Biologia2_vazquez.pdf

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Este libro pertenece a la Serie Integral por Competencias, que Grupo Editorial Patria lanza con base en los nuevos programas de la Dirección General de Bachillerato (DGB), además cubre 100% los planes de la reforma y el Marco Curricular Común propuesto por la Secretaría de Educación Pública (SEP). Te invitamos a trabajar con esta nueva serie, totalmente rediseñada y descubrir la gran cantidad de recursos que proporciona. En esta edición seguimos los cambios pedagógicos que realizó la DGB, en los que se integran objetos de aprendizaje, desempeños al concluir el bloque, competencias a desarrollar; además proponemos secciones de gran utilidad como: Situaciones didácticas Secuencias didácticas Rúbricas Portafolios de evidencias Actividades de aprendizaje Instrumentos de evaluación (Listas de cotejo y Guías de observación), entre otras. Para el profesor, se incluye una guía impresa que ha sido especialmente realizada para facilitar la labor docente; en nuestro portal para esta serie alumno y profesor encontrarán diversos objetos de aprendizaje en la dirección:

BIOLOGIA 2

DGB Serie integral por competencias

C

DGB Vázquez Conde

BIOLOGIA 2

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BIOLOGIA Rosalino Vázquez Conde

EMPRESA DEL GRUPO

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Serie integral por competencias

1

2

segunda edición

BIOLOGÍA 2

Edición especial para Tabasco Rosalino Vázquez Conde

cuarta edición 2017



BIOLOGÍA 2

Edición especial para Tabasco Rosalino Vázquez Conde

cuarta edición 2017

Para establecer comunicación con nosotros puede utilizar estos medios:

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Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca, Azcapotzalco, 02400, Ciudad de México

Grupo Editorial Patria® División Bachillerato, Universitario y Profesional Dirección editorial: Javier Enrique Callejas Coordinación editorial: Alma Sámano Castillo Diseño de interiores y portada: Juan Bernardo Rosado Solís Supervisión de producción editorial: Miguel Ángel Morales Verdugo Diagramación: Perla Alejandra López Romo Fotografías: Thinkstock Ilustraciones: Carlos Enrique León Chávez

Biología 2.

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Edición especial para Tabasco Derechos reservados: ©2010, 2014, 2015, 2017, Rosalino Vázquez Conde ©2010, 2014, 2015, 2017, Grupo Editorial Patria, S.A. de C.V.

[email protected]

ISBN: 978-607-744-189-2 (Cuarta edición) ISBN: 978-607-744-189-2 (Tercera edición) ISBN: 978-607-438-556-4 (Segunda edición)

Fax pedidos:

(0155) 5354 9109 • 5354 9102

ISBN: 978-607-438-256-3 (Primera edición)

Renacimiento 180, Col. San Juan Tlihuaca, Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, Ciudad de México Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro núm. 43

sitio web: Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en www.editorialpatria.com.mx

cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor. Impreso en México / Printed in Mexico Primera edición: 2010

teléfono:

Segunda edición: 2014 Tercera edición: 2015 Cuarta edición: 2017

(0155) 53 54 91 00

Grupo Editorial Patria®

Contenido

Introducción a la asignatura y a tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII Competencias genéricas del Bachillerato General . . . . . . . . . . . .

X

Competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XI

Las secciones de tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XII

BLOQUE

1

BLOQUE

2

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

1 .1 Tipos de reproducción en los seres vivos . . . . . . . . . . . . . .

6

1 .2 Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1 .3 Ciclo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1 .4 Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1 .5 Avances científico-tecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2 .1 Concepto de adn, gen y cromosoma . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

2 .2 Las leyes de Mendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

2 .3 Características genéticas (fenotipo, genotipo, homocigoto, heterocigoto, dominante, recesivo, alelo, locus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

2 .4 Variaciones genéticas (dominancia incompleta, codominancia, alelos múltiples) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

2 .5 Teoría de Sutton y Morgan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

2 .6 Anomalías humanas ligadas a los cromosomas sexuales (hemofilia, daltonismo, entre otras) . . . . . . . . . .

49

2 .7 Padecimientos comunes relacionados con el número anormal de cromosomas (aneuploidía y poliploidía) en cromosomas sexuales y autosomas . . . . . . . . . . . . . . . .

50 V

Contenido

BLOQUE

3

BLOQUE

4

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies

3 .1 Concepto de biotecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

3 .2 Aplicaciones de la biotecnología en la época antigua y moderna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

3 .3 Fundamentos de la técnica del adn recombinante y su utilización en la ingeniería genética . . . . . . . . . . . . . . .

