biologia i con enfoque por competencias. 1a ed. patricia velázquez.cengage
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Biología I con enfoque por competencias tiene como objetivo presentar a la biología de una manera sencilla y accesible, proporcionando información completa, pertinente y actualizada de cada tema señalado en el programa de la Dirección General del Bachillerato (DGB). Incluye actividades de aprendizaje, problemas para que el estudiante resuelva y situaciones en las que los jóvenes pueden desarrollar sus competencias en su propio contexto, poniendo en práctica de inmediato los saberes adquiridos en clase, para que sean evaluados por él mismo, sus compañeros y el profesor. Finalmente, cabe decir que el principal propósito de este libro es que los jóvenes descubran que la biología es una ciencia fascinante, que disfruten al aprenderla y que sientan cada vez más el asombro y el aprecio por el mundo vivo que los rodea, para así contribuir a conservarlo y a mejorarlo.TRANSCRIPT
Coonn enfoque por competenciasCon enfoque por competencias
Marta PatriciaVelázquez Ocampo
BIOLOGíA IBIOLOGíA ITercer semestre
Con enfoque por competenciasCon enfoqque por competenciasias
SEMESTRE
T E R CERCon enfoque por competencias
Marta Patricia
Velázquez Ocampo
Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur
Revisión técnica: Alberto Navarrete PeónLicenciado en Biología
Doctor en Ciencias BiomédicasUniversidad Nacional Autónoma de México
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en el Capítulo III, Artículo 27 de la Ley Federal
del Derecho de Autor, sin el consentimiento
por escrito de la Editorial.
Datos para catalogación bibliográfica:
Velázquez Ocampo, Patricia
Biología I con enfoque por competenciasISBN: 978-607-526-206-2
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Impreso en México1 2 3 4 5 6 7 19 18 17 16
Biología I con enfoque por competenciasMarta Patricia Velázquez Ocampo
Presidente de Cengage Learning Latinoamérica: Fernando Valenzuela Migoya
Director Editorial para Latinoamérica:Ricardo H. Rodríguez
Editora de Adquisiciones para Latinoamérica:Claudia C. Garay Castro
Gerente de Manufactura para Latinoamérica:Antonio Mateos Martínez
Gerente Editorial en español para Latinoamérica:Pilar Hernández Santamarina
Gerente de Proyectos Especiales:Luciana Rabuffetti
Coordinador de manufactura:Rafael Pérez González
Editora: Ivonne Arciniega Torres
Diseño de portada: Gloria Ivonne Álvarez López
Imagen de portada:Neuronas
© Sebastian Kaulitzki/Shutterstock.com
Composición tipográfica:Baktun 13 Comunicación
Gerardo Larios García
CONTENIDO GENERAL
Presentación institucional del fondo editorial Cengage Learning para el estudiante ........ ix
Presentación para el docente .......................................................................................................... xi
Presentación de la autora ................................................................................................................ xiv
Acerca de la autora ............................................................................................................................ xv
Agradecimientos .............................................................................................................................. xvii
¿Cuáles son los componentes del libro? ....................................................................................... xviii
Bloque I Reconoces a la biología como la ciencia de la vida ........... 2¿Qué tanto sabes? .............................................................................................................................. 4
Problema ............................................................................................................................................. 5
Objeto de aprendizaje: La biología como ciencia .......................................... 6Campo de acción de la biología ........................................................................................................................... 9
Objeto de aprendizaje: Relación entre la biología y otras disciplinas ...... 11
Objeto de aprendizaje: Niveles de organización de la materia: químico, celular, tisular, orgánico, individual y ecológico .................................. 14
Objeto de aprendizaje: Características de la ciencia: sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable ......................................... 18
Objeto de aprendizaje: Características del método científico aplicado a la biología ................................................................................ 21Observación ................................................................................................................................................................ 22
Planteamiento del problema ............................................................................................................................... 22
iii
iv Biología I
Experimentación ...................................................................................................................................................... 23
Análisis de los resultados ........................................................................................................................................ 24
Objeto de aprendizaje: Avances de la biología y su importancia para la sociedad ......................................................................................... 27
Actividad integradora del bloque .................................................................................................. 29
Lista de cotejo de periódico mural ................................................................................................. 30
Evaluación sumativa ......................................................................................................................... 31
Autoevaluación del desempeño en el problema ........................................................................ 32
Rúbrica para evaluar el bloque ....................................................................................................... 32
Autoevaluación de actividades ....................................................................................................... 33
Bloque II Identificas las características y los componentes
de los seres vivos .............................................................. 34¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 36
Problema ............................................................................................................................................. 37
Objeto de aprendizaje: Características de los seres vivos: estructura, organización, metabolismo, homeostasis, irritabilidd, reproducción, crecimiento y adaptación ......................................................................... 38Estructura y organización ....................................................................................................................................... 39
Metabolismo ................................................................................................................................................................ 39
Homeostasis ................................................................................................................................................................. 40
Reproducción .............................................................................................................................................................. 40
Crecimiento y desarrollo ......................................................................................................................................... 40
Irritabilidad ................................................................................................................................................................... 41
Adaptación ................................................................................................................................................................... 41
Objeto de aprendizaje: Bioelementos primarios y secundarios que conforman a los seres vivos .................................................................... 42
Objeto de aprendizaje: Propiedades del agua y su relación con los procesos de los seres vivos ....................................................................................... 46
Objeto de aprendizaje: Estructura y función de las biomoléculas orgánicas ................................................................. 48Biomoléculas orgánicas ........................................................................................................................................... 48
Carbohidratos .............................................................................................................................................................. 48
Lípidos ............................................................................................................................................................................ 53
Contenido general v
Proteínas ........................................................................................................................................................................ 57
Nutrición saludable ................................................................................................................................................... 61
Objeto de aprendizaje: ADN: estructura, replicación, ARN y síntesis de proteínas ..................................................................... 65Estructura ...................................................................................................................................................................... 66
Replicación del ADN ................................................................................................................................................. 69
ARN y síntesis de proteínas .................................................................................................................................... 70
Objeto de aprendizaje: Código genético ........................................................ 74Actividad integradora del bloque .................................................................................................. 77
Lista de cotejo de la muestra gastronómica ................................................................................. 78
Evaluación sumativa ......................................................................................................................... 78
Autoevaluación del desempeño en el problema ........................................................................ 79
Rúbrica para evaluar el bloque ....................................................................................................... 80
Autoevaluación de actividades ...................................................................................................... 81
Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida ..................... 82¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 84
Problema ............................................................................................................................................. 85
Objeto de aprendizaje: La célula, teoría celular ........................................... 86
Objeto de aprendizaje: Teorías de la evolución celular ............................... 89Teoría de la evolución química ............................................................................................................................. 90
Teoría de la panspermia ........................................................................................................................................... 92
Hipótesis hidrotermal ............................................................................................................................................... 93
Mundo del ARN ........................................................................................................................................................... 94
Objeto de aprendizaje: Tipos celulares procariota y eucariota: estructura y función .................................................................................. 95Célula procariótica ..................................................................................................................................................... 95
Célula eucariótica ....................................................................................................................................................... 96
Evolución de procariontes a eucariontes .......................................................................................................... 97
Estructura de las células eucariotas: animal y vegetal .................................................................................. 100
Componentes de la célula ...................................................................................................................................... 100
Objeto de aprendizaje: Procesos celulares .................................................... 102Membrana celular, el transporte de sustancias y la comunicación celular ........................................... 102
vi Biología I
El núcleo como centro de información y reproducción de la célula ....................................................... 106
Organelos relacionados con la elaboración y el transporte de biomoléculas:
ribosomas, aparato de Golgi y retículo endoplásmico ......................................................................... 107
Centros de almacenamiento y procesamiento de sustancias: vacuolas, vesículas,
peroxisomas y lisosomas ................................................................................................................................. 109
Estructuras relacionadas con procesos energéticos: mitocondrias y cloroplastos ............................ 110
Estructuras de soporte y movimiento: citoesqueleto, cilios y flagelos ................................................... 112
Actividad integradora del bloque .................................................................................................. 115
