Capítulo 1 introducción a la vida en la tierra
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Capítulo 1 introducción a la vida en la tierra

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  • La vida en la Tierra está confinada a una delgada capa que cubre la superficie terrestre: la biosfera. LaTierra, vista desde la Luna, es un oasis de vida en nuestro sistema solar.
  • 1.Los seres vivos tienen una estructura compleja y organizada, que consiste en gran parte de moléculas orgánicas. 2. Los seres vivos responden a los estímulos de su ambiente. 3. Los seres vivos mantienen activamente su compleja estructura y su medio interno a través de un proceso llamado homeostasis. 4. Los seres vivos obtienen y usan materiales y energía de su ambiente y los convierten en diferentes formas. 5. Los seres vivos crecen. 6. Los seres vivos se reproducen, utilizando un patrón molecular llamado DNA. 7. Los seres vivos, en general, tienen la capacidad de evolucionar. ¿Qué es la vida? Si consultamos en un diccionario, encontraremos definiciones como “la cualidad que distingue a un ser vital y funcional, de un cuerpo muerto”, pero no encontraremos el significado de esa “cualidad”. Todos tenemos un concepto intuitivo de lo que significa estar vivos. No obstante, es dificil definir la vida, en parte porque los seres vivos son tan diversos y porque en algunos casos la materia inanimada parece estar viva. Una dificultad mayor para definir vida es que los seres vivos no pueden describirse como la simple suma de sus partes. La cualidad de la vida surge como resultado de las increíblemente complejas interacciones ordenadas de esas partes. Dado que está basada en esas propiedades emergentes, la vida es una cualidad fundamentalmente intangible, imposible de definir de manera simple. Sin embargo, podemos describir algunas de las caracteristicas de los seres vivos, que en su conjunto, no se encuentran en los objetos inanimados. Dichas características son:
  • En comparación con la materia inanimada de tamaño similar, los seres vivos son muy complejos y están altamente organizados. Un cristal de sal de mesa ,por ejemplo, consta unicamente de dos elementos químicos, sodio y cloro, ordenados en una disposición cúbica precisa: el cristal de sal está organizado pero es simple. Los océanos, contienen átomos de todos los elementos presentes en la Naturaleza; sin embargo esos átomos están distribuidos al azar: los océanos son complejos pero no están organizados. En contraste, incluso la diminuta pulga de agua, contiene docenas de elementos distintos enlazados en miles de combinaciones específicas que, a su vez, están organizadas en componentes cada vez más grandes y complejos para formar estructuras tales como ojos, patas, un tracto digestivo e incluso un pequeño cerebro.
  • La vida en la Tierra consiste en una jerarquía de estructuras, cada nivel de la cual se basa en el que está abajo y sustenta al que está arriba (Fig. 1-2). Todo cuanto tiene vida se construye sobre cimientos químicos basados en sustancias llamadas elementos, cada uno de los cuales es un tipo único de materia. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades de ese elemento. Por ejemplo, un diamante se compone del elemento llamado carbono. La unidad más pequeña posible del diamante es un átomo de carbono individual; cualquier subdivisión de esa unidad producirá partículas subatómicas aisladas que ya no serían carbono. Los átomos pueden combinarse de maneras específicas para formar estructuras llamadas moléculas; por ejemplo, un átomo de carbono puede combinarse con dos átomos de oxígeno y formar una molécula de dióxido de carbono. Aunque mucha moléculas simples se forman espontáneamente, sólo los seres vivos fabrican moléculas extremadamente grandes y complejas. Los cuerpos de los seres vivos se componen primordialmente de moléculas complejas. Las moléculas de la vida se denominan moléculas orgánicas, lo que implica que contienen un esqueleto (estructura) de carbono al que están unidos al menos algunos átomos de hidrógeno. Aunque la disposición química y la interacción de los átomos y las moléculas constituyen los bloques de construcción de la vida, la cualidad misma de la vida surge en el nivel de la célula. Así como un átomo es la unidad más pequeña de un elemento, la célula es la unidad más pequeña de vida. La diferencia entre una célula viva y un conglomerado de sustancias químicas ilustra algunas de las propiedades emergentes de la vida. Todas las células contienen (1) genes, unidades de herencia que proporcionan la información necesaria para controlar la vida de la célula; (2) estructuras subcelulares llamadas organelos, miniaturas de fábricas químicas que usan la información de los genes y mantienen viva a la célula; y (3) una membrana plasmática, fina película que rodea la célula y que por un lado encierra a un medio acuoso (el citoplasma) que contiene los organelos y por otro separa a la célula del mundo externo. Algunas formas de vida, miscroscópicas, consisten de una sola célula, pero formas más grandes de vida están compuestas por muchas células que tienen funciones especializadas.
