FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES Y AGRIMENSURA

(UNNE)

ÁREA : BIOLOGÍA

Curso de Ingreso 2004

PROFESORES RESPONSABLES

Módulo 1: Lic. Francisca Milano, Lic. Juan Manuel Coronel Prof. Mario Chatellanaz y Armúa de Reyes,Cristina Módulo 2: Lic. Celina Godoy, Dra. Elsa L. Cabral y Lic. Lili Mautino Módulo 3: Lic. Alicia Lutz , Lic. Alexandra Crisafulli y Dra. Graciela Lavia Módulo 4: Dr. José Luis Fontana , Lic. David Iriart y Lic. Osvaldo Arbino Coordinadora: Dra. Cristina Armúa de Reyes.

2004

Módulo 1: Este Módulo incluirá también nociones básicas sobre las estructuras y compuestos químicos de importancia biológica.

CIENCIA

CONCEPTO “Es el conocimiento racional, cierto o probable, obtenido metódicamente, sistematizado y verificable” Es racional porque se vale de juicios y razonamientos, los que son coherentes con un sistema de ideas aceptadas previamente. Es cierto o probable porque es una verdad que puede ser perdurable o no en el tiempo. Es sistematizado porque está formado por un conjunto de ideas lógicamente ordenadas y relacionadas entre sí. Es verificable porque puede confrontarse con la realidad. La ciencia es el resultado de la investigación y la aplicación del método científico; recopila un conjunto de conocimientos obtenidos a través de la práctica sistemática que aplica un método. Dichos conocimientos son resumidos y expresados en conceptos, teorías y leyes. La ciencia ofrece un método para el estudio de problemas, también proporciona métodos alternativos para describir, explicar y predecir fenómenos y las consecuencias de determinadas acciones.

TIPOS DE CIENCIAS Ciencias Formales o Puras: son aquellas que se ocupan de los entes abstractos (creaciones de la mente). Por ej.: Lógica y Matemática. Es una ciencia deductiva que utiliza la demostración no la verificación. Ciencias Fácticas: son las que tienen como objeto de estudio hechos de la realidad u objetos materiales. Por ej.: Biología, Física, Antropología, Química. El método que emplean es el método científico. EL MÉTODO CIENTÍFICO Es el proceso que sigue el investigador para llegar al conocimiento. Se trata de una secuencia lógica de pasos que se siguen para que el trabajo tenga validez. Si bien el método puede variar en los detalles, puede definirse la siguiente secuencia general: 1- planteamiento del problema, 2- construcción de un modelo o marco teórico, 3- hipótesis, 4- prueba de la misma o experimentación, 5- conclusión, 6- introducción de conclusiones en la teoría, 7- reajuste del modelo, 8- sugerencias de un trabajo ulterior.

CIENCIAS BIOLÓGICAS

Concepto “Ciencia fáctica que reúne conocimientos acerca de la vida o de los seres vivos”. Ramas Existen innumerables subdivisiones de la Biología. A continuación exponemos algunas de ellas: Botánica Ecología Bioquímica Taxonomía Zoogeografía Sistemática Fitogeografía Parasitología Entomología Helmintología Zoología Histología Citología Fisiología Embriología Etología Paleontología Mastozoología

CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Los seres vivos que habitan el planeta comparten un conjunto de características que los diferencian de los objetos inanimados. Estos rasgos incluyen un tipo preciso de organización; una variedad de reacciones químicas o metabolismo; la capacidad de conservar su medio interno incluso si el ambiente externo se modifica (homeostasis); movimiento, capacidad de respuesta, crecimiento, reproducción y adaptación a los cambios ambientales.

A- Se componen de células: según la teoría celular, uno de los principios fundamentales de la Biología, todos los seres vivos se componen de células y de sustancias producidas por éstas. Algunas de las formas de vida mas sencillas, como las bacterias, son unicelulares o sea consisten en una sola célula. En contraste, un animal o una planta, están formados por miles o millones de células.

B- Metabolismo: es la suma de todas las actividades químicas del organismo. En

todos los seres vivos ocurren reacciones químicas y transformaciones de la energía esenciales para la nutrición, el crecimiento, reparación de células y la conversión de energía en formas útiles. Incluye: a) catabolismo: rotura de grandes moléculas en otras más pequeñas, con liberación de energía, y b) anabolismo: síntesis de grandes moléculas a partir de otras más pequeñas, con el uso de parte de esa energía. Las reacciones metabólicas sobrevienen de manera continua en todos los seres vivos y deben estar reguladas de manera minuciosa para que se mantenga el estado interno equilibrado (homeostasis).

C- Movimiento: sin que implique locomoción (movimiento de un sitio a otro).

Muchos animales se mueven de manera evidente. Los movimientos de las plantas son mucho mas lentos y menos apreciables, por ejemplo el follaje gira

hacia la luz. Asimismo, la materia viva en el interior de la célula está en movimiento continuo.

D- Irritabilidad: los seres vivos responden a estímulos que son los cambios físicos

o químicos en su ambiente interno o externo.

E- Crecimiento y Desarrollo: los seres vivos crecen es decir aumentan su masa

resultado de un mayor tamaño de las células, aumento del número de las mismas o ambos fenómenos. Además de crecer los organismos se desarrollan el que incluye todos los procesos por el cual las células se especializan y estructuran.

F- Reproducción: La vida solo proviene de la vida a través de la producción de

nuevas generaciones de organismos similares. Puede ser asexual (con un solo progenitor) o sexual (recombinación de genes procedentes de dos progenitores). Esta característica permite la continuidad de las especies.

G- Adaptación a los cambios ambientales y evolución: proceso de cambio para

favorecer la supervivencia, adaptarse a su ambiente y evolucionar (cambiar). Las adaptaciones son los rasgos que mejoran la capacidad de un organismo para sobrevivir en un ambiente dado.

MICROSCOPIA Para el estudio de objetos o estructuras pequeñas e invisibles a simple vista se hizo necesario el empleo de instrumentos de óptica que colaboran con la Biología. Un microscopio es un instrumento de óptica que permite ver de cerca y aumentados, objetos o estructuras que escapan al poder de resolución de nuestros ojos. Existen varios tipos de microscopios:

a- Microscopios binocular estereoscópico o simples o lupas b- Microscopios ópticos compuestos c- Microscopios electrónicos

a- Microscopio simple: es el más elemental de estos instrumentos y está compuesto de una sola lente o sistema de lentes convergentes. b- Microscopio óptico: consta de una parte mecánica y una parte óptica con dos sistemas de lentes convergentes (objetivos y oculares). La fuente de energía que permite su funcionamiento es la luz artificial por ello a estos microscopios también se los denomina Microscopios de luz. Esta luz es recogida por un espejo que refleja el haz luminoso hacia el condensador donde sus lentes lo concentran en un plano donde se coloca la preparación o muestra (platina); la imagen producida alcanza el objetivo que es el sistema de lentes más cercano al preparado u objeto. d-Microscopio electrónico: las células y sus componentes son tan pequeños que los microscopios de luz ordinarios solo permiten diferenciar los detalles generales de muchas partes celulares. Fue la creación de los microscopios electrónicos los que permitieron el estudio de los detalles finos o ultraestructura de la célula. La importancia del Microscopio electrónico reside en su poder de resolución. Los instrumentos más recientes permiten obtener aumentos de 160.000 veces, que mediante amplificaciones fotográficas pueden aumentarse más de un millón de veces. El microscopio electrónico

utiliza un haz de electrones en lugar de un rayo de luz. Y las lentes (del microscopio óptico) son reemplazadas por bobinas electromagnéticas.

Bibliografía. - Curtis, H. y N. Sue Barnes. 200. Biología . Panamericana. 1498 pp.

- Hickman, R. H. 1990. Principios integrales de Zoología. Interamericana Mc

Graw – Hill. 1118 pp.

- Solomon, E. P.; Berg, L. R.; Martín, D. W. y Villé, C. 1996. Biología de Villee. Interamericana Mc Graw- Hill. 1193 pp.

TRABAJO PRÁCTICO

Tema: PARTES Y MANEJO DEL MICROSCOPIO SIMPLE Y COMPUESTO.

1-Reconocer las partes que integran un Microscopio Binocular Esteroscópico y Microscopio óptico compuesto.

Microscopio Binocular Esteroscópico.

a-brazo o pilar b-pie c-tornillo de enfoque d-anillo de aumento e-oculares- f-platina

Microscopio Óptico Compuesto Parte mecánica

a- pie b- columna o brazo c- tornillo macrométrico d- tornillo micrométrico e- fuente de iluminación f- platina g- sistema de revolver h- tubo

Parte óptica

a- condensador b- oculares c- objetivos 2. Atienda a las indicaciones del profesor a cargo, acerca del cuidado y manejo del instrumental. 3- Con mucho cuidado, trate de enfocar los preparados o muestras que se le brindará.

Qué es la Célula

Teoría Celular:

Células Procariotas y Eucariotas

Módulo 2 Teoría Celular. Células Procariotas y Eucariotas. Niveles de Organización: celular, agregado de células, tisular, orgánico y de sistemas de órganos. Reinos. Es la unidad estructural y funcional fundamental de todos los seres vivos.

Su nombre (del griego Kytos: célula, del latín Cella: espacio vacío) fue utilizado por primera vez por Robert Hooke (1655) para descibir la estructura del corcho, observada con primitivas lentes de aumento, en la que diferenció las cavidades de la pared celular. Posteriormente, Leeuwenhoek (1674), observó células “libres” (eritrocitos de algunos animales) con cierta organización en su interior. Descubrimientos más recientes, tales como los referentes a la estructura de los tejidos vegetales y animales, características del núcleo y de la división celular, análisis bioquímicos y ultraestructurales de sus componentes, etc., han permitido avanzar en su conocimiento detallado. Actualmente, se considera como una verdadera célula a aquella que es capaz de:

a) formar nuevas células similares a las predecesoras; b) regular los intercambios entre el interior y el exterior de la célula; c) utilizar la energía atrapada por la célula u obtenida de los alimentos y d) sintetizar proteínas.

Los virus poseen sólo la primera de estas facultades, por lo que no son considerados células verdaderas. La Teoría Celular es uno de los grandes conceptos unificadores de la Biología, que ha surgido y se ha perfeccionado a través de varios siglos de observaciones y descubrimientos. Su postulado actual establece que:

1) Las células constituyen las unidades morfológicas y fisiológicas de todos los organismos vivos.

2) Las propiedades de un organismo dado dependen de las células individuales. 3) Las células se originan únicamente a partir de otras células y su continuidad

se mantiene a través del material genético. 4) La unidad más pequeña de la vida es la célula.

Resulta notable el hecho de que los seres vivos más diversos, desde las amebas hasta las ballenas y sequoias gigantes se hallan constituídos, en última instancia, por la misma unidad elemental: la célula.