Lista de cotejo del modelo de célula ............................................................................................. 115
Evaluación sumativa ......................................................................................................................... 116
Autoevaluación del desempeño en el problema ........................................................................ 117
Rúbrica para evaluar el bloque ....................................................................................................... 117
Autoealuación de actividades ......................................................................................................... 117
Bloque IV Describes el metabolismo de los seres vivos ........................ 118¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 120
Problema ............................................................................................................................................. 121
Objeto de aprendizaje: Tipos de energía: reacciones endotérmicas y exotérmicas ................................................................................................ 122Transformaciones de la energía en los seres vivos ........................................................................................ 124
Reacciones exotérmicas y endotérmicas .......................................................................................................... 125
Objeto de aprendizaje: Estructura, función y ciclo del adenosín trifosfato ................................................................... 126El adenosín trifosfato y la energía en las células ............................................................................................. 126
Objeto de aprendizaje: Metabolismo ............................................................. 132Anabolismo y catabolismo ..................................................................................................................................... 133
Procesos anabólicos .................................................................................................................................................. 134
Procesos catabólicos ................................................................................................................................................. 141
Objeto de aprendizaje: Formas de nutrición autótrofa y heterótrofa ....... 147Nutrición autótrofa .................................................................................................................................................... 147
Nutrición heterótrofa ................................................................................................................................................ 149
Actividad integradora del bloque .................................................................................................. 151
Rúbrica para evaluar la participación en el debate .................................................................... 152
Evaluación sumativa ......................................................................................................................... 152
Contenido general vii
Autoevaluación del desempeño en el problema ........................................................................ 154
Rúbrica para evaluar el bloque ....................................................................................................... 154
Autoevaluación de actividades ...................................................................................................... 155
Bloque V Valoras la biodiversidad e identificas estrategias
para preservarla .................................................................. 156¿Qué tanto sabes? ............................................................................................................................. 158
Problema ............................................................................................................................................. 160
Objeto de aprendizaje: Clasificación de los seres vivos .............................. 161Linneo ............................................................................................................................................................................ 161
Whittaker ....................................................................................................................................................................... 162
Woese ............................................................................................................................................................................. 163
Objeto de aprendizaje: Características de los virus ..................................... 164Forma de replicación ................................................................................................................................................ 165
Criterios para clasificar los virus ............................................................................................................................ 165
Ejemplos de enfermedades que ocasionan ..................................................................................................... 167
Objeto de aprendizaje: Dominio Archaea ..................................................... 169Criterios de clasificación .......................................................................................................................................... 170
Importancia de las arqueobacterias .................................................................................................................... 171
Objeto de aprendizaje: Dominio Eubacteria ................................................. 171Reproducción .............................................................................................................................................................. 172
Respiración y nutrición ............................................................................................................................................ 173
Formas y criterios de clasificación de las bacterias ........................................................................................ 174
Importancia de las bacterias .................................................................................................................................. 175
Objeto de aprendizaje: Dominio Eukarya ...................................................... 176Reino Protista ............................................................................................................................................................... 177
Reino Fungi (hongos) ................................................................................................................................................ 180
Reino Plantae (plantas) ............................................................................................................................................ 182
Reino Animalia (animales) ...................................................................................................................................... 186
Importancia del cuidado de la biodiversidad .................................................................................................. 193
Reflexión final ............................................................................................................................................................... 194
Actividad integradora del bloque .................................................................................................. 195
Rúbrica para la evaluación del proyecto integrador .................................................................. 196
viii Biología I
Heteroevaluación .............................................................................................................................. 197
Rúbrica de autoevaluación .............................................................................................................. 198
Autoevaluación de actividades ...................................................................................................... 198
Evaluación sumativa final ............................................................................................................... 199
Anexo de actividades experimentales .......................................................................................... 201
Bibliografía consultada .................................................................................................................... 213
Páginas web ........................................................................................................................................ 214
ix
Cengage Learning para el estudiante
Estimada(o) estudiante:
El libro que tienes en tus manos constituye un compromiso que Cengage Learning Editores ha establecido con la educación de los jóvenes en México. Las condiciones
sociales, económicas y culturales de la actualidad exigen la formación de ciuda-
danos con capacidades intelectuales y actitudinales que les permitan contribuir al
desarrollo constante y sostenible de su entorno; que sean personas reflexivas que
posean opiniones personales, así como la habilidad para interaccionar en contextos
plurales; que asuman un papel propositivo como integrantes de la sociedad a la
que pertenecen, disciernan sobre lo que es relevante y lo que no lo es, establezcan
objetivos precisos con base en la información verificable y tengan la inquietud de
actualizarse continuamente.
Por ello, Cengage Learning Editores se dio a la tarea de renovar y mejorar las
propuestas educativas que hasta la fecha ha ofrecido a jóvenes que estudian el ba-
chillerato, de manera que éstas constituyan para ustedes verdaderas herramientas de
apoyo y les ayuden a responder en forma positiva ante las exigencias y los retos de hoy
en día.
Biología I con enfoque por competencias corresponde al programa oficial vigente
para los estudiantes de la asignatura de Biología I del Bachillerato General, dentro
del campo disciplinar de las Ciencias experimentales. Además, contiene activida-
des que te permitirán consolidar, diversificar y fortalecer los aprendizajes adqui-
ridos. Encontrarás mayor sentido de lo que vas aprendiendo al hacer conexiones
entre lo que vas estudiando y la realidad de tu entorno.
Esta propuesta educativa se orienta principalmente a que:
• Establezcas la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el am-
biente en contextos históricos y sociales específicos.
• Fundamentes opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en tu
vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.
• Identifiques problemas, formules preguntas de carácter científico y plantees hi-
pótesis necesarias para responderlas.
• Obtengas, registres y sistematices la información para responder a preguntas de
carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos
pertinentes.
• Contrastes los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hi-
pótesis previas y comuniques tus conclusiones.
• Explicites las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de
problemas cotidianos.
• Diseñes modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o
demostrar principios científicos.
Presentación institucional del fondo editorial
x Biología I
• Analices las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valo-
res las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.
• Decidas sobre el cuidado de tu salud a partir del conocimiento de tu cuerpo, tus
procesos vitales y el entorno al que perteneces.
• Relaciones los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de
los sistemas vivos.
• Apliques normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equi-
po en la realización de actividades de tu vida cotidiana.
Ten la seguridad de que realizando lo anterior con entusiasmo no sólo aprenderás
más sobre la historia, sino que desarrollarás actitudes y aptitudes que te permitirán
un mejor desenvolvimiento dentro de tu entorno escolar, familiar y social.
xv
Marta Patricia Velázquez OcampoLa autora es bióloga egresada de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacio-
nal Autónoma de México (UNAM); ha realizado diversos Diplomados en Educa-
ción y cuenta con la Certificación en Competencias Docentes para la Educación
Media Superior (CERTIDEMS). Colaboró con la Dirección General del Bachillerato
(DGB) en la elaboración de los programas de Biología I y II de acuerdo con la
Reforma integral de la Educación Media Superior (RIEMS). Participó como escri-
tora de libros de Telesecundaria, en la Secretaría de Educación Pública y colaboró
con el Instituto Nacional de la Comunicación Educativa (ILCE) escribiendo Guías
para la Actualización de profesores de Ciencias Naturales.
Ha publicado libros de Biología I, Biología II y Temas selectos de Biología e
impartido talleres y conferencias en diversas instituciones del país. Cuenta con
30 años de experiencia docente en instituciones como la UNAM, el Colegio de Ba-
chilleres y diversas instituciones privadas de nivel Medio Superior.
Acerca de la autora
¿Qué tanto sabes? Evaluación
diagnóstica que te permite
conocer cuáles son tus
conocimientos previos sobre los
temas del bloque.
¿Cuáles son los componentes del libro?
Entrada Contiene el propósito del bloque,
los desempeños del estudiante al concluir
el bloque, los objetos de aprendizaje y las
competencias a desarrollar.
Mapa conceptual Señala
gráficamente los conceptos
principales del bloque y las
relaciones que existen entre ellos.
Actividad de apertura Contiene preguntas o actividades que actúan
como detonadoras, generando el interés por lo que se va a estudiar
xviii
Problema Al inicio de cada
bloque se plantea un problema
para que intentes resolverlo
al principio y compares tus
respuestas con las que puedas
aportar después de haber
estudiado el bloque.
¿Cuáles son los componentes del libro? 1
Aplica las TIC Propuestas
de páginas web en las
que encontrarás lecturas
complementarias de interés para
profundizar en los temas tratados.
Anexo de actividades experimentales Al resolverlas desarrollarás las
habilidades para el uso de material de laboratorio y diversas sustancias con las
que podrás observar los fenómenos a nivel microscópico.