  • . En las formas de vida multicelulares, células de tipo similar se combinan para formar tejidos, los cuales desempeñan una función específica. Por ejemplo, el tejido nervioso se compone de células nerviosas y diversas células de soporte. Varios tipos de tejido se combinan para formar una unidad estructural llamada órgano ,( por ejemplo, el cerebro, que contiene tejido nervioso, tejido conectivo y sangre). Varios órganos que en conjunto realizan una sola función, forman un sistema de órganos; por ejemplo, el cerebro, la médula espinal, los órganos de los sentidos, y los nervios forman juntos el sistema nervioso. Todos los sistemas de órganos, en cooperación funcional, constituyen un ser vivo individual, el organismo.
  • Más allá de los organismo individuales hay niveles más amplios de organización. Un grupo de organismos muy similares, cuya descendencia puede ser fértil, constituye una especie. Los miembros de una especie dada que viven en cierta área se consideran una población. Las poblaciones de varias especies que viven e interactuan en la misma área forman una comunidad. Una comunidad, junto con su ambiente inanimado,que incluye tierra, agua y atmósfera, es un ecosistema. Por último, toda la región superficial de la Tierra habitada por seres vivos ( incluidos también los componentes inanimados), recibe el nombre de Biosfera.
  • Los seres vivos responden a los estímulos. Los organismos perciben y responden a estímulos de sus ambientes interno y externo. Los animales han desarrollado complejos órganos sensoriales y sistemas musculares que les permiten detectar y responder a la luz, sonidos, sustancias químicas y muchos otros estímulos a su alrededor. Los estímulos internos swe perciben mediante receptores de estiramiento, temperatura, dolor y diversos compuestos químicos. Por ejemplo, cuando sentimos hambre, percibimos las contracciones del estómago vacío y el bajo nivel de azúcares y grasas en la sangre. Entonces respondemos a los estímulos internos escogiendo algo apropiado que comer, como un emparedado en vez de un plato o los cubiertos. Sin embargo, los animales con sus complejos sistemas nerviosos y cuerpos móviles, no son los únicos organismos que perciben y respoden a los estímulos. Las plantas junto a una ventana crecen hacia la luz e incluso las bacterias de nuestro intestino producen un conjunto diferente de enzimas digestivas dependiendo de si bebemos leche, comemos dulce, o ingerimos ambos alimentos.
  • No es fácil mantener estructuras complejas y organizadas. Trátese de las moléculas de nuestro cuerpo o de los libros y papeles sobre nuestro escritorio, la organización, tiende hacia el caos si no se utiliza energía para sustentarla. Para conservar vivos y funcionar con eficacia, los organismos deben mantener relativamente constantes las condiciones internas de su cuerpo, proceso denominado homeostasis (derivado del griego que significa “mantenerse igual”. Una de las mucha condiciones que los organismos regulan es la temperatura corporal. Entre los animales de sangre caliente, por ejemplo, los órganos vitales como el cerebro y el corazón se mantienen a una temperatura caliente constante, aunque la temperatura ambiente fluctúe de manera acusada. La homeostasis se mantiene con diversos mecanismos automáticos. En el caso de la regulación de la temperatura, dichos mecanismos incluyen sudar cuando hace calor, metabolizar más alimentos cuando hace frío y conductas como tomar el sol o incluso ajustar el temostato de una habitación. Claro que no todas las cosas permanecen inmutables durante toda la vida de un organismo. Se presentarán cambios importantes, como el crecimiento y la reproducción, pero ello no quiere decir que haya fallado la homeostasis. Más bien, son partes específicas, genéticamente programadas, del ciclo vital de ese organismo.