Si examinamos a nivel celular a todas las formas vivientes actuales, podemos ubicar a las células que los componen en dos tipos: procariotas o eucariotas, algunas de cuyas diferencias se presentan en la siguiente tabla:

Células Procariotas Células Eucariotas Envoltura Nuclear Ausente Presente

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Desnudo Combinado con proteínas (histonas)

Cromosomas Único Múltiple Pared Celular No celulósica Celulósica en células

vegetales Nucléolos Ausentes Presentes División Amitosis Mitosis o Meiosis

Endomembranas Ausentes Presentes Mitocondrias Ausentes Presentes Ribosomas Presentes (menor tamaño) Presentes

Cloroplastos Ausentes Presentes en células vegetales

Pasaje selectivo de solutos a través de la membrana

plasmática

Ausente Presente

A) Células Procariotas: Carecen de envoltura nuclear, por lo que el cromosoma procariótico se halla en contacto directo con el resto del protoplasma. Este tipo celular es el que se halla presente en bacterias y cianobacterias. Son generalmente de pequeño tamaño (0,1 - 10 µm), pero algunas llegan a 60 µm. Como ejemplo de este grupo de organismos, describiremos brevemente la estructura de una célula bacteriana. Las bacterias se hallan rodeadas por dos membranas bien definidas, separadas por el espacio periplasmático: la membrana externa rígida o pared celular, de composición química compleja (polisacáridos, lípidos y proteínas) y la membrana interna o membrana plasmática (lipoproteica), que controla la entrada y salida de elementos hacia el protoplasma de la bacteria. El cromosoma bacteriano es una molécula circular única de ADN desnudo, situada dentro del nucleoide (región más clara del protoplasma) y unido a la membrana plasmática. Además, algunas bacterias poseen un pequeño ADN circular denominado plásmido, que puede conferirle resistencia a uno o más antibióticos. Rodeando al ADN se hallan abundantes ribosomas (ARN y proteínas) que son los sitios donde se realiza la síntesis proteica. El resto de la célula se compone de agua, proteínas, otros tipos de ARN y moléculas más pequeñas. B) Células Eucariotas: Presentan un núcleo celular bien diferenciado y su organización resulta notoriamente más compleja que la de las células procariotas. Su tamaño varía desde unos pocos micrómetros de diámetro hasta varios centímetros (visibles a simple vista). Los organismos que presentan células eucariotas son los protistas, hongos, vegetales y animales. En los organismos multicelulares, las células varían en forma y estructura de acuerdo a la función específica de los diferentes tejidos y órganos. En las células eucariotas, el núcleo constituye un compartimiento separado, limitado por la membrana nuclear. Generalmente rodeando al núcleo se diferencia otro compartimento de mayor tamaño, el citoplasma, rodeado por la membrana plasmática. Cada uno de estos tres componentes principales tiene a su vez varios subcomponentes con diferentes estructuras y funciones, según se presenta en la siguiente tabla:

Niveles de Organización de los Seres Vivos

Principales Componentes de una Célula Eucariota

Subcomponentes Función Principal

Membrana Celular Membrana plasmática

Pared celular Cubierta celular

Control selectivo del pasaje de solutos Protección

Interacciones celulares Núcleo Cromosomas

Nucléolo Genes

Síntesis de ribosomas Citoplasma

Citosol o matriz citoplasmática

Enzimas solubles Ribosomas

Glucólisis Síntesis proteica

Citoesqueleto Microtúbulos y Microfilamentos

Forma y movilidad de la célula

Organoides microtubulares Centrosoma y centríolos

Cuerpos basales y cilios División celular

Motilidad celular Sistema de endomembranas Membrana nuclear

Retículo endoplasmático Complejo de Golgi

Endosomas y lisosomas

Permeabilidad nuclear Síntesis y procesamiento

Secreción Digestión

Organoides de membrana Mitocondrias Cloroplastos Peroxisomas

Síntesis de ATP Fotosíntesis Protección

La presencia del núcleo caracteriza a la célula eucariota. Generalmente, la forma del núcleo se relaciona con la de a célula, así, en células esféricas, cúbicas o poliédricas, éste es gneralmente esférico, y en las células fusiformes o cilíndricas suele ser elipsoidal. El tamaño del núcleo es proporcional al número de cromosomas, a su contenido de ADN y proteínas y a su actividad durante el ciclo celular. Casi todas las células son mononucleadas, pero existen algunas binucleadas (células hepáticas y cartilaginosas) o polinucleadas. En los plasmodios (grandes masas protoplasmáticas sin divisiones celulares), como las fibras musculares estriadas, los núcleos pueden ser muy numerosos.

Las notables diferencias en la complejidad estructural de los seres vivos, permiten reconocer diferentes niveles de organización corporal:

1- Nivel de Organización Celular o Protoplásmico: Comprende a los organismos completos, constituídos por una sola célula que lleva a cabo las mismas funciones vitales básicas que los animales y plantas más complejos. Esta célula única presenta orgánulos especializados para notables divisiones del trabajo, como elementos esqueléticos, locomotores, digestivos, etc. Este tipo de organización se encuentra en los protistas (amebas, ciliados, flagelados, algas unicelulares, etc.)

2- Nivel de Organización en Agregado de Células: Comprende aquellos organismos que poseen grupos de células diferenciadas funcionalmente, de tal forma que algunas llevan a cabo los procesos de nutrición, otras los de reproducción, etc. Dichas células muestran escasa tendencia a la organización en

Los Reinos de la Naturaleza:

tejidos. En esta categoría pueden incluirse algunos protistas coloniales, como los del género Volvox, que poseen células somáticas y reproductoras. También las esponjas marinas y de agua dulce (Phylum Porifera), que poseen diferentes tipos de células con distintas funciones, como los coanocitos (producen corrientes de agua y atrapan el alimento), los pinacocitos (recubren las superficies externas), etc.

3- Nivel de Organización Tisular: Comprende aquellos seres vivos en que las células se han agrupado y especializado, operando en forma coordinada y modificando su estructura para la función que desarrollan. Como ejemplo típico de este nivel de organización se cita a los Cnidarios (medusas, hidras, corales), que poseen tejidos bien definidos, como la red nerviosa formada por las células nerviosas y su prolongaciones, que cumplen funciones de coordinación.

4- Nivel de Organización en Órganos: Presente en aquellos seres vivos en que tejidos diferentes se han integrado, estructural y funcionalmente, para constituir órganos. Entre los animales, el grupo que representa más claramente este nivel de organización es el de los Platelmintos o Gusanos Planos, como las planarias de agua dulce, duelas y tenias intestinales, etc. En ellos se hallan presentes órganos bien definidos como manchas oculares, faringe, órganos reproductores complejos, etc.

5- Nivel de Organización en Sistemas de Órganos: Este tipo de organización se halla presente en la mayoría de las plantas y animales de mayor tamaño, como los mamíferos y las plantas con flores. En ellos, diferentes órganos actúan juntos para llevar a cabo determinadas funciones corporales básicas: circulación, respiración, digestión, etc., constituyendo los aparatos o sistemas de órganos.

A fin de hacer posible el análisis de la enorme cantidad y diversidad de organismos vivientes, se ha realizado un ordenamiento de los mismos de acuerdo a sus semejanzas en estructura y función, creando un sistema de clasificación que sigue actualizandose constantemente. En la obra clásica “Sistema Naturae” de Carl von Linné (1758), se estableció la división de los seres vivos en dos grandes grupos o Reinos: Animalia y Plantae. Actualmente, el esquema más aceptado es el que propone la existencia de cinco reinos: Prokaryotae o Monera, Protista o Protoctista, Fungi, Plantae y Animalia, presentado por el ecólogo norteamericano R.H. Whittaker (1969). A continuación se exponen brevemente las principales características de los cinco reinos. Reino Prokaryotae o Monera: Comprende aproximadamente 15.000 especies conocidas de bacterias procariotas unicelulares en su mayoría, aunque algunas forman estructuras coloniales simples. Su nutrición es autótrofa (fotosintética o quimiosintética) o heterótrofa. A menudo poseen una pared celular con glucoproteínas, diferente de la de plantas y animales. Se reproducen por división celular simple (asexual) pero relizan intercambios ocasionales de material genético entre individuos. Si bien algunas bacterias se hallan asociadas a enfermedades, la mayoría son benéficas, como las que participan en la descomposición de restos orgánicos, en la digestión, en la producción de antibióticos y vitaminas, etc. Existen bacterias anaeróbicas, pero las cianobacterias fotosintéticas fueron los primeros organismos en desarrollar la capacidad de utilizar el oxígeno para la respiración (aerobias).

Reino Protista o Protoctista: Compuesto por los organismos eucariotas más simples, aunque muy diversos (aproximadamente 200.000 especies conocidas). Se cree que representan un escalón intermedio en la evolución, entre los procariotas y el resto de los grupos de eucariotas. Son unicelulares (la mayoría), coloniales o multicelulares simples (algunos). De nutrición autótrofa o heterótrofa, algunos poseen una combinación de ambos tipos. Se desarrollan principalmente en hábitats acuáticos, por sus hábitos alimenticios y su débil capacidad de locomoción fuera del agua, la que realizan mediante flagelos y cilios. La respiración aeróbica es la más difundida en este reino, aunque algunos de sus representantes son anaerobios facultativos o estrictos. Se reproducen asexualmente (mitosis) o sexualmente (meiosis). De acuerdo a su modo de vida, se reconocen cuatro grupos principales: a) Protozoos: heterótrofos que viven en hábitats acuáticos, suelos húmedos, en el tracto digestivo de animales o son parásitos. b) Mohos Deslizantes: heterótrofos, con la capacidad particular de formar estados unicelulares (cuando el alimento es abundante) y multicelulares (cuando escasea el alimento). c) Algas unicelulares o coloniales: fotosintéticas, con cloroplastos. d) Algas multicelulares: fotosintéticas, con cloroplastos. Similares a plantas marinas. Reino Fungi: Organismos eucariotas heterótrofos, que secretan enzimas digestivas y digieren al alimento fuera del cuerpo (mohos, hongos, levaduras). La mayoría multicelulares, pero algunos son unicelulares (levaduras). Muchos son descomponedores, otros mantienen relaciones simbióticas con plantas (micorrizas). El organismo de los hongos consiste en una masa de filamentos denominados hifas, que se combinan para formar el micelio del hongo. Las hifas están constituídas por una cadena de células rodeadas de una pared celular de quitina o por un citoplasma continuo con numerosos núcleos. El micelio del hongo es generalmente subterráneo y los cuerpos fructíferos (estructuras reproductivas) crecen sobre la superficie del suelo y producen esporas. Se reproducen por mitosis (asexualmente) o sexualmente por ciclos más o menos complejos. Reino Plantae: Comprende a más de 400.000 especies actuales de organismos eucariotas multicelulares autotróficos (fotosintéticos). Casi todas las plantas tienen en común la presencia de cloroplastos que contienen clorofila y otros pigmentos. Las paredes celulares están compuestas de celulosa. Su respiración es aeróbica. La mayoría de las plantas no poseen movilidad y se reproduce sexualmente, alternendo durante su ciclo los estados diploide (doble juego de cromosomas) y haploide (único juego cromosómico). Sus estructuras varían desde filamentos y hojas simples hasta las más complejas plantas con flores. Reino Animalia: Incluye a eucariotas multicelulares, con nutrición heterotrófica. Sus células carecen de pared celular. La mayoría de ellos presenta un alto nivel de complejidad y especialización en sus tejidos y órganos, característica que los distingue de los otros cuatro reinos. La respiración es aeróbica y realizan la digestión del alimento en el interior de un sistema digestivo que produce enzimas. La reproducción es principalmente sexual y pasan su ciclo de vida completo como organismos diploides con excepción de las células sexuales o gametas que son haploides. Se conocen actualmente más de un millón de especies animales. Poseen la capacidad de desarrollar formas variadas de movimiento, para desplazarse activamente dentro de sus hábitats.