Glosario Definiciones de términos
relevantes.
Instrumentos de evaluación
Evaluaciones formativas,
sumativas, rúbricas, listas
de cotejo, que permiten la
retroalimentación sobre los
avances en el aprendizaje.
Actividades de aprendizaje Son
ejercicios de aplicación de los
conocimientos para el desarrollo de
competencias, que puedes resolver en
clase o en casa;
individuales
o colectivas.
Actividad integradora del
bloque Actividad de cierre
que engloba diversos aspectos
aprendidos en el bloque, favorece
el trabajo colaborativo y la
aplicación del conocimiento.
Transferencia para
la vida Actividades
para relacionar tus
aprendizajes de manera
práctica con aspectos de
la vida cotidiana.
Reconoces a la biología como la ciencia de la vida
Bloque I
Propósito: Que el alumno desarrolle las destrezas y las habilidades que le permitan identificar el campo de estudio de la biología y su relación con otras ciencias, así como sus aplicaciones en la vida cotidiana, reconociendo su carácter científico.
Desempeños al concluir el bloque:Identifica el campo de estudio de la biología y su interrelación con otras ciencias.Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana así como su impacto ambiental, social y económico.Reconoce el carácter científico de la biología.
Objetos de aprendizaje: La biología como cienciaRelación entre la biología y otras disciplinasNiveles de organización de la materia viva:
Químico, celular, tisular, orgánico, individual y ecológicoCaracterísticas de la ciencia:
Sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificableCaracterísticas del método científico aplicado a la biología
Competencias a desarrollar: Elige las fuentes de información más relevantes para establecer
la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos sociales específicos.
Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los seres vivos.
Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.
Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder preguntas de carácter científico consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en un experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando las de otras personas de manera reflexiva.
Define metas y establece mecanismos básicos para la solución de problemas cotidianos.
Tiempo asignado al bloque: 6 horas
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¿Qué tanto sabes?Para rescatar los conocimientos que adquiriste anteriormente acerca de los temas de este bloque te invitamos a
resolver estas preguntas.
1. Describe algún avance reciente de la biología sobre el que hayas escuchado en las noticias o leído en algún
medio escrito (periódico, revista o internet).
2. ¿Cuál es la unidad más pequeña que conserva las propiedades de la vida?
3. Dibuja cómo relacionas a un átomo, una célula y una molécula.
4. ¿Cuál de los tres anteriores tiene un mayor nivel de complejidad?
5. Elabora un esquema en el que ubiques la relación de la biología con otras ciencias.
6. Describe cómo te imaginas a un científico. ¿En qué basas tu idea?
7. Explica, en tu opinión, ¿cuál es la importancia de la biología para la sociedad?
8. ¿Es necesario conservar la naturaleza? ¿Por qué?
9. Reflexiona y anota un ejemplo en el que relaciones la biología con tu vida cotidiana.
Bloque I Reconoces a la biología como la ciencia de la vida 5
ciencia que estudia
por ejemplocomo
como
abarca diversas
conformados por se estudian por
se basa en
se relaciona con
Biología
ciencias afinesseres vivos ramas
• geografía
• física
• química
• matemáticas
• genética
• citología
• microbiología
• paleontología
• botánica
• zoología
• fisiología• molécula
• célula
• tejido
• órgano
• sistema
• organismo
• población
• ecosistema
• observación
• experimentación
• análisis
niveles de organización método científico
Mapa conceptual
Introducción¿Te imaginas cómo sería nuestro mundo sin plantas, animales o seres humanos? El pai-
saje sería similar al de la Luna o de algún lugar desolado. La gran diversidad de formas de
vida, incluidos nosotros, es la que da sentido y belleza a este planeta azul en que vivimos.
La biología es la ciencia que nos conduce al entendimiento del mundo vivo que
nos rodea, desde las partículas más pequeñas que participan en la química de un
organismo hasta la organización de grandes grupos de animales y plantas que ha-
bitan en los diferentes ecosistemas. En otras palabras, es la ciencia que estudia a los
seres vivos en todos sus niveles de complejidad, así como las interacciones entre las
especies y su relación con el ambiente.
En este bloque conocerás la importancia de esta ciencia en el mundo actual,
sus aplicaciones y la relación que tiene con la vida cotidiana. Asimismo, conocerás
acerca de las ciencias con las que se vincula, los niveles de organización de la mate-
ria y la forma en que se lleva a cabo el trabajo científico.
Problema
Lee la siguiente historia y con base en tus conocimientos actuales intenta resolver el problema que se plantea.
Posteriormente, al terminar de estudiar este bloque, resuélvelo de nuevo aplicando los conocimientos y los
elementos que hayas adquirido en las actividades realizadas. Compara tus respuestas para que hagas una
autoevaluación de los avances logrados.
6 Biología I
Genaro vive en un pueblito que se encuentra en una
zona boscosa, llena de flores, con un riachuelo que
la rodea y un clima agradable todos los días del año.
Hace algunos meses, en esta región, la gente
comenzó a observar que a algunos niños y adultos
les salían ronchas en la piel. Estas ronchas les
causaban escozor y malestar, y eran tantos los
enfermos que se tuvo que llamar a un grupo
de expertos para realizar una investigación al
respecto.
Los expertos se dedicaron a averiguar la edad de
los enfermos, lo que comían, qué condiciones tenía
el agua que bebían, si había algún tipo de insectos
rondando en las casas, si las flores desprendían
polen o si había algún otro factor que causara este
problema.
El extraño caso en el pueblo de Genaro
Escozor: sensación de picor y ardor intenso.
GLO
SA
RIO
Si tú fueras el encargado de investigar este problema:
1. ¿A qué especialistas de diversas ramas de la biología llamarías para que realizaran una investigación?
2. ¿A qué científicos, además de biólogos, invitarías para formar un equipo de trabajo?
3. Plantea al menos cuatro hipótesis para explicar el problema.
4. Elige una de estas hipótesis y anota cuál sería el procedimiento que seguirías para averiguar si es correcta.
5. ¿Qué necesitarías tomar en cuenta para que los resultados de tu investigación fueran válidos?
6. Explica qué importancia tiene la biología para la investigación de las causas de enfermedades y su posible
tratamiento.
La biología como cienciaObjeto de aprendizaje
¿Sabes qué estudia la biología? ¿Cómo se relaciona con
tu vida cotidiana? Participa con tus compañeros en una
lluvia de ideas acerca de los diversos aspectos en los que
interviene la biología, como los avances en la búsqueda de
tratamientos para el cáncer, el SIDA, la influenza, el zika, la
diabetes y otras enfermedades; los alimentos transgénicos,
las pruebas de ácido desoxirribonucléico (ADN), la extinción
de especies, el calentamiento global y otros que puedan
comentar.
Actividad de apertura
Figura 1.1 La biología nos ayuda a entender todos
los ámbitos de la vida en nuestro planeta, desde el
nivel molecular hasta los seres más complejos.
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Bloque I Reconoces a la biología como la ciencia de la vida 7
Desde tiempos inmemoriales el ser humano ha contemplado la naturaleza con un
sentido de asombro y curiosidad. El mundo vivo que nos rodea es tan diverso como
las estrellas que hay en el Universo: existen desde pequeños microorganismos has-
ta formas inimaginables de animales marinos, plantas de todos tamaños, hongos
de colores que esconden venenos peligrosos, aves cantadoras y pequeños animales
que amamos como mascotas. En fin, hay mucho por conocer y comprender de los
seres vivos, y si profundizamos en la investigación de lo que hay dentro de nosotros
mismos también descubriremos un mundo fascinante de moléculas y células per-
fectamente organizadas para cumplir con todas sus funciones.
La biología, además de ser la ciencia que estudia a los seres vivos, es una disci-
plina que forma parte de nuestra vida diaria. Por ejemplo, seguramente, mientras
te diriges a la escuela cada día observas en tu camino algunos árboles, flores e in-
sectos; o quizá en las noticias has escuchado sobre los virus de chikungunya, zika o
ébola, o acerca de los problemas que se han generado en diversos ecosistemas por
los efectos del calentamiento global. Un ejemplo reciente que podría interesarte
es la contingencia ambiental en la Ciudad de México. Incluso en los anuncios co-
merciales se habla acerca de las proteínas del cabello que contiene alguna marca de
champú, de los avances en la ciencia para el tratamiento de diversas enfermedades,
como el acné o el pie de atleta, y es común escuchar en alguna conversación acerca
de controversias sobre los riesgos de la producción de alimentos transgénicos.