  • Los organismos necesitan materiales y energía con el fin de mantener su elevado nivel de complejidad y organización, crecer y reproducirse. Los organismos adquieren los átomos y moléculas que necesitan del aire, agua o el suelo, o de otros seres vivos. Estos materiales, llamados nutrientes, se extraen del ambiente y pasan a incorporarse a las moléculas del cuerpo del organismo. La suma de todas las reacciones químicas necesarias para mantener la vida se denomina metabolismo. Los organismos obtienen energía –la capacidad para efectuar trabajo, lo cual incluye llevar a cabo reacciones químicas, producir hojas en primavera o contraer un músculo- por uno de dos mecanismos básicos. (1)Las plantas y algunos organizmos unicelulares capturan la energía de la luz solar y la almacenan en moléculas de azúcar, muy energérticas, en un proceso llamado fotosíntesis. (2) En contraste, ni los hongos ni los animales pueden realizar la fotosínstesis y tampoco la mayoría de las bacterias; estos organismos deben consumir las moléculas ricas en energía contenidas en los cuerpos de otros organismos. En ambos casos, la energía adquirida se convierte en una forma que el organismo pueda usar o almacenar para utilizarla en el futuro. En última instancia, la energía que sustenta a casi toda la vida proviene del Sol, habiendo sido capturada por organismos fotosintetizadores e incorporada en moléculas muy energéticas. Los organismos que no pueden realizar la fotosíntesis dependen de organismos fotosintéticos para obtener alimento de forma directa o indirecta. Así la energía fluye del Sol y pasa por casi todas las formas de vida. Esa energía finalmente se libera en forma de calor.
  • En algún punto de su ciclo vital, todo organismo se vuelve más grande; es decir crece. Esta característica es obvia en el caso de las plantas, las aves y los mamíferos, todos los cuales nacen muy pequeños y experimentan un gran crecimiento durante su vida. Sin embargo, incluso las bacterias unicelulares crecen hasta casi el doble de su tamaño original antes de dividirse. En todos los casos, el crecimiento implica la conversión de materiales obtenidos del ambiente para formar las moléculas específicas del cuerpo del organismo.
  • La continuidad de la vida se debe a que los organismos se reproducen, dando origen a descendientes del mismo tipo. Los procesos para producir progenie varían pero el resultado ‑ la perpetuación del material genético de los progenitores – es el mismo. La diversidad de la vida se debe en parte a que los descendientes, aunque surgen del material genético proporcionado por los progenitores , por lo regular presentan pequeñas diferencias respecto a éstos. El mecanismo por el cual los rasgos pasan de una generación a la siguiente, a través de una “copia genética”, produce esta progenie variable.
  • Todas las formas conocidas de vida utilizan una molécula llamada acido desoxirribonucléico, o DNA, como depósito de la información genética (Fig. 1 ‑ 7). Los genes son segmentos de la molécula de DNA. Gran parte de la Unidad II se dedicará a examinar la estructura y función de esta molécula extraordinaria. Por ahora, simplemente diremos que el DNA de un organismo es su copia genética o su manual de instrucción molecular, una guía para la construcción y, al menos en parte, el funcionamiento de su cuerpo. Cuando un organismo se reproduce, pasa una copia de su DNA a la progenie. La exactitud del proceso de copiado del DNA es asombrosamente alta, ya que se presenta un error en apenas cada mil millones de bits de la información contenida en la molécula de DNA. Sin embargo, los accidentes fortuitos que sufre el material genético, también dan origen a cambios en el DNA. Los errores ocasionales y cambios accidentales, llamados mutaciones, producen variedad. Sin mutaciones, todas las formas de vida podrían ser idénticas. De hecho, podríamos sugerir la hipótesis de que, sin mutaciones, no habría vida. Las variaciones causadas por las mutaciones y superpuestas a una fidelidad genética general, hacen posible la última propiedad de la vida, la capacidad para evolucionar. Aunque la estructura genética de un solo organismo prácticamente no cambia durante toda su vida, la composición genética de una especie como un todo cambia conforme pasan las generaciones. Con el tiempo, las mutaciones y la progenie variable inyectan diversidad en el material genético de una especie. Dicho de otro modo, la especie evoluciona. La teoría científica de la evolución afirma que los organismos modernos descendieron, con modificaciones, de formas de vida preexistentes y que, en última instancia, todas las formas de vida del planeta tienen un antepasado común. La fuerza más importante en la evolución es la selección natural, el proceso por el cual organismos con adaptaciones (características que les ayudan a sobrellevar los rigores de su ambiente) sobreviven y se reproducen con mayor éxito que otros que no tienen esas características. Las características de adaptación que surgen de la mutación genética se pasan a la siguiente generación.
