudo suponenprocesos bioqumicos complejos.

Actualmente, la sealizacin celular es un rea de intensa inves-tigacin. Un aspecto inrportante de inters ha sido la transferencia deinformacin entre clulas del sistema inmunitario. Una mejor com-prensin de cmo se comunican las clulas promete aportar nuevosconocimiento sobre cmo el organismo se protege a s mismo fientea organismos que provocan enfcrmedades. El corrocimiento de cnromanipular la sealizacin celular puede llevar a nuevos mtodos de ad-ministracin de frmacos dentro de las clulas y nuevos tratamientoscontra el cncer y otras enfermedades.

Algunos organismos utilizan seales elctricas para transmitir in-formacin. La mayora de los aninlales tiene sistemas ncrviosos quetrasmiten informacin por medio tanto de inrpulsos elctricos comode compuestos qumicos conocidos como neurotransmisores. I_a in-formac.in transmitida de una parte a otra tlel organismo es importantepara asegurar Ios procesos vitales. En aninrales complejos, el sistemanervioso proporciona al animal informacin sobre su entorno exteriortransmitiendo seales desde rcceptores sensorials, como los oios y losoidos, al cerebro.

La inlormacin tambin ticne que transmitirse de un organismoa otro. Los mecanisnos de este tipo de comunicacin incluyen la libe_racin de compuestos qunricos, e.xhibiciones visuales y sonidos. Nor_malmente, los organismos utilizan una combinacin de estos tipos deseales de comunicacin. Un perro puede enviar seales de agresingruendo, usando una expresin facial en particular o echando haciaatrs sus orejas. Muchos animales realizan conrpleos rituales cle aparea-niento er los que exliben partes de su cuerpo, a menudo decorados deforma elaborada, para atraer a su pareja.

RepasoI Cul es la funcin del DNA?i Podras indicar dos ejemplos de sealizacin celular?

f *".*l-, * a;-I H] il'#B?Ji,il

DAMENTAL

Ob.jetivos' de aprendizaje5 Demostrar el sistem binomial de nomenclatura usando e.jemplos

especficos y ctasificar un organismo (como un humano) en sudorninio, reino, filo, ciase, orden. farnilia, gnero y especre.

6 ldentificar los tres dominios y los seis reinos de los oganismosvivos,y dar ejemplos de organismos asignados a cada grupo.

7 Dar una breve visin general de ta teo:.a de la evolucin yexplicar por qu es el prin*paI concepto unificador en biologa,

8 Aplicar la teora de la seleccin natural a cualquier adaptaonen particular y sugerir una explicacin fgica de crno ha podidoevoiucionar la adaptacin.

La teori de la evolucin explica cmo las poblaciones de organismoshan cambiado a lo largo del tiernpo Esta teora se ha conr-ertido en elconcepto unificador de la biologia ms importante. Podemos denir eltnino evolucin como c.l proccso por el cual las poblaciones de orga-nismos cambin a tro largo del tiempo. Como se discrtir ms adelante,Ia evolucin supone el trarpaso de genes pan nuevas caracteristicas deuna generacin a otra, lo gue conduce a diferencias en las poblaciones.

I-a perspecva de la evoluein es importantc en cualquier campo deespecializacin dentro de la biologia. l.os bilogos intentan entender laestnctura, funcin y comportamientqr de los organismos y sus intcrac-ciones considerinclolos a la luz del largo y continuo p,roceso de evolu-cin. Aunque discutiremos l evolucin en profundidad en los Capitulosl8 a ?2, presentamos aqu una breve visin general para proporcionarkx ccnocimicntcs bsicos necesarir:s pilra entender otros aspectos de Iabiologa. F.o primer lugor examinaremos cmo lcx bilogos organizanlos millones de organismos que han evolucionado ', continuxcin, e-sumiremos los mecanismos que dirigen la el'olucirSn.

Los bilogos utilizan un sistema binomalpara nombrar a los organismosLos bilogos han identificado aproxinradamerrte 1.8 rnillones de espe-cies de organismos existentes (actualmente vivos) y estiman que anquedan varios millones ms por descubrir. Para estudiar la vida, necc-sitamos un sistema para organizar, denominar y clasicar sus inume-rables fornas. l.a sistemtic es el campo de la biologia que estudi ladiversidad dE los organismos y sus relaciones evolutivas. La taxon

Los bilogos r-tilizan un esquema de clasificacin jerrquca con una serie de categoras taxonmcas desde especie a dominio; cada categoraes mr g,eneral y abarca ms que la inmediatamente anterior.