En todos estos aspectos, la biología se encuentra directamente relacionada pues
estudia a los seres vivos en todos sus niveles de complejidad, desde la molécula has-
ta el individuo completo; estudia también los genes, las bases neuronales del pensa-
miento, la forma en que funcionan los seres vivos, las relaciones de las especies con
su ambiente, el origen de las enfermedades que nos deterioran, el comportamiento
animal y la historia de la vida en todas sus manifestaciones.
En términos más concretos, podemos definir a la biología como una ciencia
experimental, sistemática y basada en una metodología, que pretende describir los
procesos que comparten los seres vivos, la forma en que se mantiene y multiplica
la vida, la biodiversidad y las relaciones de los organismos con su ambiente. Esta
ciencia se relaciona con otras como la química y las matemáticas para generar co-
nocimientos de aplicación universal.
La biología nació de la curiosidad del ser humano por entender los fenómenos
relacionados con la vida y por describir cada una de las partes de los seres vivos
que existen en el mundo. En un principio, fue una disciplina
predominantemente descriptiva que consistía en hacer un
largo inventario de todas las especies de plantas y anima-
les. Los naturalistas (los biólogos del pasado) se dedicaban a
recolectar organismos y describirlos de manera minuciosa,
asignándoles un nombre científico.
Esta ciencia fue objeto de largas discusiones filosóficas
que pretendían explicar la “esencia de la vida” a partir de la
reflexión influida por las ideas preconcebidas de los pen-
sadores que participaban en ellas. Poco a poco, al apoyarse
cada vez más en una observación cuidadosa y metódica de
los fenómenos naturales, la biología pasó de ser una ciencia
descriptiva (y algunas veces subjetiva) a ser experimental y
objetiva, de manera que se cambiaron viejas ideas para dar
lugar a nuevas teorías científicas.
Transgénicos: organismos modificados a los que se ha introducido artificialmente uno o más genes. G
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Figura 1.2 La biología estudia la biodiversidad de especies,
las relaciones entre los organismos, así como la interacción
con su ambiente.
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8 Biología I
La biología actual se basa en tres teorías que han causado gran controversia en
el momento de ser propuestas, pero que están ampliamente fundamentadas por to-
das las evidencias generadas y documentadas hasta la fecha. Dichas teorías, pilares
de la biología actual, son:
• Teoría celular: demuestra que todos los seres vivos están formados por células
y, por lo tanto, da unidad al mundo vivo.
• Teoría de la evolución: muestra que los seres vivos que conocemos, con toda su
diversidad, tuvieron un origen común y están emparentados entre sí. De igual
manera nos muestra la forma en la que los seres vivos se adaptan a su ambiente
para sobrevivir.
• Teoría de la herencia: nos muestra la base de la continuidad, de la permanencia
de los caracteres hereditarios que pasan de una generación a otra basados en las
leyes de Mendel. Esta teoría se ha fortalecido con el descubrimiento de la estruc-
tura del ADN y el conocimiento de los procesos moleculares de la transmisión
de la información genética.
Cabe mencionar que recientemente se ha considerado a la teoría de la
homeostasis como el cuarto paradigma de la biología. Ésta se refiere al man-
tenimiento continuo de un mismo estado fisiológico que permite la correcta
función de un organismo.
Estas cuatro teorías nos han permitido descubrir que todos los seres vivos tene-
mos mucho en común en cuanto a las estructuras celulares que nos forman, que los
procesos químicos y fisiológicos para mantenernos vivos y en un estado funcional
son similares en todas las especies; que tenemos ancestros comunes, por lo que for-
mamos una gran familia que se originó hace varios miles de millones de años, y que
todos nos reproducimos a través de los genes, formados por la misma molécula
de la herencia, que es el ADN. Así, hoy en día, gracias a estas cuatro teo-
rías, podemos integrar la enorme gama de fenómenos biológicos y
estudiarlos en su conjunto de manera organizada y sistematizada.
A través del tiempo, la biología ha avanzado gracias al de-
sarrollo de la tecnología. El diseño de microscopios cada vez
más potentes y de técnicas para estudiar las moléculas de
la vida junto con el perfeccionamiento de la computadora,
han sido decisivos para que esta ciencia se encuentre a la
vanguardia, dando lugar a tecnologías nunca antes ima-
ginadas.
Con el apoyo de la tecnología hemos logrado com-
prender los fenómenos biológicos en todos los niveles,
desde el microscópico y bioquímico, hasta la imagen ma-
croscópica de nuestro planeta azul visto desde el espacio, lo
que nos ha hecho cobrar conciencia de que la Tierra semeja
un enorme ser vivo que responde como un todo a los daños que
recibe.
Así, ha surgido la creciente necesidad de encontrar alternativas
para disminuir el impacto ambiental producido por el ser humano en los
diversos ecosistemas, que ha generado un calentamiento global que nos preocupa
y causa cada vez más problemas.
Paradigma: teoría o conjunto de teorías que suministran la base y el modelo para resolver problemas y avanzar en el conocimiento.G
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Figura 1.3 La Tierra
responde como un todo a
los daños que recibe, como
si fuera un solo ser vivo.
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Bloque I Reconoces a la biología como la ciencia de la vida 9
Por otra parte, los grandes avances de la biología molecular han per-
mitido al ser humano no sólo comprender la forma en que funcionan los
seres vivos, sino también la manera en que éstos pueden ser modificados
en el nivel genético.
Esta ciencia ha cobrado tal importancia que se dice que actualmente
vivimos en el “siglo de la biología” debido a los avances extraordinarios
de la genética y a los descubrimientos que han permitido controlar en-
fermedades que antes nos asolaban, diseñar nuevas estrategias para una
mayor producción de alimentos y desarrollar biotecnologías que facilitan
la vida de la Humanidad.
Sin embargo, aún hay mucho por hacer. Para muchos, la biología si-
gue siendo una gran aventura: el reto de develar los secretos de la natura-
leza y descifrar sus misterios por el simple hecho de atreverse a hacerlo. Biotecnología: empleo de células vivas para la obtención y mejora de productos útiles como los alimentos y los medicamentos. G
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Figura 1.4 La biología ha tenido grandes
avances pero aún hay mucho por descubrir.
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Organícense en parejas y en sus cuadernos realicen lo que se les pide. Después comenten su trabajo con el
resto del grupo.
1. Elaboren una definición de lo que estudia la biología.
2. Anoten dos ejemplos de acciones de la vida cotidiana relacionadas con la biología.
3. Describan algún descubrimiento de la biología que haya mejorado la salud de las personas.
4. Mencionen algún aspecto relacionado con la biología que aún falta por ser comprendido o por solucionar.
Actividad de aprendizaje 1
Campo de acción de la biología El trabajo de los biólogos abarca diversos ámbitos debido a que la biología estudia
los procesos de los seres vivos desde distintos puntos de vista, tanto en el nivel mi-
croscópico como en el macroscópico.
Así, se puede estudiar en un laboratorio o en el campo; podemos interesarnos en
los procesos microscópicos que ocurren en los seres vivos, estudiar las biomoléculas o
bien los órganos de un animal o una planta. De igual forma podemos interesarnos
en todo un conjunto de organismos, su comportamiento y sus respuestas ante los
cambios ambientales.
La biología abarca un campo de conocimiento tan amplio que es posible estu-
diar de manera especializada alguna de sus ramas. Los paleontólogos, por ejemplo,
visitan zonas donde pueden encontrar vestigios de organismos de otras épocas y
trabajan en excavaciones donde recuperan los fósiles de animales o plantas. En
cambio, un biólogo molecular, que hace experimentos con el ADN, trabaja en la-
boratorios muy avanzados, donde cuenta con equipo sofisticado para obtener la
secuencia del ADN e insertar pequeños trozos de esta molécula en células que se
mantienen en cultivos.
Los etólogos, dedicados al estudio del comportamiento animal, pasan largas ho-
ras en el campo observando a los ejemplares que marcan y siguen con aparatos muy
precisos; mientras que los neurobiólogos estudian con todo detalle las sustancias
10 Biología I
que hacen que una persona se sienta feliz y animada o triste y deprimida, y para ello
deben trabajar en un laboratorio donde cuenten con equipo adecuado.