  • Los organismos pueden agruparse en tres categorías principales, llamadas dominios:(1) Bacteria, (2) Archaea, y (3) Eukarya. Esta clasificación refleja diferencias fundamentales entre los tipos de células que componen dichos organismos. Los miembros de los dominios Bacteria y Archaea normalmente consisten en células individuales simples. Los miembros del dominio Eukarya tienen cuerpos formados por una o más células altamente complejas y se subdividen en cuatro Reinos: Protista, Fungi, Plantae, and Animalia (Fig. 1 ‑ 8). Hay excepciones a cualquier conjunto simple de criterios empleados para caracterizar los dominios y reinos, pero tres características son especialmente útiles: tipo de célula, número de células en cada organismo y modo de nutrición, es decir, de obtención de energía. Los Dominios Bacteria y Archaea están constituídos por células procarióticas; el Dominio Eukarya está compuesto por células eucarióticas. Hay dos tipos fundamentalmente distintos de células: (1) procarióticas y (2) eucarióticas. Cariótico se refiere al núcleo de la célula: una estructura rodeada por una membrana, que contiene al material genético de la célula Eu significa “verdadero” en griego; las células eucarióticas poseen un núcleo “verdadero”, rodeado por una membrana. Estas células suelen ser mayores que las procarióticas y contienen además diversos organelos, muchos de ellos rodeados por membranas. Las células procarióticas no tienen núcleo; su material genético reside en el citoplasma. Por lo regular son pequeñas, sólo 1 o 2 micrómetros de longitud, y carecen de organelos delimitados por membranas. Pro significa “antes" en griego; es casi seguro que las células procarióticas evolucionaron antes que las eucarióticas (y estas últimas con toda probabilidad evolucionaron a partir de células procarióticas). Los Bacteria y organismos del dominio Archaea constan de células procarióticas; las células de todos los reinos de Eukarya son eucarióticas.
  • Los Bacteria, Archaea, y miembros del Reino Protista son en su mayor parte unicelulares; los miembros de los Reinos Fungi, Plantae, y Animalia son primordialmente multicelulares. Casi todos los miembros de los dominios Bacteria y Archaea, y los miembros del reino Protista del dominio Eukarya, son unicelulares, es decir, células individuales, aunque algunos viven en cadenas o tramas de células con muy poca comunicación, cooperación u organización entre ellos. Casi todos los miembros de los reinos Fungi, Plantae, y Animalia son multicelulares; su vida depende de la comunicacisón y cooperación estrecha entre células especializadas.
  • Todos los organismos necesitan energía para vivir. Los organismos fotosintéticos captan energía de la luz solar y la almacenan en moléculas como azúcares y grasas. Por ello, decimos que estos organismos, que incluyen a las plantas, algunas bacterias y algunos protistas, son autotrófos, es decir, que se “autoalimentan”. Los organismos que no pueden realizar fotosíntesis deben obtener energía ya almacenada en las moléculas de los cuerpos de otros oarganismos; por ello se les denomina heterótrofos, o sea, que “se alimentan de otros”. Muchos arqueos, bacterias y protistas, y todos los hongos y animales son heterótrofos.
  • El primer principio de la ciencia es la causalidad natural. A lo largo del curso de la historia humana, se han adoptado dos enfoques para estudiar la vida y otros fenómenos naturales. El primero supone que algunos sucesos ocurren gracias a la intervención de fuerzas sobrenaturales que no somos capaces de comprender. Los antiguos griegos creían que el dios Zeus era quien lanzaba los rayos desde el cielo y que el dios Poseidón causaba los terremotos y las tormentas en el mar. En contraste, la ciencia se adhiere al principio de la causalidad natural: todos los sucesos tienen causas naturales que potencialmente somos capaces de comprender. Por ejemplo, en otros tiempos se pensó que la epilepsia era consecuencia de una disposición divina. Hoy sabemos que la epilepsia es una enfermedad del cerebro en la que grupos de células nerviosas se activan de manera incontrolable. El principio de la causalidad natural tiene un corolario importante, las pruebas que reunimos acerca de las causas de los succesos naturales no han sido deliberadamente distorsionadas para engañarnos. Esta conclusión podría parecer obvia, pero no hace mucho había quien argumentaba que los fósiles no son prueba de la evolución, sino que Dios los colocó en la Tierra para poner a prueba nuestra fe. Si no podemos confiar en las pruebas que nos proporciona la Naturaleza, la ciencia se convierte en un empeño fútil. A second fundamental principle of science is that natural laws, laws derived from the study of nature, are uniform in space and time and do not change with distance or time. The laws of gravity, the behavior of light, and the interactions of atoms, for example, are the same today as they were a billion years ago and will hold true in Moscow just as well as in New York ‑ or even on Mars. Uniformity in space and time is especially vital to biology, because many events of great importance to biology, such as the evolution of today's diversity of living things, happened before humans were around to observe them. Some people believe that each of the different types of organisms was individually created at one time in the past by the direct intervention of God, a philosophy called creationism. As scientists, we freely admit that we cannot disprove this idea. Creationism, however, is contrary to both natural causality and uniformity in time. The overwhelming success of science in explaining natural events through natural causes has led nearly all scientists to reject creationism. A third basic assumption of science is that, as a general rule, all human beings perceive natural events in fundamentally the same way and that these perceptions provide us with reliable information about the natural world. Common perception is, to some extent, a principle peculiar to science. Value systems, such as those involved in the appreciation of art, poetry, and music, do not assume common perception. We may perceive the colors in a painting in a similar way (the scientific aspect of art), but we do not perceive the aesthetic value of the painting identically (the humanistic aspect of art). Values also differ radically among people, commonly owing to their culture or religious beliefs. Because value systems are subjective, not objective, science cannot solve certain types of philosophical or moral problems, such as the morality of abortion.