Si bien esta división en cinco reinos es actualmente aceptada por la mayoría de los autores, existen propuestas de subdivisión de los reinos Monera y Protista, basados en estudios ultraestructurales, bioquímicos y moleculares más recientes. Célula animal y vegetal

1. Concepto. Célula es la unidad morfológica y funcional con capacidad de autoreproducirse, que constituye a los seres vivos. Está formada por pared celular (en los vegetales), membrana plasmática, protoplasma y núcleo. Se puede separar también en un componente vivo, el protoplasma y otro no vivo, la pared celular.

2. Componentes:

Æ PARED CELULAR

Æ Laminilla media

Æ Pared primaria y secundaria

Æ PROTOPLASMA

A. MATRIZ CITOPLASMÁTICA

B. SISTEMA DE MEMBRANAS

§ Plasmalema

§ Retículo endoplasmático

§ Cuerpos de Golgi

§ Membrana nuclear

C. ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS

§ Con membrana simple

Ø Lisosomas

Ø Vacuolas

Ø Microcuerpos

Ø Esferosomas

Ø Cuerpos paramurales

§ Con membrana doble Ø Plastidios

Ø Mitocondrias

§ Sin membrana

Ø Ribosomas

Ø Microtúbulos y microfilamentos Æ NÚCLEO

Æ PARED CELULAR

La pared celular es la cubierta semi-rígida que rodea a las células vegetales; es una forma de matriz extracelular que está adosada a la superficie externa de la membrana plasmática de la célula vegetal. La función es dar forma y protección al citoplasma dándole solidez al cuerpo de la planta.

Está constituida por dos fases: la fase fibrilar y la fase amorfa o matriz. La fase fibrilar es inerte, rígida, discontinua, formada por fibrillas entrecruzadas que están compuestas por largas moléculas de celulosa. La fase amorfa es una fase continua interfibrilar, constituida por sustancias pécticas y hemicelulosas.

La pared celular está compuesta de afuera hacia adentro por: laminilla media, pared primaria, pared secundaria y pared terciaria en pocos casos.

Æ PROTOPLASMA

A. MATRIZ CITOPLASMÁTICA (CITOSOL O CITOPLASMA FUNDAMENTAL). Constituye el verdadero medio interno de la célula y es donde se produce la mayor parte de las funciones citoplasmáticas. Es una masa amorfa, más o menos viscosa y finamente granulosa, está constituida por agua, iones, metabolitos de bajo peso molecular y macromoléculas como proteínas y lípidos en suspensión. En la matriz citoplasmática se hallan distribuidos el sistema de membranas y los orgánulos citoplasmáticos.

B. SISTEMA DE MEMBRANAS. Está constituido por el plasmalema, retículo endoplasmático, membrana nuclear y el complejo de Golgi. Divide el citoplasma en dos partes: una contenida dentro de dicho sistema y en comunicación con el medio extracelular y otra fuera de él, ocupado por la matriz citoplasmática.

§ Plasmalema o membrana plasmática (Fig. 1): Es una delgada estructura laminar que rodea a la matriz citoplasmática y en los vegetales la separa de la pared celular. Es una membrana altamente selectiva al pasaje de sustancias y es el sitio por donde ingresan el agua, los iones y otras sustancias. Actúa, además, percibiendo señales del medio y permite reaccionar a la célula. Está compuesta por proteínas, lípidos (fosfolípidos) y un pequeño porcentaje (1 a 5%) de oligosacáridos que pueden encontrarse unidos a los lípidos o a las proteínas. La estructura de moléculas de lípidos y proteínas están unidas por enlaces no covalentes, mantienen una conformación básica de dos capas de lípidos enfrentados por sus grupos no polares, forman una especie de matriz, donde se hallan moléculas de proteínas. La función principal de éstas es constituir canales para el pasaje de agua, iones y otros metabolitos, de manera pasiva o con gasto de energía.

Los lípidos son insolubles en agua, poseen una cabeza polar hidrofílica que se dirige hacia la superficie externa e interna de la membrana y una cola hidrofóbica orientada hacia la parte media.

Las membranas poseen canales que las atraviesan de un lado a otro, rellenos de proteínas, por donde pasan el agua, iones, solutos y diversas sustancias de peso molecular bajo. Los canales se pueden distinguir por su función en los siguientes tipos: 1-canales ácueos o hidrocanales. 2-canales protónicos. 3-canales iónicos. 4-canales transportadores.

Fig. 1: Estructura de la membrana plasmática (extraída de Curtis, 2001)

§ Retículo endoplasmático (RE): es una doble membrana con aspecto de red, que forma un espacio interior continuo, extendido a través de todo el citoplasma y se conecta con células vecinas mediante plasmodesmos. Se diferencia en: retículo endoplasmático rugoso o granular (con ribosomas adheridos) y retículo endoplasmático liso (carece de ribosomas). Está formado por túbulos y grandes sacos aplanados llamados cisternas. Los túbulos y las cisternas con frecuencia están ocupados por una matriz semilíquida que circula entre las membranas de dicha cavidad, que recibe el nombre de enquilema y que contiene principalmente material proteico sintetizado por los ribosomas adheridos a la membrana externa del núcleo y al retículo endoplásmico rugoso (Fig. 2).

Las funciones son las siguientes:

a-participa en el sostén mecánico del citoplasma

b-posee propiedades osmóticas

c-interviene en el intercambio intracelular entre la matriz citoplasmática y el enquilema (a manera de un sistema circulatorio para el transporte intracelular de diversas sustancias).

d-la síntesis de proteína es una de las funciones del retículo endoplasmático rugoso.

e-la síntesis de lípidos está asociada con el retículo endoplasmático liso y la de lipoproteínas con ambos.

f-interviene en l formación de la mayoría de las membranas de la célula eucariótica.

Fig. 2: Interacción de los ribosomas, retículo endoplasmático y complejo de Golgi y sus

vesículas (extraída de Curtis, 2001)

§ Cuerpos de Golgi, aparato de Golgi o complejo de Golgi (Fig. 3): Está ubicado cerca del núcleo y está formado por una serie de cisternas, envueltas por una membrana, que se apilan como placas (dictiosomas). Los dictiosomas consisten en 5-6 cisternas cuya forma y tamaño son variables y que se disponen en pilas paralelas adoptando a menudo una organización concéntrica, con una cara convexa y otra cóncava.

Las funciones son las siguientes:

a-secreción (en los animales: el mucus en las células intestinales es secretado por los cuerpos de Golgi. En los vegetales: en las células intervienen en la deposición de la pared celular

b-los productos de secreción del complejo de Golgi son sintetizados en el retículo rugoso y luego pasan al complejo de Golgi donde son empaquetados y posteriormente secretados mediante la formación de vesículas de secreción.

c-la síntesis y la secreción de lipoproteínas y de glucoproteínas están relacionadas con el retículo endoplasmático y cuerpos de Golgi. Las vesículas dictiosómicas también participan en la formación de lisosomas primarios.

Fig. 3: Estructura del complejo de Golgi (extraída de Curtis, 2001)

§ Membrana nuclear (Fig. 4): Está constituida por una doble membrana concéntrica, una interna que limita con el contenido nuclear y otra externa que limita con el citoplasma, quedando entre ambas membranas un espacio, llamado perinuclear. La membrana externa se continúa con la membrana del retículo endoplasmático y suele observarse cubierta de ribosomas. El intercambio entre el núcleo y el citoplasma se realiza a través de poros a los que se denomina, por su estructura, complejo del poro. Presentan entre 3000 y 4000 poros que constituyen simples canales para el intercambio entre el núcleo y el citoplasma.

Fig. 4: Esquema del nucléolo (extraída de Curtis, 2001)

C. ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS

En las células vegetales constituyen cerca de 12 compartimentos, limitados por membranas y relacionados por su origen con el retículo endoplasmático. Se pueden agrupar de la siguiente manera:

§ Rodeados por membrana simple

Ø Lisosomas: En las células animales son orgánulos bien caracterizados en su estructura y contenido enzimático. Están limitados por una membrana simple que rodea un estroma más o menos denso, rico en enzimas hidrolíticas.

En los vegetales estos orgánulos no están bien caracterizados, pero los fenómenos de lisis juegan un papel importante durante la absición, la germinación de semillas, infección fúngica o la diferenciación celular.

En la célula animal existirían cuatro tipos de lisosomas, de los cuales uno es el lisosoma primario o gránulo de reserva y los otros tres se designan como lisosomas secundarios.

Ø Vacuolas: Son orgánulos característicos de la célula vegetal, en la célula animal están poco o nada desarrolladas. Están limitados por una membrana simple, el tonoplasto y presentan un contenido llamado jugo celular. Se encuentran productos de reserva: como hidratos de carbono, proteínas; productos de desecho: taninos, pigmentos (antocianinos, antoxantinas), sales minerales, oxalato de calcio, carbonato de calcio y anhídrido de Si.

Las funciones son las siguientes: a-es el lugar de la célula donde se almacena agua y productos celulares, le otorga

rigidez o turgencia que contribuye al sostén de la planta.

b-al contener pigmentos que le dan el color a las flores, hojas, tallos y frutos contribuyen a la atracción de insectos y otros animales que intervienen en la polinización y en la dispersión de las semillas.

Ø Microcuerpos: son orgánulos pequeños, esféricos u ovales con una membrana simple que con frecuencia se invagina. En su interior posee una matriz amorfa con inclusiones cristalinas. Se distinguen dos tipos funcionales según su complemento enzimático:

o Peroxisomas: son microsomas involucrados en el metabolismo del glicolato, que es un producto secundario de la fotosíntesis, se hallan preferentemente asociados con cloroplastos y mitocondrias.

o Glioxisomas: contienen enzimas necesarias para el metabolismo de los lípidos acumulados como reservas, se localizan junto a gotas de lípidos.

Ø Esferosomas: son pequeñas vesículas o esferas que tienen lípidos en su interior, limitadas por sólo media unidad de membrana. Parecen provenir del retículo endoplasmático tubuloso y están relacionados con la síntesis y almacenamiento de grasas.