Así, la biología de nuestros tiempos ha evolucionado tanto que ha llegado a la
especialización de los que se dedican a ella y trabajan en el área de su interés.
Veamos cuáles son las ramas más importantes y lo que estudia cada una en los
cuadros 1.1 y 1.2.
Cuadro 1.1 Ramas principales de estudio de la biología.
Ramas de la biología Materia de estudio
Anatomía Estructura y localización de órganos y sistemas de los
seres vivos.
Biofísica Procesos físicos de los seres vivos.
Bioquímica Biomoléculas y procesos químicos de los seres vivos.
Citología Estructura y procesos celulares.
Ecología Relaciones de los seres vivos entre sí y con el
ambiente.
Embriología Procesos del desarrollo de los embriones a partir de la
fecundación.
Etología Comportamiento animal.
Evolución Historia de la vida y las teorías sobre los procesos que
dieron lugar a la biodiversidad actual y la adaptación de
los organismos a su medio.
Fisiología Funciones de los sistemas y órganos de los seres
vivos.
Genética Procesos hereditarios desde el nivel molecular y celular
del individuo y de la población.
Histología Estudio de la estructura y composición de los tejidos
de los seres vivos.
Paleontología Fósiles y evidencias de la evolución.
Taxonomía Clasificación de los seres vivos de acuerdo con los
criterios establecidos por los avances en anatomía,
fisiología, bioquímica y genética.
Cuadro 1.2 Ramas de la biología según los organismos que estudia.
Virología Virus
Bacteriología Bacterias
Protozoología Protozoarios
Microbiología Organismos de tamaño microscópico como virus,
bacterias, protozoarios y hongos
Micología Hongos
Ficología Algas
Botánica Plantas
Zoología Animales
Figura 1.5 Los paleontólogos
trabajan con fósiles, para
descubrir la historia de la vida
en la Tierra.
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Bloque I Reconoces a la biología como la ciencia de la vida 11
1. Lleva a tu clase una noticia reciente relacionada con algún avance en la biología; puede ser del periódico, de
internet o de alguna revista de divulgación.
2. Reúnanse en equipos, comenten la noticia que cada uno llevó y entre todos decidan a cuál rama o ramas
de la biología corresponde.
3. Elijan la noticia que consideren más importante, después elaboren y escriban en colaboración un resumen
de ella.
4. Comenten su resumen con sus compañeros de grupo.
Actividad de aprendizaje 2
Transferencia para la vida
Reflexiona acerca de las distintas ramas de la biología y elige las cinco que te parezcan más interesantes y que
consideres importantes para solucionar problemas actuales. Ilústralas en tu cuaderno con imágenes alusivas.
Relación entre la biología
y otras disciplinas
Objeto de aprendizaje
1. Formen equipos de siete integrantes y reflexionen: ¿Qué
es el trabajo interdisciplinario? ¿Qué será mejor: trabajar
aislado o de manera colaborativa en la solución de un
problema? Después, realicen lo siguiente: cada uno
de ustedes asumirá una profesión diferente (geógrafo,
historiador, matemático, químico, biólogo, informático
y comunicólogo). Imaginen que se encuentran frente al
reciente problema de la la transmisión del virus Zika por
medio del mosquito Aedes.2. Cada uno de los integrantes, de acuerdo con la profesión
que le corresponde, señalará en el siguiente cuadro cuál
es el trabajo que debe desempeñar para colaborar en el
seguimiento y la búsqueda de soluciones.
3. Al terminar, compartan sus respuestas con los demás
equipos.
Actividad de apertura
Figura 1.6 Mosquito Aedes, transmisor
del virus Zika
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Reconoces a la célula como unidad de la vida
Bloque III
Propósito: Reconocer las características básicas de la célula, su origen, evolución y clasificación, valorando su importancia como unidad fundamental de los seres vivos.
Desempeños al concluir el bloque:Reconoce a la célula como la unidad fundamental de los seres vivos.Analiza las características básicas, el origen, la evolución, los procesos y la clasificación de las células.
Objetos de aprendizaje:La célulaTeoría celularTeorías de la evolución celular
Tipos celulares:ProcariotaEucariota
Estructura y función de las células procariota y eucariotaCélulas eucariotas:
Célula vegetalCélula animal
Procesos celulares
Competencias a desarrollar: Elige las fuentes de información más relevantes para establecer
la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.
Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones.
De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.
Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes.
Contrasta los resultados obtenidos en un experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.
Define metas y establece mecanismos básicos para la solución de problemas cotidianos.
Trabajando en equipo, resuelve problemas para satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas.
Relaciona los niveles de organización química, biológica y física de los sistemas vivos.
Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana, enfrentando las dificultades que se le presentan siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.
Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.
Tiempo asignado al bloque: 16 horas
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¿Qué tanto sabes?1. Dibuja una célula y señala sus componentes principales.
2. ¿Qué tipo de célula dibujaste, una eucariota o una procariota?
3. Ordena, de acuerdo con los niveles de organización los siguientes elementos: molécula, átomo, tejido, célula.
4. Anota tres ejemplos de organismos que tengan células.
5. ¿Conoces la teoría celular? Explica sus principios.
6. Señala la diferencia entre célula procarionte y eucarionte.
7. Describe dos tipos de microscopios con los que podemos observar las células.
8. Explica brevemente alguna teoría del origen de la vida.
9. Escribe tu punto de vista acerca del origen de la vida.
10. Expresa tu opinión acerca de la importancia del trabajo de los científicos que han hecho descubrimientos acerca
de las células.
Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida 85
Mapa conceptual
Problema
A continuación se plantea un problema. Los conocimientos que adquieras en el transcurso del bloque te darán los
elementos para resolverlo. Intenta hacerlo ahora y compara tus respuestas con las que coloques al terminar de
estudiar este bloque.
es de diferentes está formada por diversosse han formuladose explica por la
• procariota
• eucariota
• núcleo
• citoplasma
• organelos
citoplasmáticos
• membranas y derivados
tipos componentes
• evolución química
• panspermia
• hidrotermal
teorías sobre su origen
entre ellas
• estructura
• función
• origen
teoría celular
maneja postulados
Célula
Joaquín es un estudiante de bachillerato que
ama el fútbol. Desde pequeño lo ha practicado y
ahora participa en el equipo representativo de su
escuela. Justo el día de la gran final, el partido más
importante de la temporada, participó en el primer
tiempo, pero luego comenzó a sentir calambres
y tenía la pierna paralizada. Su entrenador le dio
masaje y así pudo mejorar su movilidad. Volvió
Un atleta en acción
IntroducciónLa célula es una maravilla que ha atrapado la atención de muchos investigadores
a lo largo de la historia. Parece increíble pensar que esa estructura diminuta tenga
tanta importancia para ser estudiada; sin embargo, gracias a los avances en la in-
vestigación de la célula se han hecho descubrimientos de gran trascendencia que
nos han permitido comprender el verdadero origen de muchas enfermedades, los
procesos de reproducción y la forma en que se produce el envejecimiento, entre
otros eventos.
En este bloque conoceremos la célula, los pasos que llevaron a descubrir su fun-
ción en los seres vivos y las teorías que se han desarrollado acerca del origen de la
vida y de las primeras células. Luego, nos adentraremos en el conocimiento de los
organelos que las forman y la relación de cada uno de ellos con los procesos que
ocurren en todo el organismo.
86 Biología I
al partido; sin embargo, sufrió un choque que le
produjo una herida abierta en el brazo y lo dejó
aturdido por el golpe. ¡Todo estaba saliendo mal! Se
sentía desesperado porque tenía muchas esperanzas
de ser el héroe del partido y sin embargo había
salido en camilla de la cancha, con dolor en todo el
cuerpo, temiendo haberse fracturado algún hueso o
desarrollar una infección en la herida. Finalmente su
equipo ganó, y a pesar de no haber podido participar
como él lo deseaba, sus amigos decidieron darle
el trofeo que habían obtenido, considerando su
esfuerzo y su entrega al equipo.
Resuelve en tu cuaderno las siguientes preguntas que se relacionan con esta historia.
1. Los calambres actúan sobre las células musculares. ¿Qué forma tiene este tipo de células?
2. ¿Qué organelo proporciona energía a las células musculares para que puedan moverse?
3. ¿Qué células se alteran cuando te encuentras aturdido o desmayado?