  • Dados estos supuestos, ¿cómo estudian los biólogos el funcionamiento de la vida? La investigación científica es un método riguroso para efectuar observaciones de fenómenos específicos y buscar el orden subyacente de esos fenómenos. Idealmente, la biología y las demás ciencias emplean el método científico, que consiste en cuatro operaciones interrelacionadas: (1) observación; (2) hipótesis; (3) experimentación; y (4) conclusión. Toda investigación científica parte de una observación de un fenómeno específico. La observación, a su vez, da pie a preguntas del tipo de “¿cómo se dió esto?”. Luego, por un destello de inspiración, o más comunmente después de largo e intenso razonamiento, se formula una hipótesis. Una hipótesis es un supuesto basado en observaciones previas que se ofrece como explicación del fenómeno observado. Para ser útil, la hipótesis debe conducir a predicciones susceptibles de probarse con observaciones controladas adicionales, o experimentos. Estos experimentos producen resultados que apoyan o bien refutan la hipótesis y se saca una conclusión acerca de su validez. Un solo experimento nunca es una base suficiente para una conclusión; los resultados deben ser reproducidos no sólo por el investigador original, sino también por otros.
  • Cuando los microbiólogos estudian bacterias, deben usar cultivos puros, es decir, cajas de cultivo de bacterias que no estén contaminadas por otras bacterias, mohos, etc. Sólo si estudiamos un único tipo a la vez podremos conocer las propiedades de esa bacteria en particular. Por tanto, al primer indicio de contaminación, los cultivos normalmente se desechan, a menudo alegando acerca de la mala técnica. Sin embargo, en una de esas ocasiones a fines de la década de los años 20, el bacteriólogo escocés Alexander Fleming convirtió un cultivo echado a perder en uno de los más grandes adelantos médicos de la historia. Uno de los cultivos bacterianos de Fleming se contaminó con una mancha de un moho llamado Penicillium. Antes de tirar la caja de cultivo, Fleming observó que no crecían bacterias cerca del moho. ¿Por qué no? Fleming ideó la hipótess de que el Penicillium libera una sustancia que mata a las bacterias que crecen cerca de él. Para probar esta hipótesis, Fleming cultivó Penicillium puro en un caldo nutritivo líquido. Luego quitó el moho Penicillium filtrando el caldo y aplicó este líquido a un cultivo bacteriano no contaminado. En efecto, algo en el líquido mataba a las bacterias. Investigaciones posteriores de estos extractos de moho llevaron a la producción del primer antibiótico: la penicilina, una sustancia que mata bacterias y que ha salvado desde entonces a millones de vidas. Los experimentos de Fleming son un ejemplo clásico del uso de la metodología científica. Partieron de una observación que dio pie a una hipótesis, seguida de pruebas experimentales de la hipótesis, que llevaron a una conclusión. Sin embargo, el método científico por sí solo habría sido inútil sin la afortunada combinación de un acidente y una brillante mente científica. Si Fleming hubiera sido un microbiólogo “perfecto”, no habría tenido cultivos contaminados. Si hubiera sido menos observador, la contaminación sólo habría sido otra caja de cultivo echada a perder. En vez de ello, fue el principio de la terapia con antibióticos para enfermedades bacterianas. Como dijo el microbiólogo francés Louis Pasteur: “La casualidad favorece a las mentes preparadas”.
