biológia-UNIDAD 1

BIOLOGÍA Unidad 1 Introducción a la biología Unidad 2 Biología celular Unidad 3 Diversidad biológica Unidad 4 Ecología (mundo contemporáneo) Unidad 5 Reproducción Objetivo: eal atélurmmino iddeenlatifiucnaidráadla,s belaesestsudpiaarnateeildeesntutidfiicoadráelalas bbiaosloegs ía. para el estudio de la biología. Conceptos generales de la biología La biología es la ciencia que estu- Ramas Estudia dia a los seres vivos. Puesto que se relaciona con un gran número de Citología Las células. ciencias y disciplinas, tiene una Embriología El desarrollo embrionario. infinidad de aplicaciones en el Zoología Los animales. medio que nos rodea. Algunas de Botánica Las plantas. estas ciencias son f ísica, química, Histología Los tejidos. medicina, matemáticas y geogra- Genética Herencia. f ía. Para su estudio la biología se Paleontología Los fósiles. divide en diferentes ramas, obser- Fisiología Las funciones de los seres vivos. va el cuadro de la derecha. Anatomía La conformación y estructura de los seres vivos. Ecología Los organismos y su relación con el medio. Método científico W Ciencia La palabra ciencia proviene del latín scientia y significa conocimiento exacto y razonado o conjunto sistematizado de conocimientos. Como cualquier ciencia experimental sigue los pasos del método científico experimental, para lle- gar a la formulación de teorías y leyes que describen el comportamiento de la naturaleza.

Guía para el examen global de conocimientos 443 Una ciencia se caracteriza por ser: • Sistemática: al emplear el método científico para su investigación • Comprobable: se puede verificar si es falso o no lo que propone como conocimiento • Perfectible: los enunciados sufren continuamente modificaciones e incluso correcciones a medi- da que el hombre incrementa sus conocimientos La biología es una ciencia porque se fundamenta en el desarrollo de la observación, formulación de hipótesis y experimentación para crear teorías y leyes. Es decir, cumple con todas las condiciones del método científico. A continuación analizaremos las diferentes etapas que forman el método científico: 1. Planteamiento del problema: es la exposición del tema que se va a desarrollar. 2. Objetivos: es el planteamiento de hasta dónde se pretende llegar con la investigación. 3. Hipótesis: son las soluciones teóricas y preliminares de un problema; es una declaración que puede ser falsa o verdadera y que debe ser sometida a comprobación (por medio de la experimentación). 4. Experimentación: es la observación de hechos bajo condiciones controladas y planeadas. En la ex- perimentación controlada debemos tener dos grupos de prueba: un grupo control o testigo y otro experimental. Ambos son sometidos a las mismas condiciones, pero la variable que se ha elegido para el estudio sólo se aplica al grupo experimental, al grupo control no se le aplica la variable. 5. Resultados: es el registro de los datos que aparecen durante la experimentación, pero para dedu- cir una respuesta hay que anotar las diferencias entre el grupo control y el grupo experimental. 6. Conclusiones: después de analizar todas las variantes encontradas, se interpretan y se concluye el experimento. Las hipótesis falsas se descartan, cuando una hipótesis se verifica o cuando los datos ofrecen una nueva hipótesis, entonces se procesa la declaración final, y si ésta lo amerita, se propone la formulación de teorías o leyes. Teorías sobre el origen de la vida Existen diversas teorías para explicar el origen de la vida en el planeta Tierra, analicemos algunas de ellas. W Teoría creacionista Postula la existencia de un “ser divino” quien crea toda la vida en el planeta, a partir de una materia determinada, con una forma inmutable. W Teoría de la generación espontánea De acuerdo con los griegos Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida surgió del lodo, de la materia en putrefacción, del agua, del mar y de la basura que producen gusanos, insectos, peces, cangrejos, salamandras y el hombre. En 1667 Johann B. Helmont elaboró una receta que permitía la generación espontánea de roedores: puso ropa sudorosa y trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días el olor cambió y del fer- mento del trigo y de la ropa surgieron los ratones. En 1668 Francisco Redi llevó a cabo los primeros experimentos que permitieron desechar la idea de la generación espontánea. Logró demostrar que las larvas que infestan la carne eran únicamente las que provenían de los huevecillos de las moscas.