4. ¿Los huesos tienen células? Explica tu respuesta.
5. Las bacterias pueden entrar a una herida causando una infección. ¿Qué diferencias existen entre las células
humanas y las bacterias?
6. Las células de la sangre destruyen las bacterias y otros microorganismos que puedan introducirse al cuerpo.
¿Qué tipos de células hay en la sangre?
7. ¿Cómo surgieron las células? ¿Han existido siempre?
La célula, teoría celularObjeto de aprendizaje
¿Cómo son las células del cuerpo humano?
1. Organícense en equipos, lleven a la clase imágenes de internet o fotocopias de libros donde se muestre
cómo son las células humanas: musculares, sanguíneas, óseas, epiteliales, óvulos, espermatozoides y
neuronas, entre otras que encuentren.
2. Con las imágenes que llevaron elaboren un collage y explíquenlo a su profesor(a). Utilicen sus trabajos para
ambientar su salón de clases en el transcurso de este bloque.
Actividad de apertura
Como has podido observar al realizar la actividad anterior, nuestro cuerpo está
formado por diversos tipos de células: sanguíneas, musculares, nerviosas, repro-
ductoras, etc. Todo el organismo humano es un enorme conjunto de células que
trabajan en armonía para mantenernos con vida.
Nuestra vida misma se origina a partir de una célula llamada cigoto, resultado
de la unión de un óvulo y un espermatozoide. Ésta se multiplica y las células resul-
tantes se van diferenciando para dar lugar a cada uno de nuestros tejidos. Así, todas
nuestras células son parecidas, por ser nuestras, pero cada una obtiene la forma que
le corresponde para cumplir su función dentro de nuestro organismo.
Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida 87
No sólo los seres humanos estamos for-
mados por células; todos los seres vivos lo es-
tán, sean árboles, hongos, insectos, estrellas
de mar o microorganismos. Lo más intere-
sante es que una célula desarrolla todas las
funciones de un ser vivo: respirar, crecer, re-
producirse y morir, así que si entendemos el
funcionamiento de una célula, comprendere-
mos cómo funciona todo nuestro organismo.
En la actualidad se sabe mucho acerca de
las células, de sus formas, de su fisiología e
importancia; sin embargo, cabe mencionar
que no siempre ha sido así. En el pasado,
cuando se descubrieron, la gente las conside-
raba una mera curiosidad de la naturaleza y
nadie sospechaba que las plantas, los hongos
o los seres humanos estuviesen formados por
ellas o que tuvieran alguna función de interés
que analizar.
El conocimiento acerca de las células ini-
ció en la época de Antón van Leeuwenhoek
(1632-1723), un tallador de lentes holandés que construyó su propio microscopio.
Se encerraba en su taller durante horas y observaba todo lo imaginable e inimagi-
nable: agua sucia, cabellos, esperma, sangre, insectos y pestañas, entre otras cosas.
Así, accedió por primera vez a un mundo hasta entonces desconocido y observó
gran cantidad de células de diversos colores y formas. Registró todas sus observa-
ciones en cuadernillos que después entregó a los miembros de la Royal Society de
Londres quienes, si bien al principio no confiaban mucho en sus descubrimientos,
posteriormente, al comprobar su importancia, lo animaron a seguir adelante con
sus investigaciones y lo nombraron miembro honorario en 1680.
Cabe mencionar, sin embargo, que no fue Leeuwenhoek quien dio su nombre a
la célula, ya que unos años antes, en 1665, Robert Hooke, al realizar finos cortes de
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Figura 3.1 Todos los seres vivos (plantas, animales, hongos, protistas y
bacterias) estamos formados por células.
Figura 3.2 El microscopio de
Antón van Leewenhoek era muy
sencillo; sin embargo, con él
tuvo acceso a un mundo nuevo
de microorganismos y células.
Soporte del material biológicoMaterial biológico
Lente
Placa de metal
Tornillos de
regulación
88 Biología I
corcho y observar las pequeñas celdillas que lo formaban, utilizó por primera vez
este término para referirse a ellas.
A partir de los descubrimientos de Leeuwenhoek otros científicos hicieron observa-
ciones y descubrimientos relacionados con las células. Por ejemplo, Marcello Malpighi
(1628-1694), en 1691, observó los vasos capilares y los tejidos formados por células.
La información que a través de los años se acumuló acerca de las células comen-
zó a integrarse en el siglo xix, unos doscientos años después de su descubrimiento.
En 1831, Robert Brown (1773-1858), estudiando las hojas de las orquídeas, descu-
brió que sus células tenían una mancha oscura en el interior; la nombró núcleo, ya
que intuía que era la parte más importante.
Por otro lado, en 1835, Félix Dujardín (1801-1860) observó en los organismos
unicelulares una sustancia gelatinosa que les permitía desplazarse y la llamó sarcoda.
Esta sustancia recibiría más adelante el nombre de protoplasma. Este avance fue muy
importante ya que antes se pensaba que las células estaban huecas. Sin embargo, al
demostrarse la existencia del protoplasma se hizo claro que las células tenían una
estructura más compleja de lo que se pensaba.
Las aportaciones más importantes referentes a las células se deben al botánico
Matías Jacob Schleiden (1804-1881) y al zoólogo Theodor Schwann (1810-1882).
Ambos trabajaban con células, pero Schleiden estudiaba las vegetales y Schwann
se enfocaba en las animales. Estos dos científicos, al conjuntar su trabajo, plantea-
ron la hipótesis de que todos los seres vivos, plantas y animales, están formados
por células y que éstas son la unidad fundamental de la vida. Después de realizar
múltiples observaciones su hipótesis se convirtió en la teoría celular, que Schwann
publicó en 1839. Los principios fundamentales de esta teoría son:
1. Todo organismo está formado por una o más células; es decir, que la célula es la
unidad anatómica de los seres vivos (unidad de estructura).
2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos; esto significa que es la unidad
más pequeña que tiene las propiedades de la vida (unidad de función).
Posteriormente, en 1858, Rudolf Virchow (1821-1902) la complementó con
el tercer principio fundamental:
3. Toda célula proviene de otra célula preexistente. Este postulado se relaciona con
los procesos de reproducción (unidad de origen).
La teoría celular tiene una gran relevancia porque nos demuestra que todos los
seres vivos tienen algo en común: están formados por unidades similares en estruc-
tura y función. Es por ello que la teoría celular es uno de los pilares de la biología,
pues unifica a todos los seres vivos. En la actualidad, los avances de la tecnología y
el desarrollo de microscopios cada vez más potentes así como de
técnicas de tinción especializadas nos han permitido descubrir los
diferentes organelos que hay dentro de la célula, conocer sus fun-
ciones, sus alcances y posibilidades, y no dejamos de asombrarnos
por las maravillas que hemos encontrado dentro de cada una de
estas pequeñas estructuras.
Protoplasma: es todo el material contenido por la membrana celular, es decir núcleo, citoplasma y los organelos embebidos en él.
Técnicas de tinción: métodos para teñir una sustancia microscópica y así lograr visualizarla
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Figura 3.3 En la actualidad existen diferentes tipos de microscopios,
algunos muestran imágenes fluorescentes, otros utilizan rayos láser y otros
más un haz de electrones que aumenta el tamaño de la imagen hasta un
millón de veces. Estos instrumentos han facilitado el estudio de la célula.
Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida 89
Elabora una línea del tiempo en la que ubiques los acontecimientos relacionados con el descubrimiento de la
célula y el desarrollo de la teoría celular. Busca información para complementar la que encuentras en este texto
e ilustra tu trabajo. Entrégalo por escrito a tu profesor(a).
Actividad de aprendizaje 1
Teorías de la evolución celularObjeto de aprendizaje
1. En tu cuaderno redacta un ensayo con tus propias reflexiones acerca de cómo surgió la vida.
2. Prepara un caldo de pollo o de res y déjalo destapado en un lugar tibio durante tres días. Observa si se pone
turbio y de ser posible extrae una gota y obsérvala en el microscopio.
3. En tu cuaderno anota tus observaciones y explica el posible origen de los microorganismos que encuentres.
Actividad de apertura
Uno de los postulados de la teoría celular que hemos revisado en el tema anterior
nos señala que “toda célula proviene de otra célula preexistente”. Esto significa que
la vida procede de la vida. Sin embargo, ante esta afirmación surge la pregunta: ¿y
de dónde surgió la primera célula? ¿Cuál fue el origen de la vida?