  • Los científicos describen los principios fundamentales como "teorias” porque una premisa básica de la indagación científica es que se debe efecuar con la mente abierta. Si surgen pruebas precisas, la teoría se modificará. Las teorías científicas nacen del razonamiento inductivo: el proceso de hacer una generalización con base en muchas observaciones específicas que apoyan la generalización aunado a la ausencia de observaciones que la contradigan. Una vez que se ha formulado una teoría científica, puede servir para apoyar el razonamiento deductivo. En las ciencias, el razonamiento deductivo es el proceso de generar hipótesis acerca del resultado de un experimento u observación específicos, con base a una generalización bien sustentada. Digamos, una teoría científica. Por ejemplo, con base en la teoría celular, si se halla un organismo nuevo que presenta todos los atributos de la vida, los científicos pueden deducir confiadamente que estará compuesto por células. Desde luego, hay que someter el nuevo organismo a un examen microscópico cuidadoso para detectar su estructura celular, porque como ya dijimos, si aparecen pruebas precisas, las teorías pueden modificarse.
  • La evolución es la teoría unificadora que explica el origen de las diversas formas de vida como resultado de cambios en su composición genética. Como ya señalamos, la teoría de la evolución dice que los organismos modernos descendieron, con modificaciones, de formas de vida preexistentes. Como dijo el biólogo Theodosius Dobzhansky: “Nada tiene sentido en biología, si no es a la luz de la evolución” ¿Por qué las serpientes no tienen patas? ¿Por qué hay fósiles de dinosaurios, pero no dinosaurios vivos? ¿Por qué se parecen tanto los monos a nosotros, no sólo en su apariencia, sino también en la estructura de sus genes y proteínas? ¿Qué relación hay entre las diversas formas de vida que vemos en nuestro paseo por el campus? Las respuestas a estas preguntas, y miles más, están en los procesos de la evolución. La evolución es tan crucial para comprender y aplicar la biología que conviene examinar brevemente sus principios importantes antes de continuar.
  • A mediados del siglo XIX, Darwin y Wallace formularon la teoría de la evolucióon que sigue siendo la base de nuestra perspectiva moderna. La evolución es consecuencia de tres procesos naturales: (1) variación genética entre miembros de una población; (2) herencia de esas variaciones por la progenie de individuos que son portadores de la variación; y (3) selección natural, la supervivencia y reproducción favorecida de organismos con variaciones favorables. En promedio los organismos que mejor enfrentan los retos de su ambiente son los que dejan más progenie. Los descendientes heredan los genes que permitieron tener éxito a sus progenitores. Así, la selección natural preserva los genes que ayudan a los organismos a prosperar en su ambiente.
  • A lo largo de milenios, la interacción del ambiente, la variación genética, y la selección natural dan como resultado la evolución: la modificación de la composición genética de las especies. En ambientes que son razonablemente constantes al paso del tiempo, como los océanos, persisten algunas formas bien adaptadas que sufren relativamente pocos cambios y que muchos llaman “fósiles vivientes”. Por ejemplo, los tiburones han conservado básicamente la misma forma corporal durante decenas de millones de años, pues su alargada forma, potente cola, agudo sentido del olfato y temibles dientes los han convertido en excelentes depredadores.
  • En ambientes cambiantes, algunas especies no experimentan los cambios genéticos que les permiten adaptarse. La rapidez con que cambia el ambiente es mayor que la rapidez de los cambios genéticos y esas especies se extinguen, es decir, desaparecen todos los miembros de esa especie. Los dinosaurios eran poderosos reptiles que no pudieron resistir los cambios en las condiciones acontecidas hace 65 millones de años. Otras especies experimentan mutaciones fortuitas que los adaptan para enfrentar nuevos retos. Por ejemplo, la mutación que produjo las primeras aletas carnosas y resistentes de los que ahora se conocen como peces crosopterigios (celacantos), permitieron a esos peces arrastrase por el fondo de las aguas someras y finalmente dar el “salto” a la vida terrestre.
  • Algunas personas ven a la ciencia como una actividad "deshumanizante" y piensan que un entendimiento demasiado profundo del mundo nos quita visión y asombro. Nada podría estar más lejos de la verdad, como volvemos a descubrir una y otra vez en nuestra propia vida. Hace años, veíamos a una abeja buscar alimento en una espiga de flores de lupino. Las flores de esta planta, miembro de la familia de los guisantes, tienen una estructura complicada, con dos pétalos en la mitad inferior de la flor que encierran las estructuras reproductoras masculinas (estambres), cargadas de polen, y las estructuras reproductoras femeninas (estigma) que recibe el polen. Hace poco se averiguó que en las flores de lupino jóvenes, el peso de una abeja que se posa en esos pétalos comprime los estambres, moviendo el polen contra el abdomen de la abeja. En flores más maduras, el estigma sobresale de los pétalos inferiores; cuando llega una abeja espolvoreada con polen, por lo regular deja en el estigma unos cuantos granos.