Ø Cuerpos paramurales: son invaginaciones del plasmalema de aspecto variado.- Pueden estar ubicados entre el plasmalema y la pared celular, o pueden estar en el citoplasma como los cuerpos multivesiculados y también pueden estar en las vacuolas. Se consideran que son estructuras relacionadas con el crecimiento de la pared celular. Pueden diferenciarse:

Ø Plasmalemasomas: en su formación interviene sólo el plasmalema.

Ø Lomasomas: participan, además, en su formación otras membranas.

Ø Cuerpos membranosos concéntricos intravacuolares o “rollos de membrana”: frecuentes en las células que deben alargarse rápidamente como las hifas de los hongos o la célula sifonogénica para formar el tubo polínico.

§ Rodeados por membrana doble

Ø Plastidios: Son orgánulos que sólo están en las células vegetales o en las de algunos protistas. Se delimitan por una doble membrana, con forma, número y tamaño variable según el tipo celular. No existen en las células animales y se consideran que derivan de los proplastidios, que se hallan en los células meristemáticas. En su interior se encuentran el estroma o matriz y un sistema de membranas. Muchos plastidios contienen pigmentos. Si un plastidio contiene clorofila es un cloroplasto, cuando contiene algún otro pigmento es un cromoplasto.

Ø Cloroplastos (Fig. 5): en estos plastidios tiene lugar la fotosíntesis, fenómeno que consiste en dos tipos de reacciones: una fotoquímica y una bioquímica. A través de este proceso las plantas producen gran parte de la energía química aprovechada por los organismos vivientes.

Ø Cromoplastos: son cloroplastos modificados que por acumulación de pigmentos de la clorofila, como caroteno, xantofila y licopeno, adquieren colores anaranjado, amarillo o rojo. Son los responsables de los colores de los frutos maduros, de las flores y brácteas, ayudan en la atracción de insectos o aves, encargados de facilitar la polinización y diseminación.

Ø Leucoplastos: son plastidios que acumulan sustancias de reserva, como aceites (elaioplasto), proteínas (proteinoplasto) o almidón (amiloplastos). Son frecuentes en semillas y en órganos de reserva. En condiciones adecuadas pueden convertirse en cloroplastos o cromoplastos.

Fig. 5: Localización y estructura del cloroplasto (extraída de Curtis, 2001)

Fig. 5 (continuación): Localización y estructura del cloroplasto

(extraída de Curtis, 2001) Ø Mitocondrias (Fig. 6): son orgánulos que intervienen en la respiración celular,

se encuentran en el citoplasma de células vegetales y animales. Presentan doble membrana y entre ambas se encuentra el espacio perimitocondrial; la membrana interna envía pliegues hacia el interior de la cavidad mitocondrial, en forma de tabiques incompletos, son las crestas mitocondriales. La cavidad interna está ocupada por un material denso, la matriz mitocondrial. La matriz contiene las enzimas que metabolizan el ácido pirúvico en el ciclo de Krebs y que produce ATP y la oxidasa alternativa que genera calor con la energía de los substratos. Se hallan presentes filamentos de ADN de forma circular y pequeños ribosomas. La existencia de ambos ácidos ADN y ARN, permite a las mitocondrias sintetizar algunas proteínas estructurales y enzimas y son también trasmisores de información biológica.

Cloroplasto

Fig. 6: Estructura de la mitocondria (extraída de Berg, 1997)

§ Sin membrana

Ø Ribosomas: son orgánulos citoplasmáticos, que carecen de membrana limitante y están constituidos por ARNr y proteínas. Constituyen el lugar de la célula donde se realiza la síntesis de proteínas. Están formados por dos subunidades de diferente forma y tamaño. La secuencia de bases del ADN codifica la secuencia de aminoácidos de las proteínas (cada aminoácido es codificado por un grupo de tres bases o trinucléotido, tripletes o codones de ADN y ARN).

El flujo de información genética en las células normales es el siguiente:

ADN ARN Proteínas

Transcripción o síntesis de ARN Traducción o síntesis de proteínas

q ARN ribosómico (ARNr): es el más abundante de los tres ARN. Es sintetizado a partir del ADN nuclear, en los cromosomas especiales que forman el nucléolo. Es el encargado de organizar los distintos ARNr y proteínas en las 2 subunidades que constituyen los ribosomas.

q ARN mensajero (ARNm): es sintetizado también a partir del ADN nuclear, representa el 5% del ARN total. Del núcleo pasa al citoplasma y se ubica entre las subunidades ribosómicas para traducir la información del ADN en la síntesis de proteínas.

q ARN de transferencia (ARNt): son los ARN más pequeños y los únicos solubles; representan del 10 al 15 % del ARN total; se sintetizan también a partir

Membrana externa

Membrana interna

Matriz Crestas

Mitocondria

del ADN nuclear y de allí pasan al citoplasma donde juegan también un papel importante en la síntesis de proteínas.

Ø Microtúbulos y microfilamentos (Fig. 7): son estructuras tubulares que están en la matriz citoplasmática, próximas al plasmalema y también pueden ser parte de los centríolos y de organoides móviles, como cilios y flagelos.

Las funciones son las siguientes:

el mantenimiento de la forma de la célula

b) en la ciclosis (corriente citoplasmática)

c) movimiento de cilios y flagelos

d) movimiento de los cromosomas en el huso durante la división celular

e) transporte de moléculas, gránulos y vesículas en el interior de la célula

f) en la célula vegetal intervienen en la orientación de las fibrillas de celulosa durante la deposición de la pared celular. Fig. 7: Estructura de los microtúbulos y del citoesqueleto

Æ NÚCLEO

Es el orgánulo característico de las células eucarióticas, está situado en el citoplasma. Su función es controlar y dirigir el desarrollo de la célula.

Está rodeado por una membrana doble con poros que se denomina carioteca o membrana nuclear, ambas membranas están separadas por el espacio perinuclear. Está constituido por el complejo del poro, formado por poros rodeados por estructuras circulares llamadas anillos.

El núcleo contiene una masa coloidal incolora, llamada jugo nuclear, cariolinfa o nucleoplasma, constituida por agua, proteínas y con ribosomas en suspensión. En su interior se encuentran los nucléolos y la cromatina.

§ Nucléolo (Fig. 4): Es una estructura más o menos esférica que está constituida por proteínas, 3 a 10 % de ARN y también algo de ADN. Es el lugar donde se sintetizan, organizan y ensamblan las subunidades ribosómicas, una vez que éstas están maduras son liberadas y se dirigen al citoplasma pasando a través de los poros nucleares.

En los nucléolos se diferencian una región fibrilar, central que contiene el ADN ribosómico que se desenrolla del cromosoma y penetra en el nucléolo, como también los

ARN ribosómicos nacientes y una región granular periférica que contiene partículas precursoras de los ribosomas en distintos estadíos de ensamble.

Durante la división celular, el nucléolo sufre cambios cíclicos; se desorganiza durante la profase y se vuelve a organizar durante la telofase.

3. Diferencias y semejanzas entre la célula animal y vegetal

Caracteres comunes entre célula animal y vegetal

1. Membrana plasmática: es una barrera selectiva, permeable con respecto al medio circundante.

2. Protoplasma, retículo endoplasmático, ribosomas, aparato de Golgi.

3. Lisosomas: mejor caracterizados en las células animales.

4. Vacuolas: son características de la célula vegetal y están poco o nada desarrolladas.

5. Mitocondrias: donde se producen las reacciones químicas que suministran energía para las actividades celulares.

6. Núcleo, membrana nuclear o carioteca, nucleoplasma, nucléolo.

7. Citoesqueleto

Caracteres exclusivos de la célula vegetal

1. Pared celular, rodeando a la membrana celular.

2. Cloroplastos, organelas donde ocurre la fotosíntesis.

3. Leucoplastos, plastidios incoloros, acumulan sustancias de reserva como aceites, proteínas o almidón.

4. Plastidios coloreados, fotosintéticamente activos: cloroplastos, feoplastos, rodoplastos.

5. Plastidios coloreados, fotosintéticamente inactivos, cromoplastos.

6. Cristales diversos: de oxalato de calcio, carbonato de calcio y anídrido de sílice.

Bibliografía:

Trabajo de Laboratorio correspondiente al Tema 2: 1) Observación de células procariotas (bacterias), pertenecientes al Reino Monera. 2) Observación de células eucariotas en preparados de diferentes tejidos, para identificación del núcleo, nucléolo, citoplasma, membrana plasmática y pared celular. 3) Observación de organismos de nivel de organización celular (algas unicelulares y protozoos), pertenecientes al Reino Protista. 4) Observación de diferentes organismos del Reino Animalia e identificación del nivel de organización a que pertenece cada uno (tisular, orgánico o de sistemas de órganos). 5) Obervación de representantes de los reinos Fungi y Plantae. 6) Construcción de un cuadro comparativo de las principales características de cada uno de los cinco reinos.

BERG, L. R. 1997. Introductory Botany. Plants, people, and the environment. Saunders College Publishing, U.S.A. 466 p.

CURTIS, H. N. S.; BARNES; A. SCHNEK y G. FLORES. 2001. Biología. Ed. Médica Panamericana, México. 1487 p.

DE ROBERTIS, E. D. F.; y E. M. F. DE ROBERTIS. 1984. Biología celular y molecular. I-IX: 1-628 p. El Ateneo. Buenos Aires. -De Robertis, E. (h); J. Hib y R. Ponzio. 1996. Biología Celular y Molecular de E.D.P. De Robertis. 12ª edición. Ed. El Ateneo. -Hickman, C.P.; L.S. Roberts y F.M. Hickman. 1986. Zoología: Principios Integrales. Ed. Interamericana. -Jessop, N.M. 1990. Teoría y Problemas de Zoología: Invertebrados. Ed.

Interamericana- Mc.Graw Hill. -Marshall, A.J. y W.D. Williams. 1980. Zoología de los Invertebrados. Ed. Reverté. -Rupert, E.E. y R.D. Barnes. 1996. Zoología de los Invertebrados. Quinta Edición en

Español. Ed. Interamericana – Mc.Graw Hill. -Solomon, E.P.; L.R. Berg; D.W. Martin y C. Villee. 1998. Biología de Villee. Cuarta

Edición en Español. McGraw – Hill Interamericana. 1305 pp.

Módulo 3:

EL CICLO CELULAR

Cuando una célula se divide, debe repartir a cada una de sus células hijas la

misma información genética de todos sus caracteres. Para ello, el ADN de la célula madre se replica antes de la división celular. Una vez replicado, el ADN debe ser repartido eficientemente a las células hijas, sin que se pierda nada del material genético en el proceso.

En el caso de los procariontes, que tienen un ADN circular y pequeño, la replicación y el reparto de ADN a las células hijas se realiza con relativa facilidad. En los eucariontes, el contenido de ADN es mucho mayor que en los procariontes y además se encuentra asociado a una gran cantidad de proteínas, enrollado sobre ellas y compactado dentro del núcleo. En este estado, al ADN de los eucariontes se lo denomina cromatina. Para poder distribuir el ADN en forma equitativa a cada una de las células hijas, el material hereditario de los eucariontes se encuentra empaquetado y compactado en unas estructuras llamadas cromosomas.