Estas preguntas han existido en la mente del ser humano desde mucho tiem-
po atrás. A lo largo de la historia se han propuesto diversas explicaciones acerca
de cómo se formaron los primeros seres vivos. En la época de los griegos, por
ejemplo, se pensaba que alguna “fuerza vital” animaba la materia inerte, dando la
vida a las ranas o lombrices a partir del lodo; así nació la teoría de la generación
espontánea, que persistió por cerca de dos mil años. En la época en que se inventó
el microscopio aún había partidarios de esta teoría y hubo grandes polémicas acer-
ca de si un caldo nutritivo podía transformarse y generar microorganismos por sí
mismo o si se contaminaba con microorganismos que provenían del aire.
Todas estas discusiones quedaron resueltas cuando Louis Pasteur (1822-1895),
en 1862, demostró con su matraz cuello de cisne que la vida sólo proviene de la
vida y que un caldo nutritivo no desarrolla microorganismos a menos que éstos
lleguen con el aire y se reproduzcan en él. Así, la teoría de la generación espontá-
nea, según la cual la fruta, el lodo, la basura o los caldos podían generar por sí solos
nueva vida, quedó descartada.
A partir de entonces, a finales del siglo xix, inició el desarrollo de las teorías
actuales que explican el origen de la vida.
90 Biología I
El matraz con
caldo se hierve
El caldo se mantiene libre
de microorganismos,
que quedan atrapados
en el cuello del matraz
Se rompe el
cuello del matraz
Los microorganismos
terminan por contaminar
el caldo
Figura 3.4 El matraz de cuello de cisne permitía el paso del aire hacia el caldo de cultivo, con lo cual se demostró que no era la
“fuerza vital” que supuestamente residía en éste lo que desarrollaba la vida. Lo que en realidad ocurría, era que los microorganismos
y sus esporas quedaban atrapados en el cuello del matraz, por lo que nunca llegaban a desarrollarse en el caldo. Lo último se
demostró al romperse el cuello del matraz, ya que los microorganismos llegaban al caldo y se desarrollaban en él.
Teoría de la evolución químicaUna de las teorías de mayor impacto para explicar el origen de la vida, ha sido la del
bioquímico ruso Alexandr Ivánovich Oparin (1894-1980) quien, en 1924, publicó
su libro El origen de la vida. En éste, Oparin desarrolló una hipótesis nueva para re-
solver este antiguo problema: consistía en señalar que en la Tierra primitiva recién
formada se habían producido los primeros compuestos químicos y que al combi-
narse dieron lugar a un nivel de organización más alto, hasta llegar a la formación
de las primeras células vivas. Esta teoría hacía referencia a un proceso llamado
evolución molecular, que había iniciado con moléculas simples y luego dio lugar a
estructuras cada vez más complejas.
Oparin se basaba en el hecho de que existían evidencias que indicaban que la
atmósfera primitiva era muy diferente de la actual, ya que carecía de oxígeno libre y
en ella abundaban el hidrógeno (H), el metano (CH4), el amoniaco (NH
3), el ácido
cianhídrico (HCN), vapor de agua (H2O) y otros más. Se trataba entonces de un
ambiente reductor, en el que esos compuestos reaccionaron entre sí gracias a fuen-
tes de energía como los rayos ultravioleta provenientes del Sol, que en ese tiempo
entraban en grandes cantidades porque no se había formado la capa de ozono (O3)
que actualmente nos protege.
Además, también había descargas eléctricas produci-
das por las tormentas, calor provocado por las erupciones
volcánicas y gran cantidad de elementos que generaban
radioactividad y rayos cósmicos. Todas estas fuentes de
energía contribuían a la formación de nuevos compuestos
orgánicos y, así, los mares primitivos se fueron inundando
de materia orgánica dando lugar, poco tiempo después, a
los primeros seres vivos.
En la ciencia puede suceder que dos personas, en luga-
res distintos y por la misma época, obtengan conclusiones
similares. Tal es el caso de John B. S. Haldane (1892-1964),
un biólogo inglés que cuatro años más tarde, sin conocer
los trabajos de Oparin, publicó un artículo titulado “El
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Figura 3.5 Condiciones de la Tierra primitiva.
Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida 91
origen de la vida”, donde hacía referencia a la misma idea propuesta por Oparin, en
este caso llamando sopa primigenia a los mares repletos de materia orgánica, que
fue la materia prima para la aparición de las primeras células.
La teoría de Oparin fue puesta a prueba por dos químicos, Stanley Miller (1930-
2007) y Harold Urey (1893-1981), quienes reconstruyeron las condiciones de la
Tierra primitiva en un matraz al que enviaban descargas eléctricas en un ambien-
te sin oxígeno. El matraz contenía una mezcla de metano, amoniaco, hidrógeno y
vapor de agua. Después de una semana de aplicar descargas eléctricas a esta mez-
cla se obtuvieron aminoácidos, los componentes de las proteínas. Estos resultados
apoyaban la teoría de Oparin. Aunque hay datos recientes de que los gases de la
atmósfera primitiva pudieron haber sido diferentes a los utilizados por Miller y
Urey, otros científicos, con experimentos similares, usando otras fuentes de energía
y otros gases, han obtenido una gran variedad de componentes de proteínas, lípi-
dos, carbohidratos y ácidos nucleicos.
Los gases metano,
amoniaco
e hidrógeno
se introducen aquí
Electrodos
NH3
CH4
H2 H2O
Con una descarga eléctrica,
Miller simula una fuente
de energía presente en la
Tierra primitiva
Los vapores
de la atmósfera
se condensan
Estos gases simulan
la composición de la
atmósfera primitiva
Refrigerante
Agua fría
Bomba de vacío
Se obtienen moléculas
orgánicas: aminoácidos
y otros compuestos disueltosFuente de calor
"Océano"primitivo
en ebullición
Figura 3.6 Experimento de Miller y Urey.
92 Biología I
Complementando estos hallazgos, algunos científicos obtuvieron moléculas más
grandes, como Sidney Fox (1912-1998), que obtuvo cadenas largas de aminoácidos
similares a las proteínas al someterlas a altas temperaturas y las llamó proteinoides.
El siguiente paso, de acuerdo con esta teoría, es que las biomoléculas formadas
al interactuar entre sí dieron origen a gotitas similares a una célula, a las que Oparin
llamó “sistemas precelulares”.
Para demostrar experimentalmente la formación de estos sistemas precelulares,
Oparin mezcló soluciones de proteínas y carbohidratos de alto peso molecular y ob-
tuvo coacervados (estructuras parecidas a pequeñas células). Por su parte, Sidney
W. Fox, investigador estadounidense, obtuvo, al calentar mezclas de aminoácidos
en una solución salina, el modelo de las microesférulas proteicas, que se ven como
esferas limitadas por una membrana simple o doble.
Cabe enfatizar que los sistemas precelulares o protobiontes aún no pueden ser
considerados seres vivos pues carecen de sus características propias. Fue a través
del tiempo que la selección natural pudo haber actuado sobre ellos. Los que eran
más estables (es decir, que lograron intercambiar materia y energía con el medio
externo) perduraron, y algunos desarrollaron un metabolismo rudimentario que
les permitía captar energía para efectuar procesos energéticos como la fotosíntesis
y la respiración.
De acuerdo con la propuesta de Oparin, durante uno o dos millones de años
se perfeccionó este proceso de evolución química hasta que se formaron estructu-
ras capaces de autorregularse y autorreproducirse, las cuales se transformaron en
eubiontes o células primitivas. Sin embargo, el problema de la transformación de
una precélula en una célula verdadera, sigue siendo materia de investigación y no
se tiene la certeza de cómo o en qué ambiente haya podido suceder.
Teoría de la panspermiaPrevio a la teoría de Oparin, en 1908, el químico Svante August Arrhenius (1859-
1927) propuso que la vida llegó a la Tierra desde el espacio exterior por medio
de esporas resistentes al calor y a las radiaciones cósmicas. Esta teoría tuvo como
objeción principal el hecho de que no resolvía el problema del origen de la vida
porque lo trasladaba a otro sitio del universo, y nos conducía a preguntarnos cómo
surgió la vida en el sitio de dónde provenía la espora. Por otra parte, se duda de las
posibilidades de que una espora fuera capaz de resistir las altas temperaturas que se
generan cuando un meteorito entra a la atmósfera y se incendia.