Figura 1-8 Clasificacin del chimpanc (Pan troglodytes)

ffi

CLASEMami;

OROEN

Primles

FAMILIA

Pongde

eeRoPan &flEsFEcrE

I

Pan toglodytes &10 Captulo 1

pertenecen los chirnpancs y los humanos) y algunos rdenes ms per-tenecen a la clasc Mammalia (mamferos). La clase Mammlia se agrupacon otras clases c

Tres dominios:

fl=;t"'itl f Archaea-lSes renos:

Bacleria Archaea Anmalia

-

Eg Effi rusffig(a) La bacteria grandecon forma de varillaBacillus anthracs, unmiembro del reinoBacteria es la causantedel carbunco, unaenfermedad delganado vacuno yovino que puedeinfectar a humanos.

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(b) Estas archaeas(MethanosarcinarnazerJ, miembros delreino Archaea,producen metano.

(c) Los protozoariosunicelulares(Tetrahymena) seclasifican en el rinoProtista.

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(d) El reino de lsplantas incluyemuchas fcrms bellasy diversas, como laorqudea(Phragmipediumcaricinuml.

(e) Entre los miembrosms fieros del reinoanimal, los leones(Panthera /eo) sontambin los mssociables. Los leones,los mayores de losgrandes felinos, vivenen manadas (grupos).

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(fl Las setas, comoestas falsas oronjas(Amanita muscaria)pertenecen al renoFungi. La falsa oronjaes venenosa y causadelirio, alucinacionesy sudoracin prolusacuando se ingiere.

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Fungi

-l---,.r Figura 1-9 Visin general de los reinos de la vidaEn este libro, los organismos se asignan a tres dominros y a sers renos.

poblacin, como promedio, dejan ms descendencia que otros indivi-duos. Debido a esta reproduccin diferencial, una proporcin mayor dela poblacin se adapta a las condiciones medioambientales que preva-Iecen. El ambiente selecciona a los organismos mejor adaptados para la

Captulo I

supervivencia. Observe qtte la adaptacn supone cambios en las pobla-ciones antes que cambios en los organismos ndividuales.

Darwin no conoca el DNA ni entendia los mecanismos de la he-rencia. Los cientficos saben ahora que la mayora de las variaciones

Figura 1-1O Masa de huevos de la rana de la madera(Rana sylvatica)

3e producen rnuchos ms hr*vs Ce lts

MENERGA PARA LA VIDAcompleta. Durante cada transaccin de energa, parte se dispersa en.l ."dio ambiente en forma rle calor y deja de estar disponible para elorganismo (L Fig. 1'13).

Los productores, o auttrofos' son plantas, algas y ciertas bacte-rias que iueden producir su propio alimento a partir de materias pri-

-". ,.naitl"a. La mayora de estos organismos utiliza la luz stlar como

fuente de energa y realiza la fotosntesis, Proceso por el cual los pro-ductores sintetizan molculas tompletas a Panir de dixido de carbonoy agua. La energia de la luz se transforma en energa quimica' que se

"lrri"..n" en loienlaces qumicos de las molculas de alimento produ-

cidas. El oxgeno, que es necesario para las clulas vegetales y las de la

Ob.jetivo de aPrendizaje9 Resumir el flujo de energa a travs de los ecosistemas y contrastar-

las funcone, ie prodrctor.s, consumidores y descomponedores'

ia da depende de un aporte continuo de energia procedente del sol'debido a que cada actividad de una clula u organismo vivo requiereenerga. Siempre que se usa energa para realizar un trabajo biolgico'part; se ccnvierte en calor y se dispersa en el medio ambiente'

Recurdese que todas las transformaciones de energia y Procesosqumicos que tienen lugar en un organismo se conocen-como metabo-lismo. Laenerga es necesaria para iealizar las actividades metablicasesenciales pari el crecimiento, reparacin y mantenimiento' Cada c-lula de un organismo requiere nutrientes que contengan energa' Cier-

tos nutriente; se utilizan como combustible para la respiracin celular'

un proceso que libera Parte de la energa almacenada en las molculas

nut;ientes (i rg. l-lz). La clula puede usar esta energa para realizartrabajos, incluyendo la sntesis de materiales necesarios' como nuevos.ornion..,,., celulares. Prcticamente todas las clulas reaiizan la res-piracin celular.

Al igual que los organismos individuales, los ecosistemas dependend. un i,igr.s continu; de energa- Un ecosistema autosuciente con-tiene treitipos de organismos (productores, cclnsumidores y descom-ponedores) e incluyen un entorno fsico en el que pueden sobrevivir'Estos organismos dependen unos de otros y del medio ambiente paralos nutri-entes, .n.rg", oxgeno y dixido de carbono' Sin embargo'hay un flujo de energia uniireccional a travs de los ecosistemas Losori"nir., no pu.J.n ni crear energa ni usarla con una eficiencia

Energade la luz

Calor

Nulrnles

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