Antes de dividirse, una célula debe repartir a sus células hijas todos los organelos citoplasmáticos y el material genético. Debido a ello, antes de llevar a cabo la división celular, durante la interfase, las células sintetizan todas las sustancias necesarias para la formación de nuevos organelos, el crecimiento de la membrana celular y la replicación del ADN. Todos estos fenómenos (interfase), junto a la división celular, ocurren en una secuencia de fases conocidas como ciclo celular. El ciclo celular se puede dividir en dos grandes fases: la interfase y la división celular (ciclo celular = interfase + división celular). La vida de una célula es interpretada como ciclo, debido a que después de cada división, las células hijas comienzan con una interfase y vuelven a dividirse.

Interfase: durante la interfase, la célula se prepara sintetizando todo lo que le hará falta para la división celular. En lo eucariontes, la interfase se divide a su vez, en tres subfases llamadas: G1, S y G2.

− G1: esta es una etapa de activo crecimiento y metabolismo celular, donde se

sintetizan numerosas enzimas y otras proteínas y aumentan de tamaño y número la mayoría de los organelos citoplasmáticos. A partir de ARNr y proteínas, se produce el ensamble de nuevas subunidades de ribosomas. Las mitocondrias y cloroplastos se autoduplican. Durante esta etapa, se sintetizan también todas las enzimas necesarias para la replicación del ADN, que ocurre en la etapa siguiente.

− S: con los substratos y enzimas sintetizados en la etapa anterior, se lleva a cabo la formación de dos copias idénticas de todo el ADN celular. Una vez replicado el ADN, la célula está obligada a dividirse indefectiblemente y no hay marcha atrás.

− G2: durante esta subfase se completa la duplicación de los organelos citoplasmáticos y actúan determinados mecanismos de seguridad para controlar si el ADN ha completado su replicación.

División celular: la división celular, en los eucariontes consta de dos etapas bien diferenciadas, la cariocinesis y la citocinesis. − Cariocinesis: en esta etapa se reparte el material genético a las células hijas, por lo que es necesario que la cromatina se condense, formando los cromosomas. Según el tipo

de célula de que se trate, la división puede darse por mitosis o por meiosis. La mitosis da como resultado dos células hijas idénticas en información genética y en cantidad de ADN. Por el contrario, la meiosis resulta en cuatro células hijas con la mitad de cromosomas y ADN que la célula madre. −Citocinesis: en esta etapa ocurre la distribución de todo el material citoplasmático a las células hijas: mitocondrias, cloroplastos (en vegetales), ribosomas, estructuras del sistema de endomembranas, etc. Esta fase suele darse en forma simultánea a las últimas fases de la cariocinesis.

DIVISIÓN CELULAR

Todas las células de un individuo deben tener la misma información genética, o

sea la misma cantidad de cromosomas. Existe entonces un proceso que garantiza la correcta distribución de las copias de ADN entre las células hijas cada vez que ocurre la división. Este proceso es la mitosis y ocurre en las células somáticas, generando siempre dos células hijas con igual información genética.

En los organismos con reproducción sexual, un nuevo individuo se forma a partir de la unión de dos gametas, la femenina y la masculina (en el caso de los animales serían el óvulo y el espermatozoide). El nuevo individuo que se forma tiene la misma cantidad de cromosomas que los demás individuos de su especie. Esto implica que cada gameta debe aportar la mitad del número total de cromosomas. Existe un proceso capaz de dar lugar a la formación de células sexuales con la mitad del número de cromosomas, de tal forma que al unirse las gametas se genere un individuo con la cantidad normal de cromosomas de su especie. Este proceso es la meiosis. Este tipo de división garantiza que las gametas aporten solamente la mitad de los cromosomas y que además éstos presenten variación en cuanto a la información genética.

MITOSIS

Objetivos • Comprender el mecanismo de división celular. • Distinguir las distintas fases de la mitosis • Entender el mecanismo de distribución de los cromosomas durante la mitosis. Introducción

La mitosis da lugar a la formación de dos células hijas con la misma información genética y ocurre en todas las células del cuerpo, con excepción de las células germinales. El ADN replicado en el período S del ciclo celular, se reparte en forma equitativa entre las células hijas. Este reparto de ADN, reviste cierta complejidad, por lo que la mitosis ha sido dividida en cuatro fases llamadas: Profase, Metafase, Anafase y Telofase.

− Profase: en esta fase la cromatina comienza a condensarse para formar los

cromosomas, desaparece el nucleolo debido a la condensación de la cromatina y la envoltura nuclear se desintegra.

− Metafase: los cromosomas se encuentran totalmente condensados y unidos a las fibras del huso acromático migran hacia la placa ecuatorial de la célula.

− Anafase: las cromátides hermanas que forman cada cromosoma, se separan y migran hacia extremos opuestos de la célula traccionados por las fibras del huso acromático.

− Telofase: en esta etapa, los cromosomas que están formados por una sóla cromátide ya han llegado a los polos y comienzan a descondensarse para formar la cromatina. También reaparece el nucleolo, se desorganizan las fibras del huso y se reconstituye la membrana nuclear alrededor de cada núcleo.

Citocinesis: La división del citoplasma en los animales ocurre por un proceso de estrangulamiento, en el que participan las fibras del citoesqueleto celular. En los vegetales, en cambio, la citocinesis ocurre por la formación de un tabique sobre el cual se forma la pared celular. La función de la mitosis es mantener constante el número de cromosomas y garantizar que las dos células hijas formadas tengan la misma información genética. La mitosis ocurre en todas las partes del cuerpo en que se produce crecimiento, regeneración de tejidos dañados, reposición de tejidos y crecimiento embrionario. Actividades Prácticas Procedimiento

Se realizará la obserbación de preparados de mitosis con y sin pretramiento. Los alumnos deberán observar los preparados y diferenciar los distintos estadios de la mitosis, esquematizando cada uno. Al finalizar el trabajo, constestar las siguientes preguntas. Preguntas 1- ¿Cuantos cromosomas se pueden distinguir en el material estudiado?. 2- ¿En que fase resulta más fácil el recuento de los cromosomas?. 3- ¿Cual es la fase más frecuente?. 4- ¿Cuales son las diferencias entre los preparados realizados con pretratamiento y sin

pretratamiento?.

MEIOSIS

Objetivos • Reconocer las distintas fases de la división meiótica. • Observar el apareamiento de los cromosomas homólogos. • Esquematizar todas las etapas de la división meiótica. Introducción

La meiosis da lugar a la formación de cuatro células con la mitad del número de cromosomas y con diferente información genética para los mismos caracteres. Este tipo de división ocurre solamente en las células germinales, es decir, las células que forman las gametas. La meiosis consta de dos divisiones sucesivas, que se denominan Meiosis I y Meiosis II. Los sucesos que ocurren en las mismas se describe a contiación.

Meiosis I: −Profase I: en esta fase ocurren los hechos más importantes de la meiosis y generalmente es una de las fases más largas. Debido a ello, se la ha dividido en cinco subfases: Leptotene: en esta fase los cromosomas se encuentran todavía muy descondensados y al microscopio óptico se los observa como un ovillo de fibras.

Cigotene: los cromosomas homólogos de cada par de cromosomas del individuo comienzan a aparearse, uniéndose por una estructura proteica llamada complejo sinaptonémico. En este estadio y hasta la metafase I, cada par de cromosomas apareado recibe el nombre de bivalente. Paquitene: en esta fase ocurre el entrecruzamiento, que es el intercambio al azar de segmentos de ADN entre los cromosomas homólogos. Este intercambio ocurre entre segmentos de ADN con el mismo tipo de información genética e implica procesos de ruptura y unión de los segmentos de ADN involucrados en el intercambio. Diplotene: los cromosomas homólogos comienzan a separarse entre si, quedando unidos por los puntos en que se produjo el entrecruzamiento, los cuales son llamados quiasmas. Diacinesis: los cromosomas homólogos siguen separándose y los puntos de unión o quiasmas, se van corriendo hacia los extremos de los cromosomas. − Metafase I: los bivalentes o cromosomas homólogos apareados solamente por sus

quiasmas se disponen en el plano ecuatorial de la célula. En esta fase, los cromosomas alcanzan el grado máximo de condensación, por lo que se los observa muy acortados.

− Anafase I: los cromosomas homólogos se separan y migran hacia extremos opuestos de la célula, traccionados por las fibras del huso acromático.

− Telofase I: en esta etapa los cromosomas llegan a los polos y comienzan a descondensarse y alrededor de cada núcleo hijo se reconstituye la membrana o envoltura nuclear que había desaparecido al final de la profase.

En la mayoría de los organismos, luego de esta primera división meiótica ocurre

la citocinesis, o sea la división del citoplasma. El resultado de la meiosis I son dos células diferentes con la mitad de cromosomas, ya que al separarse los cromosomas homólogos, el número total de cromosomas queda reducido a la mitad en las células hijas. Las dos células resultantes son diferentes entre si, debido a que hubo separación de cromosomas homólogos, los cuales no son idénticos entre si en cuanto a la información genética que llevan. Son diferentes también porque ha ocurrido intercambio de material entre los cromosomas homólogos. Debido a que en la meiosis I se reduce el número de cromosomas a la mitad, se dice que la meiosis I es reduccional. Meiosis II: cada célula resultante de la meiosis I, luego de un período muy corto llamado interfase, sufre la segunda división meiótica o meiosis II. − Profase II: en esta fase la cromatina comienza a condensarse para formar los

cromosomas, también desaparece el nucleolo debido a la condensación de la cromatina y la envoltura nuclear se desintegra.

− Metafase II: los cromosomas, que se encuentran totalmente condensados y unidos a las fibras del huso acromático, se ubican en la placa ecuatorial de la célula.

− Anafase II: las cromátides hermanas que forman cada cromosoma se separan y migran hacia extremos opuestos de la célula traccionados por las fibras del huso acromático.

− Telofase II: en esta etapa, los cromosomas que están formados por una sola cromátide ya han llegado a los polos y comienzan a descondensarse para formar la cromatina. Reaparece el nucleolo, se desorganizan las fibras del huso y se reconstituye la membrana nuclear alrededor de cada núcleo.

Como resultado final de la meiosis se obtienen cuatro células hijas que tienen la

mitad del número de cromosomas de la célula que le dio origen. Las cuatro células

resultantes son diferentes en calidad de información, debido al intercambio de ADN en la profase I, la segregación al azar de los cromosomas homólogos en la Meiosis I y el reparto al azar de las cromátides hermanas en la meiosis II. La meiosis II es llamada ecuacional, porque no reduce el número de cromosomas, sino que solamente separa las cromátides hermanas de cada cromosoma.