444 Colegio Nacional de Matemáticas Needham experimentó con botellas llenas con caldos nutritivos, los que hirvió durante dos minu- tos, y luego las selló, sin embargo se infestaron de microorganismos. Entonces concluyó que la materia orgánica en descomposición era animada por una fuerza vital. Más tarde Lázaro Spallanzani, con sus experimentos, pone en duda la generación espontánea; rea- liza el mismo experimento que Needham, pero hierve durante lapsos mayores sus medios de cultivo, cierra sus recipientes con más cuidado y en ninguno aparecieron microorganismos. Es Louis Pasteur quien invalida totalmente la generación espontánea. W Teoría quimiosintética (de A. I. Oparin y J. B. Haldane) En la década de los treinta Oparin y Haldane postularon la hipótesis de que una atmósfera primitiva, sin oxígeno (reductora), en la cual había diferentes factores como agua, amoniaco, metano, vapor de agua e hidrógeno, interactuaron con volcanes, radiaciones ultravioletas, descargas eléctricas y lagunas o mares someros, para crear el ambiente en el que moléculas sencillas se desarrollaron y evolucionaron a molé- culas complejas con alto peso molecular y dieron origen a los primeros seres vivos (Biggs, 2000). En 1953 dos científicos, Miller y Urey, hicieron una aplicación experimental de la teoría de Oparin. En un circuito cerrado lograron demostrar los procesos de evolución química que pudieron haber su- cedido. Depositaron en un matraz una mezcla de vapor de agua, metano, amoniaco e hidrógeno y la sometieron a descargas eléctricas y diversas formas de radiación durante una semana. Al hacer el aná- lisis del agua que se había condensado, encontraron aminoácidos como glicina, alanina, ácido aspártico y glutámico, sustancias químicas que son componentes de los seres vivos (Ville, 1990). Teoría quimiosintética Experimento de Miller y Urey Atmósfera primitiva Vapor de agua Hidrógeno Metano Amoniaco Agua Gases calientes Amoniaco Gases Metano Descarga Hidrógeno eléctrica Descargas Radiación ultravioleta eléctricas Volcanes Mar Materia orgánica Agua con aminoácidos Condensación del Lagunas Agua hirviendo material orgánico someras disueltos Componentes químicos de los seres vivos W Bioelementos Los elementos químicos que constituyen la materia viva reciben el nombre de bioelementos (elementos biogenésicos) y, en orden de importancia, son:

Guía para el examen global de conocimientos 445 Elemento Función Carbono (C) Constituyente principal de las moléculas orgánicas. Hidrógeno (H) Forma parte del agua y de moléculas orgánicas. Oxígeno (O) Participa en la respiración y forma parte de las moléculas orgánicas. Nitrógeno (N) Constituyente de las proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos. Fósforo (P) Participa en la transferencia de energía; constituyente de los huesos. Azufre (S) Constituyente de proteínas. W Compuestos orgánicos h Carbohidratos (glúcidos, sacáridos, hidratos de carbono) Compuestos orgánicos formados por C, H y O, solubles en agua y constituyen la primera fuente de energía en las células. Se clasifican en monosacáridos o azúcares simples; el más común es la glucosa (C6H12O6), aunque también podemos mencionar a la fructuosa, galactosa y ribosa. GLUCOSA GALACTOSA FRUCTUOSA La unión de dos monosacáridos produce un disacárido: La unión de Forma Ejemplo Glucosa + fructuosa Sacarosa Azúcar de mesa Glucosa + galactosa Lactosa Azúcar de leche Glucosa + glucosa Maltosa Azúcar de malta De igual forma, al combinar tres o más azúcares se forma un polisacárido, por su importancia biológica se destacan tres:

446 Colegio Nacional de Matemáticas Polisacárido ¿Qué son? ¿Dónde están? Almidón Producido por las plantas. Es la forma de alma- En raíces como la papa y en semillas como Celulosa cenamiento de azúcares más importante en chícharo y fríjol. Glucógeno células vegetales. Principal polisacárido estructural que sirve de Se presenta como componente de la pared sostén a las células vegetales. Por su estructura celular de los vegetales, principal compuesto pocos organismos son capaces de digerirla, del papel, madera y algodón. como las termitas y los rumiantes (Biggs, 2000). Forma en que los animales almacenan alimento. El hígado y los músculos almacenan energía en forma de glucógeno, para liberarlo cuan- do sea necesario. Los hidratos de carbono abundan en el pan, tortilla, pastas, cereales, leguminosas, dulces y frutas. h Lípidos Compuestos orgánicos formados principalmente por C e H y, en menor medida de O, constituyen la segunda fuente de energía. En las células se almacenan y actúan como reserva energética, son aislantes térmicos, protegen estructuras y forman parte de la membrana celular en animales y vegetales. Los lípidos en los seres vivos se clasifican en: Grasas neutras Saturados Se encuentran en la carne de res y cerdo. o triglicéridos Insaturados Como la mantequilla y las semillas. Poliinsaturados Como en el pescado y verduras. Esteroides o lípidos derivados Entre los más importantes se encuentran el colesterol, la testosterona, la pro- gesterona y la cortisona. Los lípidos abundan en el tocino, manteca, mantequilla, algunos quesos, acei- tes vegetales, almendras, nueces, etcétera. h Aminoácidos Cada uno de ellos está compuesto por un grupo carboxilo (COOH–) y un grupo amino (NH2–). Los amino- ácidos se unen por medio de enlaces peptídicos para formar proteínas, existen 20 aminoácidos importantes para la vida: cisteina, metionina, lisina, arginina, histidina, triptófano, ácido aspártico, ácido glutámico, aspargina, glutamina, glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, prolina, serina, treonina y tirosina; muchos de ellos abundan en la carne y productos lácteos, pero escasean en las verduras. h Proteínas Son polímeros constituidos por C, H, O y N, algunos con P, S y Fe. Son los compuestos orgánicos más abundantes (alrededor de 50% del peso seco de la célula) (Valdivia, 2002).