69

3 .4 Beneficios de la biotecnología en diferentes campos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

4 .1 Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

4 .2 Principales causas de la variabilidad genética y del cambio evolutivo (mutación, flujo de genes, deriva génica, interacción con el ambiente, apareamiento no aleatorio, selección natural) . . . . . . . . . 102 4 .3 Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4 .4 Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5 .1 Definición e importancia de la homeostasis . . . . . . . . . . . 133 5 .2 Mecanismos mediante los cuales se mantiene la homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

BLOQUE

5

5 .3 Organización del cuerpo humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos y los comparas con otros organismos del reino animal

5 .4 Estructura y función de los principales tejidos en el organismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5 .5 Conformación de los aparatos y sistemas a partir de órganos y éstos a partir de tejidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 5 .6 Características, función y problemas de salud más frecuentes en su comunidad, país y el mundo, relacionados con cada uno de los aparatos y sistemas constituyentes del organismo en el ser humano . . . . . . . 137

VI

Grupo Editorial Patria®

6 .1 Características generales de las plantas terrestres: Nutrición, organización, transporte, reproducción . . . . 208 6 .2 Tipos de tejidos y células presentes en las plantas: Dérmico, fundamental, vascular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

BLOQUE

6

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia para los seres vivos

6 .3 Componentes de una planta terrestre típica . . . . . . . . . . . 210 6 .4 Utilización de las diferentes partes de la planta en beneficio del ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6 .5 Importancia biológica, cultural, social y económica de las plantas en México y el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6 .6 Importancia de las plantas que habitan en el planeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Vínculos en internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

VII

Introducción a la asignatura y a tu libro

Introducción a la asignatura y a tu libro

    Rosalino Vázquez Conde

En esta cuarta edición especial para Tabasco del libro de Biología 2, además de su nuevo diseño, se han incorporado nuevas Actividades de aprendizaje y Actividades integradoras, mediante las cuales se promueve en el estudiante la habilidad para la aplicación oportuna de sus conocimientos en la resolución de problemas en su entorno . Esta tercera edición se ha elaborado conforme al programa de estudio diseñado por competencias, publicado por la Dirección General de Bachillerato (DGB) de la Secretaría de Educación Pública (SEP), forma parte de la Serie Integral por Competencias, editada por el Grupo Editorial Patria; en él se cubre cabalmente el contenido programático de la asignatura, con una información actualizada y desarrollada en forma clara y sencilla que la hace de fácil comprensión para los alumnos del ciclo bachillerato . La obra se encuentra integrada por los seis bloques que conforman el programa de Biología 2 . Bloque 1 . Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico . Bloque 2 . Reconoces y aplicas los principios de la herencia . Bloque 3 . Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología . Bloque 4 . Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies . Bloque 5 . Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos y los comparas con otros organismos del reino animal . Bloque 6 . Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia para los seres vivos . En el primer bloque se identifican los procesos de reproducción celular y de los organismos, por medio de los cuales se posibilita la continuidad de la vida . En el segundo bloque se aplican las leyes de la herencia para resolver problemas relacionados con el mecanismo por el cual los organismos transmiten los caracteres hereditarios a sus descendientes . En el tercer bloque se plantean las ventajas y desventajas que conlleva la aplicación de la biotecnología tradicional y la moderna . En el cuarto bloque se describen los principios de la evolución por selección natural de Darwin y Wallace, y su posterior relación con la genética de poblaciones, ponderando su importancia en la biodiversidad . VIII

Grupo Editorial Patria®

En el quinto bloque se reconoce la estructura y función del organismo humano . En el sexto bloque se identifica la importancia que tienen las plantas para todos los organismos que habitan la Tierra . Los conocimientos biológicos son fundamentales para todo ser humano, ya que tienen aplicación en muchas de sus actividades cotidianas, por eso, el curso de Biología 2 pretende darle al estudiante las herramientas necesarias a través del conocimiento y la comprensión de las características, propiedades y procesos que ocurren en los organismos vivos, en especial, en el ser humano, para que aplique tales conocimientos en la resolución de problemas relacionados con su vida, particularmente en la conservación de su salud y en el mejoramiento del medio donde habita . La obra se ha elaborado con base en un nuevo diseño a color, que facilita la lectura y permite la inmediata identificación de los temas de estudio, los ejercicios, las evaluaciones y las actividades experimentales que contiene . El máximo propósito del libro es servirle al alumno en su aprendizaje, así como también ser un aliado del profesor en su noble actividad docente . Rosalino Vázquez Conde

IX

Competencias genéricas del Bachillerato General

Competencias genéricas del Bachillerato General Las competencias genéricas son aquellas que todos los bachilleres deben estar en capacidad de desempeñar, y les permitirán a los estudiantes comprender su entorno (local, regional, nacional o internacional) e influir en él, contar con herramientas básicas para continuar aprendiendo a lo largo de la vida, y practicar una convi-

vencia adecuada en sus ámbitos social, profesional, familiar, etc . Estas competencias junto con las disciplinares básicas constituyen el Perfil del Egresado del Sistema Nacional de Bachillerato . A continuación se enlistan las competencias genéricas .