La meiosis, a diferencia de la mitosis, genera variabilidad en las gametas y reduce a la mitad el número de cromosomas, para que al unirse una gameta masculina y una femenina en la fecundación se obtenga una célula con el número normal de cromosomas de la especie. La variabilidad generada por la meiosis es tan grande que es casi imposible encontrar dos gametas con idéntica información genética. Por esta razón, una pareja jamás puede tener dos hijos idénticos, salvo que sean gemelos. Actividades Prácticas Procedimiento

Se deberán localizar, analizar y esquematizar cada etapa de la división meiótica en las preparaciones provistas por los profesores. Al finalizar el trabajo, contestar las siguientes preguntas. Preguntas 1. ¿Cuales son las diferencias entre mitosis y meiosis?. 2. ¿Cuantos bivalentes se observan durante diacinesis y metafase I en el material

estudiado?. 3. Indique el número de quiasmas que se pueden observar. 4. ¿Cuantas células y con cuantos cromosomas se obtienen al final de la meiosis?. Bibliografía − Gardner, E. 1971. Principios de Genética. Ed. Limusa-Wiley. México. − Lacadena, J.R. 1981. Genética. 3º edición. Ed. AGESA. Madrid. − Lacadena, J.R. 1996. Citogenética. 1º edición. Ed. Complutense. Madrid. − Strickberger, M.W. 1978. Genética. 2º edición. Ed. Omega. Barcelona.

EVOLUCIÓN

Objetivo: -Reconocer la importancia de la Teoría Evolutiva de Darwin como principio unificador de la Biología.

Como punto final de este curso, queremos iniciar esta última etapa recordando el concepto de evolución. El término evolución, en su concepción biológica puede ser definido de diversas maneras. Todas, sin embargo, hacen referencia a un mismo fenómeno: las transformaciones progresivas o regresivas que sufren los organismos desde la aparición de la vida sobre la superficie de este planeta y que ha desembocado en las millones de especies de bacterias, hongos, plantas y animales que actualmente viven en la tierra.

La evolución implica la aparición y desaparición de estructuras, así como sus posibles modificaciones y derivaciones. Un error muy común que suele observarse en la conceptualización de evolución es la creencia de que ésta siempre tiende hacia la “perfección o complejidad”, tomando como parámetro la misma especie humana, de tal manera que aquellas especies que más se acercan filogenéticamente (evolutivamente) a la nuestra son las mejor adaptadas. Esta visión antropocéntrica de la evolución es totalmente errónea.: la mayoría de las personas están convencidas de que, por ejemplo, una cucaracha es “inferior” y está menos adaptada que el ser humano. El origen de este falso supuesto es que estamos juzgando a la cucaracha (y a todas las demás especies) con nuestros propios parámetros. Creemos que la cucaracha por no poseer un encéfalo tan desarrollado, no está tan bien adaptada como nosotros. La refutación a esto último radica en el hecho de que la cucaracha, para estar bien adaptada a su ambiente, no necesita tener un encéfalo ultra desarrollado, sino más bien una altísima tasa de natalidad que le asegure la supervivencia de su especie. Además, no está comprobado científicamente que la posesión de un gran encéfalo (como el nuestro) sea una adaptación superior a , por ejemplo, las garras de un felino o cualquier otra adaptación. Para graficar claramente la situación de la cual estamos hablando pongamos un ejemplo muy claro en este sentido: si la especie humana y las de las cucarachas fueran estudiadas por, pongamos como ejemplo, seres de otro planeta, la conclusión a la que seguramente llegarían es que las cucarachas están mejores adaptadas que el hombre, puesto que hace aproximadamente 280 millones de años (desde el período Carbonífero) que están en la Tierra con un notable éxito evolutivo. Si el éxito evolutivo se midiera de acuerdo a la duración en el tiempo que sobrevive una especie, evidentemente las cucarachas nos ganan por lejos ya que el hombre está desde hace sólo 200.000 sobre nuestro planeta.

Las ideas pre-evolucionistas: El creacionismo y el fijismo

El ser humano durante siglos se ha preguntado: ¿cómo se explica la variedad de especies existentes? ¿Cuál es la naturaleza del mundo que me rodea? ¿Por qué en el registro fósil aparecen tantas especies que hoy en día no existen en ningún rincón del planeta?. Desde la antigua Grecia, con Aristóteles (384-322 a C.) y hasta mediados del siglo XVIII predominó la concepción Creacionista la cual sostenía que cada especie fue creada individualmente por un ser todopoderoso en un único acontecimiento especial (es decir simultáneamente) y también una concepción Fijista, dado que en esta escala natural no se admite la posibilidad de transformaciones de un ser vivo en otro. Es decir, que una vez creadas las especies no experimentaron cambios a lo largo de las generaciones. Estas concepciones siguen en la Edad Media cuando la religión cristiana dominó la cultura occidental. El Lamarckismo o Teoría de la herencia de los caracteres adquiridos Esta teoría fue creada por Jean Baptiste Lamarck, uno de los biólogos más destacados de su época.

Lamarck fue uno de los primeros pensadores en sugerir cómo pudo haber evolucionado la vida. En su obra Philosophie Zoologique afirmaba que las modificaciones adquiridas mediante adaptación por un organismo durante su vida podían ser transmitidas directamente a sus descendientes. Lamarck señaló que la producción de caracteres anatómicos o fisiológicos es el resultado de una necesidad sentida por la criatura como respuesta al medio ambiente, y que la herencia preserva y transmite a los descendientes de ese individuo. Ésta es la esencia del lamarckismo: la herencia de los caracteres adquiridos. La teoría de Lamarck está basada en las siguientes consideraciones: • La influencia del ambiente (un cambio del ambiente producen nuevas necesidades y

modificaciones en la estructura de los animales y plantas). • Debido a esto, los organismos se ven obligados a utilizar determinados órganos con

mayor o menor intensidad; lo que provoca que se desarrollen en mayor o menor grado. Esto da lugar a alteraciones en la constitución de los organismos.

• Por último estas alteraciones son heredadas a su progenie. Lamarck se preguntaba si en el caso de un herrero que utilizaba continuamente sus brazos y su musculatura se desarrollaba en respuesta al estímulo, si no era natural que esa musculatura la heredaran sus eventuales hijos. También reflexionaba sobre el largo cuello de la jirafa. Según Lamarck este animal era primitivamente de cuello corto y enfrentado a la escasez de alimento en la árida sabana africana, las primeras jirafas reaccionaron estirando el cuello hacia arriba para alcanzar las hojas, lo que con el correr del tiempo dio origen a la evolución de la jirafa con cuello largo tal como la conocemos.(Fig. 1 columna 1). En la actualidad, el Lamarckismo no es aceptado porque la Genética demostró realmente que las características adquiridas no se heredan ni modifican el material genético. Sin embargo, el mérito de Lamarck fue refutar definitivamente las ideas fijistas del siglo XVIII e introducir el importante concepto de adaptación (la respuesta de las especies al ambiente) La Teoría de la Evolución: Los fundamentos de Darwin La teoría de la evolución fue propuesta por un gran biólogo inglés: Charles Darwin en su libro: ” El origen de las especies” publicado el 24 de noviembre de 1859. Esta teoría del cambio evolutivo provocó un gran revuelo en esa época, sobre todo, porque contradecía las ideas creacionistas defendidas por la Iglesia. Con respecto a esto, hace ya más de 4 años que la Iglesia aceptó la posibilidad de que la Teoría Evolucionista enarbolada por Charles Darwin es “algo más” que una hipótesis y dicho por boca del propio Juan pablo II en un discurso ante la Pontificia Academia de Ciencias. Con todo, el Papa hizo una precisión contemplando que la posibilidad del evolucionismo abarca la parte material del hombre, no la espiritual que es dada por Dios. La teoría de la evolución por selección natural, no fue creada exclusivamente por Darwin. Alfred Wallace, biólogo, que trabajaba en ese momento en el archipiélago malayo había llegado a conclusiones similares. Por ese motivo Darwin le propuso a Wallace que sean coautores de la teoría, cosa que éste último aceptó luego de arduas negociaciones. La historia recuerda, sin embargo, sólo a Darwin, porque su formación

académica y prestigio dentro de la sociedad científica de aquel momento eran mucho mayores a los de Wallace. Tampoco Darwin fue el primero en hablar de evolución. En el último cuarto del siglo XVIII, su abuelo, Erasmus Darwin, escribió un tratado sobre evolución, y poco tiempo después, Lamarck publicó sus ideas sobre este tema. Charles Darwin sostenía que: los organismos que se adaptan mejor a su ambiente tenían más posibilidades de sobrevivir que otros de su misma especie. Así, los más aptos, les transmitían los caracteres deseables a sus descendientes. (Fig. 1 columna 2). El punto central de esta teoría es la selección natural o la supervivencia del más apto. La Teoría Sintética de la Evolución o Neodarvinismo Darwin no conoció los escritos de Gregor Mendel y, por esta razón, no pudo explicar algunos hechos importantes de su teoría: ¿Cómo se heredan las características que son transmitidas de una generación a la siguiente?¿Cómo surgen las variaciones de las características sobre las que actúa la selección natural?. Hoy, la teoría de Darwin ha incorporado los últimos adelantos científicos, con los conocimientos del ADN y las reglas de la herencia. Sobre la base de los estudios del genetista estadounidense Theodosius Dobzhansky, el taxónomo alemán Ernst Mayr y el paleontólogo estadounidense George Simpson propusieron la Teoría sintética de la Evolución o Neodarvinismo. Según esta teoría, la evolución es el resultado de las mutaciones y recombinaciones que introduce la variabilidad, y la selección natural que la reduce al eliminar o favorecer determinados fenotipos. La selección natural es el resultado de 3 hechos básicos:

1. Superpoblación: todos los animales y plantas tienden a producir más descendientes de los que pueden sobrevivir. Una pareja de ratones puede, por ejemplo dar a una camada de 6 crías, 5 o 6 veces por año. A las 6 semanas, éstas están en condiciones de procrearse. Esto da como resultado que una simple pareja puede tener decenas de miles de descendientes / año. ¿Por qué el mundo no está invadido de ratones o cualquier otra especie?. Simplemente porque no todos sobreviven: la superpoblación entraña mortalidad forzosa.

2. Variabilidad: en todas las especies existe variabilidad, tanto en morfología como en función. No existen 2 personas iguales (salvo los gemelos univitelinos) Todos tienen un color distinto de cabello, diferentes huellas digitales. Pero también existen otras diferencias más importantes; diferencias que pueden llevar a un organismo a la muerte o a la supervivencia, como el grado de agudeza visual, correr o caminar más rápidamente.

3. Herencia: muchos de los caracteres de un individuo, pasan a su descendencia a través de la herencia genética. En el hombre se heredan por ejemplo muchas irregularidades digestivas, en los ratones el color del pelaje, etc.

Una vez aclarados estos 3 conceptos, debemos combinarlos para obtener la lucha por la supervivencia.