  • Ahora que entendemos mejor cómo funcionan las flores de lupino, ¿las apreciamos menos? Al contrario, ahora vemos los lupinos con nuevo deleite, entendiendo algo de la interacción de forma y función, abeja y flor, que ha moldeado la evolución del lupino. Unos cuantos meses después subimos a la cima del Hurricane Ridge, en el Parque Nacional Olímpico del estado de Washington, donde las praderas alpinas estallan en colores de agosto. Mientras nos agachábamos frente a un lupino silvestre, un hombre de edad se detuvo para preguntarnos qué era lo que mirábamos tan absortos. Escuchó con interés nuestra explicación de la estructura y luego se dirigió a otro grupo de lupinos para observar a las abejas en busca de alimento. Ese hombre también sintió con mayor intensidad el asombro que se experimenta al entender las cosas.

Capítulo 1 introducción a la vida en la tierra Presentation Transcript

  • 1. Ciencias Biológicas 1 © 2006 Teresa Audesirk Gerald Audesirk Bruce E. Byres
  • 2. Introducción a la Vida en la Tierra
  • 3. Características de los Seres Vivos
    • - Estructura compleja y organizada.
    • Responden a estímulos del ambiente
    • Obtienen y usan materia y energía.
    • - Mantienen su ambiente interno – Homeostasis.
    • - Crecen.
    • - Se reproducen.
    • - Evolucionan
  • 4.
    • Sal : Organizada pero simple.
    • Océanos : Complejos pero desorganizados
    • Pulga de agua : Organizada y compleja
    Características: Compleja y Organizada
  • 5. Niveles de Organización Biológica I Subatómico Electrón Neutrón Protón Nitrógeno Carbono Hidrógeno Oxígeno ADN Glucosa Agua Núcleo Cloroplasto Mitocondria Célula nerviosa Atómico Molecular Organelo Celular O H H CH 2 OH
  • 6. Niveles de organización Biológica II Tejido Tejido Nervioso Cerebro Sistema Nervioso Antílope Órgano Sistema de órganos Organismo
  • 7. Niveles de Organización Biológica III Población Rebaño de antílopes Halcón Agua Superficie Terrestre Comunidad Ecosistema Biosfera Antílopes Halcón Pasto Antílopes Serpiente Arbustos Suelo Aire Serpiente
  • 8. Característica: Responden a los Estímulos
    • Cambios en el medio interno:
      • Temperatura
      • Nivel hídrico
      • Nivel de azúcar en la sangre
      • Cambios en el medio externo:
      • Búsqueda de agua y alimentos
      • Evitar el peligro
      • Las plantas crecen hacia la luz
  • 9. Característica: Homeostasis
    • Los sistemas organizados pueden desintegrarse.
    • Prevenir la desintegración requiere energía.
    • Homeostasis significa “mantenerse igual”
      • Transpirar cuando hace calor; tiritar cuando hace frío.
      • Sentir sed cuando el agua es escasa.
  • 10. Característica: Obtienen Materiales y Energía
    • La homeostasis requiere de energía
      • Opuesta a la tendencia natural de desintegración
      • Obtenida desde fuentes externas
    • La homeostasis implica reparación física
      • Los organismos se dañan.
      • Se necesitan materiales para la reparación
    • Los alimentos proporcionan materia y energía.
  • 11. Característica: Crecimiento
    • Como se explican algunas situaciones:
      • Homeostasis = “mantenerse igual”
      • Crecimiento = homeostasis más “extra”
    • Los organismos crecen en tamaño/masa
    • Deben conseguir más de lo necesario para la homeostasis.
    • Están genéticamente programados
      • Tiempo
      • Tamaño
      • Forma
  • 12. Característica: Reproducción
    • Los miembros de una misma especie se reproducen entre sí (herencia).
    • Perpetuación de la genética parental
      • La información genética se almacena en al ADN.
      • Variabilidad
        • Descendientes similares a ambos padres
        • Descendientes diferentes de sus padres
      • Código simple con un sistema complejo de correción de errores.