Guía para el examen global de conocimientos 447 Las proteínas sufren cambios drásticos cuando se les expone a cambios en el pH o a temperaturas elevadas, ya que se rompen los puentes de hidrógeno y los enlaces de las proteínas, produciendo un desarreglo en la secuencia de los aminoácidos. Este proceso, conocido como desnaturalización, ocasio- na graves trastornos en los organismos, incluso la muerte. Sus principales funciones son: estructurales, construcción y reparación de células y tejidos, hormo- nas, anticuerpos, materiales contráctiles, medios de transporte, elementos de coagulación y participan- tes de la división celular. Las proteínas abundan en la leche, queso, huevo, carne. h Ácidos nucleicos Polímeros que forman los nucleótidos, cada nucleótido está constituido por un azúcar, un grupo fosfato y una base nitro- genada, su función principal es formar parte del código genético y síntesis de proteínas. Existen dos categorías, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (áci- Extremo 5' do ribonucleico). OO Timina Adenina P H CH H H H Extremo 3' -O O O H NN H El ácido desoxirribonucleico (ADN) CH O NN NN H NH H es la base molecular de la vida, en él en- HH O H H O HC HH contramos codificadas todas aquellas características para la formación de un H O O- P OO Timina Adenina P H OO nuevo individuo, además de controlar ac- CH H H H -O O O H NN H tividades celulares CH O NN NN H NH H y de autoduplica- HH O H H O HC HH ción. H O O¯ Cada molécu- HH Guanina P O O Citosina HN H P OO NN N -O O H CH O la de ADN tiene Dirección 5' a 3' HO Dirección 5' a 3' HN N dos cadenas (que HN N H H H O forman una doble HH hélice) constitui- HH H H O HC Desoxirribosa H O O- P das por miles de nucleótidos. OO OO P Adenina H Timina -O O CH O O- A lo largo de una molécula de ADN NH OH P CH O N NH H OO los grupos fosfato (PO4) y el azúcar H H N N H NN H (desoxirribosa) son idénticos, sin em- H H H H OH HH bargo, las bases nitrogenadas son dife- OO H O HC P rentes. Guanina H Citosina -O O N HH Existen cuatro tipos: dos púricas, CH O N O NH H adenina (A), guanina (G); y dos pirimídi- H HN N H NN H H H H OH H cas, timina (T) y citosina (C) (Valdivia, H H H O HC H 1995). Extremo 3' O O- P OO Extremo 5'

448 Colegio Nacional de Matemáticas Estas bases unen las dos cadenas de ADN de una manera específica, adenina-timina y guanina-citosi- na, a través de enlaces de hidrógeno. El ácido ribonucleico (ARN), tiene una sola cadena de nucleótidos y presenta cuatro tipos de bases nitrogenadas: A, G, C y U (Uracilo), un azúcar (ribosa) y su correspondiente grupo fosfato. h Vitaminas Son sustancias orgánicas indispensables para el crecimiento y el buen funcionamiento del organismo, doce son las más importantes: Vitamina Función Fuentes naturales A Interviene en la formación de pigmentos visuales, en el Zanahoria, mantequilla, (retinol) hueso promueve la formación de colágeno; su deficiencia hígado, yema de huevo, produce retardo del crecimiento, ceguera nocturna, piel leche. Complejo B seca, fragilidad y fractura de huesos. Cereales, yema de huevo, B2 Interviene en el metabolismo de los carbohidratos; su defi- carnes rojas, nueces. (riboflavina) ciencia produce Beri-beri (desorden neurológico). Hígado, leche, carne. B6 Es vital en la respiración celular; su deficiencia produce Cereales, carne, huevo, (piridoxina) fisuras en la piel, dermatitis. leche, hígado. B12 Participa en el metabolismo de los aminoácidos y ácidos Hígado, pescado, yema de (cianocobalamina) grasos; su deficiencia produce trastornos nerviosos, convul- huevo, leche. siones. C Cítricos, jitomate, brócoli, (ácido ascórbico) Interviene en la maduración de los glóbulos rojos; su defi- col. ciencia produce anemia, glóbulos rojos mal formados (ane- D mia perniciosa). Yema de huevo, aceites de (calciferol) pescado, atún y bacalao. Es necesaria para la síntesis de sustancias fundamentales E como colágeno y dentina; su deficiencia produce escorbu- Maíz, espinaca, lechuga, (tocoferol) to (sangrado de mucosas debajo de la piel y caída de trigo, carne, leche. dientes). K Jitomate, pescado, hígado, (naftoquinona) Favorece la absorción de calcio en el intestino, interviene col. en la formación de huesos y dientes; su deficiencia produce raquitismo (formación defectuosa de los huesos), huesos blandos, elásticos y a menudo deformes. Es antioxidante; su deficiencia produce fragilidad aumenta- da en los glóbulos rojos; deficiencia en las membranas celulares. Interviene en la síntesis de los factores de coagulación hepáticos; su deficiencia produce coagulación sanguínea deficiente.