Dado que el mundo no puede sustentar un número indefinido de organismos (ratones, cucarachas, etc.), unos morirán y otros sobrevivirán. Dicha supervivencia dependerá en mayor medida de las aptitudes que tenga el organismo: un ratón con un carácter que le ayude a obtener alimento con más eficacia que sus congéneres tendrá más posibilidades de sobrevivir. Muchos de los caracteres son heredables, entonces el ratón que sobreviva contribuirá con más descendientes a la generación siguiente, los cuales tendrán parte de

los caracteres. Con el paso del tiempo y a través de muchas generaciones los caracteres con éxito aumentarán, mientras que los ineficaces desaparecerán y con el tiempo suficiente, la población original se habrá modificado en respuesta a un medio ambiente cambiante: esto es la llamada selección natural. Un proceso de esta índole puede dar origen a nuevas especies: fenómeno conocido como especiación. Por ejemplo: imaginemos una población grande de osos viviendo en Norteamérica, antes de la llegada del hombre. Si los osos tenían éxito en la lucha por la supervivencia, lo más probable es que se dispersaran geográficamente para ocupar nuevas áreas. Es obvio que en tal dispersión, las fuentes de alimentos, los climas, y los competidores que podrían aparecer son muchos y variados. Si pensamos solamente en uno de esos factores (el clima) y estamos de acuerdo con Darwin en que parte de los caracteres pueden heredarse sería natural que nos encontremos con osos más grandes y peludos en los climas fríos y más pequeños y menos peludos en los climas más cálidos. Esto es lo que exactamente ocurre en Norteamérica: el osos pardo de las montañas Rocosas, que vive en un clima relativamente cálido, es más pequeño y menos peludo que su pariente próximo, el osos polar, que vive en el Ártico, donde el clima es mucho menos benigno. La confirmación de que la evolución realmente acaece, está dada por estudios de numerosas disciplinas como por ejemplo la Anatomía comparada, la Fisiología, la Embriología, etc, pero quizás la que más importantes e interesantes pruebas puede aportar es la Paleontología. Si bien en ningún caso, disponemos de una sucesión completa de restos fósiles generación tras generación, en la que se pueda estudiar los cambios en forma detallada, tal como se puede hacer en el laboratorio con organismos actuales; la Paleontología nos brinda un esquema de mucho mayor amplitud, ya que podemos comprobar cambios de orden mucho mayor (especiación) a través de lapsos de tiempo muy largos. Cuando tenemos la certeza de haber seguido la historia retroactiva de algún grupo de organismos hemos trazado su filogenia o historia evolutiva, que es una de las grandes metas de la Biología. ¿Ocurre todavía la Selección Natural? Después de los 2 últimos espisodios climáticos de El Niño en 1992 y 1997 que produjeron cambios en el mar, grandes lluvias en algunas zonas insulares y continentales, etc, se modificó la vegetación de las Islas Galápagos, visitadas por Charles Darwin. Donde sólo crecían cactus y había pinzones de picos más gruesos adaptados a sus semillas, ahora hay pastos (gramíneas) con semillas más pequeñas. Ahora, en estas zonas de gran vegetación prosperan los pinzones de picos pequeños y medianos. Además, pereció un 80% de la población de pingüinos y cormoranes, mientras que prosperaron las tortugas. Y esto no ocurrió a lo largo de 2 o 3 millones de años, sino en un período de meses. EL Origen de la Vida La atmósfera primitiva contenía dióxido de carbono, amoníaco, metano, nitrógeno y vapor de agua. Esos gases crearon una atmósfera reductora, lo que significa que las reacciones químicas tuvieron lugar en ausencia de oxígeno. Esto fue afortunado: cualquier forma de vida en desarrollo habría sido destruida si hubieran existido

importantes cantidades de oxígeno, ya que el oxígeno interfiere con la formación de las moléculas orgánicas. La ausencia de oxígeno también permitió a la luz ultravioleta del Sol llegar a la atmósfera inferior, donde inició la producción de compuestos orgánicos. Además los potentes campos magnéticos del Sol produjeron una distribución no compensada de las cargas eléctricas entre la ionosfera (la parte electrificada de la atmósfera superior) y la superficie de la Tierra. Esto produjo el movimiento alternativo de potentes descargas eléctricas, que iniciaron las reacciones químicas adicionales. Durante su formación, las moléculas orgánicas fueron erosionadas por las fuertes lluvias. El agua de lluvia volvió al mar en corrientes que transportaban compuestos de carbono de todo tipo. Esos compuestos incluían moléculas orgánicas formadas en la atmósfera y también las precipitadas en el suelo. En el océano, las reacciones de los compuestos de carbono produjeron una gran variedad de cadenas de hidrocarburos. Las cadenas de carbono se entrelazaron para formar moléculas de cianuro de hidrógeno, etano, etileno y formaldehído algunos de los primeros escalones de la vida. Poco tiempo después de la formación del océano estaban presentes todos los aminoácidos y nucleótidos, que son los ladrillos del edificio de la vida; el océano estaba lleno de sustancias orgánicas con la consistencia de una sopa. La vida probablemente tuvo un tiempo muy difícil al principio, ya que la Tierra era constantemente alcanzada por una lluvia de cometas y meteoritos. Las primeras células vivas pudieron haber sido exterminadas rápidamente, obligando a la vida a originarse una y otra vez. Cuando las moléculas orgánicas primitivas intentaron ordenarse ellas mismas en células vivas, los frecuentes impactos debieron haberlas destrozado antes de que se pudieran reproducir. Quizás el único lugar seguro para la evolución de la vida estaba en el fondo de los mares profundos en las proximidades de las chimeneas hidrotermales, donde viven las criaturas más extrañas encontradas en la Tierra. El origen de la célula eucariota

De las moléculas inorgánicas a las células procariotas La evolución de las primeras formas de vida en la Tierra fue un proceso muy prolongado y abarcó la formación de los primeros compuestos orgánicos, de los coacervados, estructuras rodeadas de membrana, la aparición de los primeros organismos celulares (arquibacterias),de las primeras bacterias fermentadoras y finalmente de las cianobacterias y la producción de oxígeno atmosférico, que envenenó la vida anaerobia, aniquilándola casi por completo pero permitió la aparición de la vida tal como la conocemos ahora.

De las células procariotas a las eucariotas Los procariotas o eucariotas primitivos se diversificaron y, en un momento determinado, incluyeron otras células (Teoría endosimbiótica). Una arquibacteria debió formar un núcleo celular y luego otras bacterias fueron fagocitadas por estas células y aparecieron, sucesivamente, las mitocondrias, los cloroplastos y los flagels. Después surgió la meiosis y el mundo pudo ser colonizado por los eucariotas y la pluricelularidad (algas y hongos).

Las células con núcleo respiran gracias a sus mitocondrias. Es una facultad que habrían adquirido en el Precámbrico hace 2000 o 3000 milones de años, después de que un eucariota primitivo fagocitara una bacteria que utilizara oxígeno. De este encuentro nació una asociación duradera, la endosimbiosis, de la que se conocen muchos ejemplos actuales. La endosimbiosis es un caso de simbiosis donde unos de los socios vive en el interior de la célula del otro. Durante la evolución, estos sucesos de endosimbiosis, se han repetido en oleadas sucesivas. Los vegetales adquirieron así sus plastos más tarde, probablemente hace entre 1200 y 2000 millones de años y automáticamente tuvieron su capacidad para realizar fotosíntesis.> Los lípidos de las membranas que rodean a las mitocondrias existen en ciertas bacterias, pero no en otras partes de la célula eucariota. En cuanto a los lípidos característicos de los plastos se los encuentran en las cianobacterias.. Además los plastos y las mitocondrias desempeñan ciertas funciones metabólicas que realizan también ciertos procariotas libres. La fotosíntesis se opera de manera casi idéntica en los plastos y en las cianobacterias. Pero el argumento principal fue el descubrimiento de un genoma en los plastos en 1962 y luego en las mitocondrias en el año siguiente. Este DNA se parece al de los procariotas: no está aislado dentro del orgánulo y se presenta en forma de varias copias idénticas de una molécula circular. Por todas estas razones la hipótesis del origen simbiótico de las mitocondrias y los plastos encontró adeptos en los años 1970, como Lynn Margulis y Sarah Gibbs. En el origen de las mitocondrias habría un único suceso de endosimbiosis. Todas ellas descenderían de una misma bacteria ancestral. BIBLIOGRAFÍA Curtis, H. Y N. Sue Baenes. 2000. Biología. 6ta. Edic. español. Editorial Panamericana. Darwin, C.1859. El origen de las especies. Ediciones del Serval. España. Erickson, J. 1980. Las edades del hielo. Serie Mc GrawHill de Divulgación

Científica.1° Edición . Madrid. Gould, S. 1993. El libro de la Vida. Editorial Crítica. España. Leith, B. 1986. El legado de Darwin..Biblioteca Científica Salvat. Editorial Barcelona.

España. Margulis, L. 1993. Symbiosis in cell evolution, 2° ed. Freeman, New York. Mundo Científico Especial.1997. La Historia de la Vida, 3000 millones de años de

Evolución. IW 179: 339-493.

Módulo 4:

ECOLOGIA

Objetivos: - Presentar un panorama de los niveles de organización ecológica.

- Brindar nociones generales de procesos ecológicos.

- Unificar conceptos propios de la disciplina.

1. Concepto

El término ecología (del griego oikos, la casa, y logos, estudio) se debe a E. HAECKEL (1869), quien lo definió como el estudio científico de las relaciones entre los organismos y entre ellos y su ambiente. Como toda ciencia, posee un método de estudio propio y, según la perspectiva e interés de los científicos, se pueden reconocer varias ramas o especializaciones: ecología animal, ecología vegetal, ecología urbana, ecología agrícola, ecología de poblaciones, de comunidades, etc.

El ambiente (= medio) es el conjunto de factores que inciden sobre la vida de los organismos. Comprende tanto la influencia de los factores físicos y químicos (abióticos), como la de otros organismos.

Muchas veces se confunde ecología con ecologismo, ambientalismo y conservacionismo, palabras parecidas pero de significado diferente.

- Ecologismo: ideas sostenidas por personas y organizaciones, tendientes al respeto y protección del ambiente. Esta sensibilidad por el ambiente se desarrolló en países industrializados como resultado de los efectos negativos sobre la calidad ambiental, producto de gases, líquidos y sólidos contaminantes vertidos al agua, al suelo y al aire. Impulsa un uso respetuoso del ambiente (un “desarrollo sustentable”) contra intereses económicos, políticos, etc. El ecologismo no es una ciencia, es mas bien una “filosofía activista, un sentimiento” (PEÑUELAS, 1993).

Los ecologistas se sirven de los resultados de la investigación científica para su lucha en favor del ambiente. Relacionan los conocimientos con la sociedad, tratando de solucionar o evitar los problemas ambientales. - Ambientalismo: movimiento a favor del ambiente que se muestra activo sólo cuando ocurren los problemas, mediante denuncias, campañas en distintos medios, manifestaciones, etc.

- Conservacionismo: movimiento que promueve la protección de flora y fauna con, por ejemplo, la creación de reservas, excluyéndolas de la influencia perjudicial del hombre.