  • 13.
    • La composición genética de la población varía (evoluciona)
      • Sobrevivencia Diferencial (selección natural)
      • “ Selección” de adaptaciones ventajosas
    • A más tiempo, más cambio
    • Eventualmente se hacen muy diferentes
    Característica: Evolución DNA
  • 14. Clasificando la Diversidad de la vida
    • Dominios Bacteria & Archaea
      • Procarióticos
      • Principalmente unicelulares
    Dominio Eukarya .
      • Otros organelos
      • Son eucarióticos
      • Células con membrana nuclear distinguible
  • 15. Clasificando la Diversidad de la Vida
      • Reino Protista unicelulares
      • Reino Fungi multicelulares
      • Reino Plantae multicelulares
      • Reino Animalia multicelulares
  • 16. Variaciones en la Adquisición de Energía
    • Plantae
      • Captura energía luminosa
      • La utiliza para fabricar alimento a partir del
      • dióxido de carbono
      • Autótrofos fotosintetizadores
    • Los demás:
      • Consumen otros organismos para obtener alimento
      • Algunos absorben partículas
      • Otros ingieren a sus presas
      • Heterótrofos
  • 17. Principios comunes a todas las Ciencias
    • Todo suceso puede ser atribuído a causas naturales
      • Las explicaciones no se relacionan con las divinidades.
      • Las leyes naturales que rigen los sucesos son válidas en todo lugar y en todo momento.
      • Las personas perciben los sucesos de manera similar.
  • 18. El Método Científico
    • Hacer observaciones (algunas inesperadas).
    • Proponer hipótesis
      • Posible explicación para una observación
      • Las predicciones deben comenzar con “sí/entonces”
      • Diseño y realizacion del experimento
      • Control de variables para las predicciones
      • Pone a prueba sus hipótesis
    • Saca conclusiones (apoya o refuta hipótesis)
  • 19.
    • Fleming , 1920
    • Un cultivo aparece contaminado
    • Las bacterias no crecieron cerca del hongo Penicillium
    • Extrajo fluído desde el hongo
    • El fluido inhibía el crecimiento bacteriano
    • Posteriormente lo aisló como penicilina
    Penicilina
  • 20. Teorías Científicas
    • Explicación general de como ocurren los fenómenos.
    • Se originan del razonamiento inductivo
    • Han sobrevivido a grandes cambios
    • Nunca son permanentes o “verdades” finales
      • Siempre provisionales (tentativas)
      • Siempre están sujeta a cambios o a ser reemplazadas
    • Usada para proponer hipótesis (razonamiento deductivo)
  • 21. Evolución: La teoría unificadora de la Biología
    • Todas las especies evolucionan de otras especies
    • Las teorías del origen emergen de un razonamiento inductivo.
      • La teoría de la evolución ha surgido de evidencias datos (ciencia verdadera)
      • El Creacionismo se impone a sí mismo como una evidencia (no científica, sino doctrina de la fe)
    • Extremadamente vital : une toda la información biológica
  • 22. Procesos Evolutivos
    • Las Poblaciones son extremadamente variables
    • Mucha de la variabilidad es heredada
      • Gemelos maternos: idéntica genética
      • Gemelos Paternos : diferente información genética
    • La selección natural elimina los genes
    • desventajosos
      • La sobrevivencia es competitiva
      • Loas genes que contienen ventajas de supervivencia son traspasados.
      • Los genes menos ventajosos no son traspasados.
  • 23. Medio Ambiente Estable
    • Medio Ambiente muy estable -- Océanos
      • Las formas bien adaptadas persisten por varios milenios
      • “ Fósil viviente” -- Tiburón
  • 24.
    • Cuando el medioambiente cambia:
      • Las especies deben adaptarse a las nuevas condiciones
      • Algunas no lo pueden hacer y se extinguen
      • Dinosaurios
        • Cambios experimentados hace 65 millones de años
        • Fueron incapaces de adaptarse con la suficiente rapidez
        • -Extinción total
    Condiciones Cambiantes
  • 25. Insectos Polinización de Flores de Arveja estambres con polen región con néctar La abeja busca néctar, frota los estambres, el polen queda adherido al abdomen, lo transfiere a otro estigma estigma
  • 26. Lupinos en la Naturaleza
    • Détente ante la Maravilla
    • Observa como las abejas trabajan
    • Hazte preguntas
    • ¡¡Sorpréndete!!
  • 27. Fin