Actualmente se han retomado algunos aspectos de esta teoría, si bien se sigue
poniendo en duda la propuesta de que la vida haya llegado como tal a nuestro pla-
neta, en forma de una espora o bacteria extraterrestre:
En primer lugar, se ha propuesto la hipótesis de que los compuestos orgánicos
de la “sopa primitiva” que dieron lugar a los primeros seres vivos no sólo se forma-
ron en los océanos, sino que también pudieron haber sido el resultado de procesos
prebióticos que ocurrieron en la superficie de los cometas, los meteoritos o en el
polvo interestelar, y que esas moléculas llegaron a la Tierra en meteoritos que ca-
yeron en su superficie. Esta hipótesis se basa en el análisis de los meteoritos; por
ejemplo, uno que cayó en 1864 en Origueil, cerca de Mountauban, Francia, el cual
fue analizado en 1963 por I. R. Kaplan. El análisis indicó la presencia de seis tipos
de aminoácidos diferentes y dos de las bases nitrogenadas del ADN.
Experimentos posteriores demostraron que el meteorito no estaba contamina-
do por material terrestre. Después de este descubrimiento, algunos astrobiólogos
Protobiontes: estructuras abióticas que se formaron antes que las células y se consideran sus precursores.
Eubiontes: células muy simples que se propone surgieron a partir de los protobiontes
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Bloque III Reconoces a la célula como unidad de la vida 93
y astroquímicos se han dedicado a buscar materia or-
gánica en otras partes del espacio exterior y han en-
contrado que en las nubes de polvo interestelar y en
los cometas también hay concentraciones de materia
orgánica, principalmente aminoácidos y bases nitro-
genadas. Estos hallazgos se han fundamentado en el
análisis de la luz proveniente de estrellas lejanas.
De esta manera, se propone que los materiales que
formaron la “sopa primitiva” pudieron tener origen
tanto terrestre como extraplanetario, a través de la
contribución de la materia orgánica extraterrestre.
Por otra parte, el análisis del meteorito marciano
conocido como ALH84001, aparentemente ha sugeri-
do la existencia de fósiles diminutos, de 4 500 millones
de años. Si son microfósiles o no, sigue en discusión,
ya que se ha objetado que su tamaño es inverosímilmente pequeño (del orden del
millonésimo de milímetro) y resultan 10 veces menores que las bacterias más di-
minutas que la ciencia conoce. Además, se plantea la posibilidad de que se haya
contaminado con materia orgánica terrestre.
Sin embargo, estos resultados han devuelto interés a la teoría de la panspermia y
se ha iniciado la búsqueda de vida microbiana en los meteoritos, aquí en la Tierra
y en las misiones espaciales que han incursionado en diversos planetas y satélites
fuera de ella, aunque cabe mencionar que hasta la fecha no se han encontrado in-
dicios, comprobados científicamente, de vida extraterrestre. A pesar de que se han
enviado numerosas sondas espaciales en busca de vida fuera de nuestro planeta,
hasta ahora ninguna la ha encontrado.
Hipótesis hidrotermalSe ha planteado también la posibilidad de que las primeras moléculas orgánicas
y los primeros seres vivos se hayan formado en las chimeneas hidrotermales que
se encuentran en el fondo de los océanos. Esta hipótesis se basa en los hallazgos
de bacterias que viven cerca de chimeneas volcánicas submarinas donde hay tem-
peraturas de hasta 650°C. Estos microorganismos se nutren de metano y sulfuro
de hidrógeno y presentan un metabolismo primitivo y especial; probablemente se
originaron en esos ambientes extremos.
En realidad la hipótesis hidrotermal se basa en la teoría de Oparin, y difiere
de ésta en cuanto a las fuentes de energía para la formación de los primeros com-
ponentes de las células. Mientras que Oparin señala a las radiaciones ultravioleta
(UV) y las descargas eléctricas como principales fuentes de energía, la hipótesis
hidrotermal se basa en la energía geotérmica presente en los manantiales termales
submarinos.
Algunos aspectos que apoyan esta hipótesis señalan que las altas presiones que
hay en el fondo del mar favorecen la formación de compuestos químicos; por otra
parte, dentro de las chimeneas podrían concentrarse las biomoléculas que se fueran
formando y así no se encontrarían dispersas en la inmensidad del mar. También, se
señala que la profundidad de los mares proporcionaba protección contra las con-
diciones adversas de esa etapa, como el exceso de radiaciones ultravioleta que po-
drían haber destruido los primeros intentos de célula.
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Figura 3.7 De acuerdo con la teoría de la panspermia, la vida, o los
componentes de los seres vivos, llegaron del espacio exterior.
94 Biología I
En la actualidad, un buen número de científicos
busca más evidencias a favor de la hipótesis hidro-
termal, que ha tenido cada vez mayor aceptación. Se
ha propuesto la hipótesis del mundo de hierro-azufre,
señalando que en las grietas del fondo marino, sulfu-
ros de hierro y níquel, pudieron haber favorecido la
formación de moléculas biológicas precursoras de la
vida.
En especial se están buscando organismos muy
antiguos, que vivan en estos ambientes, para darnos
una idea de cómo pudieron haber sido las primeras
células vivas. Se piensa que las chimeneas hidroter-
males posiblemente favorecieron el origen de las pri-
meras formas de vida.
Mundo del ARN Otra de las contribuciones actuales sobre las teorías del origen de la vida es la idea
de que la molécula de ARN formó a los primeros genes, ya que es la única capaz de
desempeñar tres tareas necesarias para la vida: duplicarse a sí misma, contener la
información genética y llevar a cabo la síntesis de proteínas. Además, la existencia
de virus con genoma de ARN (como el virus del SIDA) nos habla también de la po-
sibilidad de que existieran organismos con esta característica. Se habla entonces del
“mundo del ARN”, que fue previo a la aparición de la molécula del ADN que ahora
todos identificamos como la molécula de la herencia. Se piensa que el salto evoluti-
vo posterior hacia la aparición de los genomas codificados por ADN pudo deberse
a que esta última molécula es más estable que el ARN, y por lo mismo es más fácil
de mantener en buen estado. Así, podemos ver que con el tiempo los organismos se
han vuelto cada vez más complejos.
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Figura 3.8 Las chimeneas hidrotermales pudieron haber
favorecido el origen de las primeras formas de vida.
1. Reúnanse en equipos y elaboren un mapa mental ilustrado para explicar cada una de las teorías del origen de
la vida que aquí se mencionan.
2. Participen de manera activa en un debate en el que se analice la validez de las diferentes teorías sobre el
origen de la vida. Puede asignarse a cada equipo la defensa de una teoría.
Actividad de aprendizaje 2
Transferencia para la vida
Realiza una investigación documental en fuentes confiables acerca de los siguientes aspectos:
1. ¿Qué estudia la exobiología?
2. ¿Qué sondas espaciales se han enviado recientemente al espacio y a qué lugares del sistema solar han llegado?
Elabora un informe escrito de tu investigación y coméntalo en clase.
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La biología es una ciencia fascinante que nos muestra las maravillas de la naturaleza y descri-be los procesos que mantienen la vida y las relaciones entre todos los seres vivos. Nos permi-te adentrarnos tanto en el mundo de las células y las moléculas como en el de las plantas, los animales y los ecosistemas en su totalidad.
La enseñanza de la biología ha evolucionado con el paso del tiempo. En el contexto actual es preciso tener en cuenta que lo importante no es el aprendizaje memorístico de nombres o procesos, sino la comprensión de los fenómenos biológicos que impactan la vida diaria para aprender a vivir mejor, cuidar la salud y preservar el ambiente. Lo que se aprende en el aula debe ayudar al estudiante para que pueda enfrentar los problemas del día a día y resolverlos movilizando los conocimientos, las habilidades y las actitudes que ha desarrollado, y esto puede conseguirse a través de la enseñanza basada en competencias.
Biología I con enfoque por competencias tiene como objetivo presentar esta ciencia de una manera sencilla y accesible, proporcionando información completa, pertinente y actua-lizada de cada tema señalado en el programa de la Dirección General del Bachillerato (DGB). Se incluyen actividades, problemas y situaciones en las que los jóvenes pueden desarrollar las competencias, poniendo en práctica sus conocimientos de manera inmediata en la clase, para que sean evaluados por él mismo, sus compañeros y el profesor.
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