Otras veces, se hace mal uso de la palabra ecología. Por ejemplo:

- No se “hace ecología”. La ecología es una ciencia. Mal puede afirmarse que una persona “hace ecología”, cuando en realidad lo que hace es trabajar por la protección del ambiente, por la calidad ambiental.

- No se “preserva la ecología”, se preserva el ambiente.

- No se “comprende la ecología”. Se comprenden las relaciones entre organismos y se pueden predecir las consecuencias del accionar del hombre sobre el ambiente.

- No se “daña la ecología”. El ambiente y, en definitiva, los organismos que viven en él, son quienes sufren las consecuencias de la actividad humana.

2. Niveles de Organización Ecológica

La ecología estudia los más altos niveles de organización biológica: individuos, poblaciones, comunidades y ecosistemas. Cada nivel posee caracteres estructurales y funcionales propios, diferentes a las de sus componentes en el nivel inferior, como resultado de las múltiples y complejas interacciones que se establecen entre ellos, y con su ambiente.. Así, los ecólogos pueden estudiar cuántos organismos hay en una región, cómo se disponen y por qué viven allí. Del mismo modo, pueden estar interesados en las propiedades de las poblaciones que forman los organismos (densidad, reproducción, mortalidad, etc.), o en las interacciones que se establecen entre las poblaciones de una determinada comunidad (predación, mutualismo, etc.), o en la influencia de factores ambientales sobre los componentes de un ecosistema.

3. Individuo

El nivel básico de estudio en ecología es el de individuo (= organismo). Los organismos responden de manera diferencial a las condiciones ambientales, lo que determinará su desaparición o supervivencia en un lugar dado. El número de organismos presente en una zona y el modo en que se disponen en el espacio pueden darnos información acerca de las condiciones de vida y recursos que utilizan, así como nos permite estudiar las respuestas de los organismos a las alteraciones ambientales que puedan ocurrir a lo largo del tiempo.

4. Población

Un grupo de individuos de la misma especie, relacionados por el espacio, la alimentación y la reproducción constituye una población. En otras palabras, una población está formada por individuos de la misma especie que viven en una zona geográfica dada a un mismo tiempo.

Como se mencionó anteriormente, las poblaciones poseen propiedades diferentes de las que carecen los individuos que las componen. Algunas propiedades emergentes de la población son: tamaño, densidad, disposición espacial, natalidad, mortalidad, relación de sexos, estructura de edades, inmigración, emigración, etc.

La densidad de población es el número de individuos de una especie por unidad de superficie en un momento dado. En gran medida está determinada por factores ambientales.

Las poblaciones se distribuyen dentro de los límites de su distribución geográfica. Dentro de esos límites los organismos exhiben patrones característicos de disposición espacial. Existen tres tipos de disposición espacial: al azar, regular y agregada. Estos

tipos dependen de las condiciones ambientales, de la disponibilidad de recursos, de las interacciones entre organismos y del comportamiento que observan algunos organismos.

La dinámica poblacional describe cómo cambian las poblaciones en el tiempo. Los cambios en el tamaño de las poblaciones, dependen del equilibrio entre la tasa de entrada (natalidad, inmigración) y la tasa de salida (mortalidad, emigración) de organismos. Existen dos modelos básicos de crecimiento de las poblaciones: el modelo exponencial y el modelo logístico. El primero explica el crecimiento de poblaciones bajo condiciones ideales (ambiente con recursos ilimitados), donde a mayor tamaño mayor rapidez de crecimiento. Las poblaciones no tienen crecimiento exponencial indefinido debido a limitaciones ambientales (resistencia ambiental). El modelo logístico, en cambio, explica el crecimiento de las poblaciones durante lapsos más prolongados. Se observa un incremento exponencial inicial, seguido de una nivelación cuando se alcanza la capacidad de carga del ambiente (K).

La población humana se ajusta a los mismos parámetros que el crecimiento poblacional de otros organismos. Para predecir el crecimiento, estabilidad o disminución futura de un país se utilizan las pirámides de población, donde se representan las estructuras de edades, proporción de sexos y número de individuos. En la actualidad, la población humana está aumentando exponencialmente.

Núm

ero

de in

divi

duos

Tiempo

MODELO

Tiempo

MODELO LOGISTICO

K

Núm

ero

de in

divi

duos

Disposición al azar Disposición regular Disposición agregada

5. Comunidad Varias poblaciones de diferentes especies que interactúan mutuamente en un mismo lugar y en el mismo momento representan una comunidad. Las comunidades tienen estructura y dinámica propias, y están caracterizadas por las especies que las componen.

En la estructura de una comunidad podemos reconocer tres categorías de organismos, según su alimentación (trofismo): productores, consumidores y desintegradores. Los productores son organismos autótrofos, capaces de elaborar moléculas de hidratos de carbono, a partir de sustancias inorgánicas (dióxido de carbono y agua) utilizando la luz solar. Este proceso, denominado fotosíntesis, es realizado exclusivamente por plantas verdes que, en principio, no dependerían de otros organismos para su nutrición.

Los consumidores son organismos heterótrofos, es decir que se alimentan de otros organismos. Están representados principalmente por animales. Los consumidores primarios se alimentan de los productores (herbívoros, fitófagos). Los consumidores secundarios se alimentan de los fitófagos (carnívoros). Algunos consumidores se alimentan de vegetales y animales, por lo que se denominan omnívoros. Los consumidores, en última instancia, dependen de los productores.

Los desintegradores son heterótrofos, al igual que los consumidores, que degradan la materia orgánica muerta para obtener nutrientes, y que liberan sustancias simples que pueden ser reutilizadas por los productores. Hongos y bacterias son importantes desintegradores. Evitan la acumulación de materia orgánica muerta y productos de desecho en la comunidad.

Los productores, consumidores y desintegradores de una comunidad interactúan de diversas formas complejas y se establecen asociaciones, de las que pueden beneficiarse (+), resultar perjudicados (-), o no ser afectados (0). Algunas de las interacciones que se observan en las comunidades son:

Predación + / -

Neutralismo 0 / 0

Mutualismo + / +

Simbiosis + / +

Comensalismo + / 0

Competencia - / -

Parasitismo + / -

El nicho ecológico de un organismo describe su función dentro de la estructura y funcionamiento de la comunidad. Comprende sus aptitudes biológicas para sobrevivir y reproducirse, lo que consume, quienes lo consumen, con quienes compite y la interacción con los factores ambientales.

Las comunidades varían en su diversidad específica (o biodiversidad), es decir en el número de especies que las componen. Una medida de la biodiversidad está dada por los índices de diversidad, que sirven para caracterizar y comparar comunidades. Los índices tienen en cuenta la riqueza específica (número de especies que componen la comunidad) y la abundancia específica (número de individuos de cada especie). Otro

aspecto de la biodiversidad es que puede ser considerada en tres niveles: diversidad genética, diversidad específica y diversidad ecosistémica.

Las comunidades cambian con el tiempo. El proceso de desarrollo de una comunidad con el tiempo, que implica la sustitución de especies de una etapa por diferentes especies en la etapa siguiente en una localidad, se denomina sucesión. La sucesión primaria ocurre en sitios que previamente no estuvieron ocupados por organismos (por ejemplo: rocas, dunas). La sucesión secundaria se produce en sitios modificados por una comunidad preexistente (zonas quemadas, cultivos abandonados).

6. Ecosistema

Este término, propuesto por TANSLEY (1935), designa una comunidad y las interacciones con su ambiente. En un ecosistema ocurren intercambios de materiales de tipo circular (ciclos de elementos) y flujo de energía.

La materia, de la que están formados todos los seres vivos, circula en los ecosistemas desde el medio físico hacia los organismos y viceversa, describiendo ciclos. Los ciclos del carbono, del nitrógeno, del fósforo y del agua son de particular importancia para los seres vivos. Estos elementos se reutilizan y recirculan constantemente, de modo que quedan disponibles para las nuevas generaciones de organismos.

La energía, en cambio, fluye por los ecosistemas en forma lineal, no describe ciclos. La energía utilizada por un organismo no queda disponible para otros organismos. La energía proveniente del sol ingresa a los ecosistemas a través los productores, mediante la fotosíntesis. De allí, ya como energía química, pasa a los herbívoros, luego a los consumidores secundarios y, finalmente, a los desintegradores. A medida que la energía pasa de un organismo a otro, se producen pérdidas en forma de calor, que se irradia y no puede ser reutilizado.

En los ecosistemas, tanto el flujo de energía como la circulación de la materia ocurre en cadenas alimentarias, secuencias de organismos a través de los cuales se realiza el pasaje de materia y energía. Los eslabones de la cadena (productores, consumidores y desintegradores) se consideran niveles tróficos. En realidad, en la naturaleza se forman redes tróficas, que interconectan varias cadenas alimentarias en un ecosistema. A medida que la energía se desplaza de un nivel trófico al siguiente, la mayor parte de la energía química útil se pierde como calor.

Las pirámides ecológicas sirven para representar gráficamente el valor energético relativo a cada nivel trófico en una red alimentaria. En la base se ubican los productores, el inicio de la red, y los consumidores ocupan los escalones siguientes. Las pirámides ecológicas revelan una reducción progresiva de organismos, de biomasa y de energía en niveles tróficos sucesivos, como consecuencia de la gran reducción en el contenido de energía que ocurre en cada nivel.

7. Biosfera

El conjunto de organismos que integran todas las comunidades que habitan la superficie de nuestro planeta se denomina biosfera. Por lo tanto, dichos organismos ocupan determinadas porciones de aire, suelo y agua, con las que interactúan de modo diverso y establecen complejas relaciones. La ecosfera comprende las múltiples interacciones entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera, y representa el más alto nivel de organización ecológica.

8. Los Factores del Ambiente

Definimos al ambiente como el conjunto de factores que influye directa o indirectamente sobre la vida de los organismos. Condiciones particulares de humedad, temperatura, luminosidad, etc., determinan un ambiente específico, el hábitat de un organismo. Los valores extremos de condiciones en las que un organismo desarrolla su actividad determinan la amplitud ecológica de ese organismo. Entre esos valores se encuentra el óptimo, valor en que la actividad es máxima.. Cuando esos valores se aproximan al límite inferior o superior, el factor comienza a ser limitante: la actividad del organismo disminuye hasta cesar por completo.

Los factores del ambiente pueden agruparse en: fisiológicos, de terreno, bióticos y de manejo.

Factores fisiológicos: inciden directamente sobre los procesos vitales de los organismos (fotosíntesis, respiración, reproducción, crecimiento, etc.). Luz, temperatura, agua, intercambio de gases y de minerales.

Factores de terreno: modifican a los factores fisiológicos. Por lo tanto, inciden indirectamente sobre los procesos vitales. Relieve, suelo, viento, nieve, hielo, inundaciones, etc.

Factores bióticos: efectos causados por organismos sobre otros organismos. Pastoreo, pisoteo, abono por excrementos, polinización, dispersión, competencia.

Factores de manejo: intervención humana sobre organismos. Quema, arado, fertilización, desmalezado, tala, caza, recolección, etc.

Bibliografía

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