1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue . 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros . 3. Elige y practica estilos de vida saludables . 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados . 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos . 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva . 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida . 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos . 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comuniadad, región, México y el mundo . 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales . 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables .

X



Grupo Editorial Patria®

Competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales Competencias disciplinares básicas

Bloques de aprendizaje

1

2

1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

X

3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

X

4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

X

X

X

5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. 6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

X

7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

X

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3

4

5

6

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X

8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

X

10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. 11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

X

12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. 13. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los seres vivos. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

X X

X

X X

X

X

X

X

X

XI

Las

Secciones deTu libro

Inicio de bloque

Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas Describes con la biodiversidad de las los principios de especies la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies

Objetos de aprendizaje

4.1 Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace 4.2 Principales causas de la variabilidad genética y del cambio evolutivo

4.3 Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones

Competencias por desarrollar

4.4 Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial

t t t t t

¿Qué sabes hacer ahora?

Contesta de manera breve lo siguiente.

Explica las diferencias entre las teorías fijista y transformista.

Esta sección constituye una propuesta de evaluación diagnóstica que te permitirá establecer las competencias y conocimientos con los que cuentas, para así iniciar la obtención de conocimientos y capacidades nuevas.

1.

Explica las diferencias entre las teorías fijista y transformista. 1. ¿Por qué se considera un error el principio lamarckiano que señala que los caracteres que se adquieren se heredan a las siguientes generaciones?

¿Por qué se considera un error el principio lamarckiano que señala que los caracteres que se adquieren se heredan a las siguientes generaciones?

2. 2.

B LO Q U E

3.

Objetos de aprendizaje

Explica en qué se fundamenta la teoría de Darwin y Wallace sobre la evolución por selección natural.

Explica en qué se fundamenta la teoría de Darwin y Wallace sobre la evolución por selección natural. 3. ¿Cuáles son las aportaciones de la teoría sintética a la teoría evolutiva de Darwin y Wallace? ¿Cuáles son las aportaciones de la teoría sintética a la teoría evolutiva de Darwin y Wallace?

4.

4.1 Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace

4. ¿Qué importancia tienen los procesos de mutación y recombinación génica en la variación de caracteres?

4.2 Principales causas de la variabilidad genética y del cambio evolutivo

¿Qué importancia tienen los procesos de mutación y recombinación génica en la variación de caracteres?

5.

4.3 Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones

Desempeños por alcanzar

5. Define el concepto de especie.

4.4 Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial

6.

Se trata de una conjunción de competencias Competencias por desarrollar disciplinares a lograr en cada bloque, que te Competencias por desarrollar permiten demostrar la capacidad que tienes para aplicar tus conocimientos en situaciones de la vida personal o social, ya que al mismo tiempo pondrás en práctica tus destrezas, habilidades y actitudes. t

BLOQU

¿Qué sabes hacer ahora?

Contesta de manera breve lo siguiente.

44

En los objetos de aprendizaje encontrarás los contenidos estructurados, integrados B L OyQ U E contextualizados con una secuencia lógica Objetos de y y disciplinar, y que son de gran relevancia aprendizaje pertinencia al nivel educativo en el que te encuentras.

t

¿Qué sabes hacer ahora?

Define el concepto de especie.

Desempeños por alcanzar

Define el concepto de adaptación.

6.

7.

Estos desempeños son los que se espera que logres al finalizar cada bloque, te posibilitan poner en práctica tus conocimientos, habilidades y actitudes al realizar cada una de las actividades propuestas en este libro.

Define el concepto de adaptación. Desempeños por alcanzar Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología y el ambiente t Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución Aplica el concepto de evolución biológica. 7. en contextos históricos y sociales específicos. de problemas cotidianos. Interpreta el flujo de genes entre poblaciones como un factor que cambia ¿En qué consiste la especiación alopátrica? Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología t Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica las frecuencias de los alelos. t Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología y el ambiente t Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución Aplica el concepto de evolución biológica. en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. de los seres vivos. 8. en contextos históricos y sociales específicos. de problemas cotidianos. Ejemplifica los sucesos fortuitos que pueden cambiar las frecuencias Interpreta el flujo de genes entre poblaciones como un factor que cambia Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener t Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al ¿En qué consiste la especiación alopátrica? t Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología t Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica de los alelos en las poblaciones (deriva genética). las frecuencias de los alelos. información y expresar ideas. conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. de los seres vivos. 8. al acervo con el que cuenta. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea Valora la de los organismos que lo rodean y los beneficios quefortuitos que pueden cambiar Ejemplifica los sucesos frecuencias ¿En qué las consiste la especiación simpátrica? t Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener t Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos debiodiversidad vista al las hipótesis necesarias para responderlas. t Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, representa dicha biodiversidad. de los alelos en las poblaciones (deriva genética). conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas información y expresar ideas. 9. Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global Distingue las principales evidencias de la evolución Valora biológica, relacionandode los organismos que lo rodean y los beneficios que al acervo con el que cuenta. t Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea la biodiversidad ¿En qué consiste la especiación simpátrica? y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. interdependiente. selección natural y artificial con la biodiversidad de las especies enbiodiversidad. nuestro t Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los la ámbitos local, las hipótesis necesarias para responderlas. representa dicha Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas 9. t Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico nacional e internacional ocurren dentro de un contextoplaneta. global Describe algunasrelacionando evidencias de la evolución. Distingue las principales evidencias de la evolución biológica, de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando interdependiente. y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. Describe las principales causas de la variabilidad genética y del natural cambio y artificial con la biodiversidad de las especies en nuestro la selección experimentos pertinentes. 10. t Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas evolutivo. planeta. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos Describe algunas evidencias de la evolución. de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando naturales a partir de evidencias científicas. Valora los mecanismos biológicos que permiten la adaptación Describe las principales causas de la variabilidad genética y del cambio experimentos pertinentes. 10. de los organismos a los cambios ambientales. evolutivo. t Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

Valora los mecanismos biológicos que permiten la adaptación de los organismos a los cambios ambientales.

Situación didáctica

3

BLOQUE

¿Cómo lo resolverías?

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Situación didáctica De las predicciones de Edward L. Tatum, ¿cuáles ya se han logrado?

En cada bloque iniciamos con una situación didáctica que bien puede ser resolver un problema, realizar un experimento, un proyecto, una investigación o una presentación, o bien elaborar un ensayo, un video, un producto, una campaña o alguna otra actividad que permita que adquieras un conocimiento y competencias personales o grupales, a través de un reto.

Rúbrica

de numerosas enfermedades serán identificadas”, y más adelante agregaba: “El desarrollo de métodos rápidos, sencillos y sensibles para detectar los portadores de tales taras y establecer un diagnóstico precoz rápidamente de los individuos enfermos permitirá poner en práctica medidas eugenésicas más eficaces, así como tratamientos igualmente más activos con la ayuda, principalmente, de regímenes apropiados. Podemos incluso permitirnos cierto optimismo soñando con las infinitas posibilidades terapéuticas ofrecidas por la puesta a punto, la síntesis y la introducción de nuevos genes (adn), o de los productos resultantes de estos genes, en las células defectuosas de órganos dados”.

En el artículo “La biología molecular y el porvenir de la medicina” de Edward L. Tatum (coautor de la teoría un gen-una enzima enzima), publicado en la primera edición en español de la Recherche en biología pre moleculaire,, por H. Blume Ediciones, Madrid, España, en 1976, predijo el avance que lograría la biología molecular durante los años siguientes y decía: “En el dominio de los trastornos metabólicos, se puede esperar a que se esclarezca el origen genético de un número creciente de anomalías. Las aberraciones enzimáticas responsables

Secuencia didáctica

Grupo Editorial Patria®

¿Cómo lo resolverías?

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

¿Qué tienes que hacer?

Las rúbricas son métodos prácticos y concretos que te permiten autoevaluarte y así poder emprender un mejor desempeño. Puedes encontrar tanto actitudinales como de conocimientos.

De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Cuáles fueron las primeras aportaciones de la biotecnología antigua y qué importancia tuvieron en la vida de los primeros grupos humanos?

7. ¿Cuáles son los beneficios que se han logrado en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología? 8. Detecta las predicciones de Edward L. Tatum logradas por la biotecnología moderna. Intégrate a tu equipo y realicen las siguientes actividades. n Cada miembro del equipo dará a conocer los resultados de su investigación, de manera que tengan la posibilidad de intercambiar y enriquecer los conceptos que tengan sobre las implicaciones de la biotecnología en la vida moderna. n El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación para su presentación grupal.

2. ¿Con qué propósitos empezaron a practicar la reproducción selectiva de plantas y animales? 3. ¿Cuáles son las principales aportaciones de la biotecnología moderna y qué importancia tienen para el bienestar humano? Menciona cuando menos tres.

Secuencia didáctica

4. ¿Qué papel ha desempeñado la biotecnología moderna en la ciencia forense, en el diagnóstico y tratamiento de trastornos hereditarios y en el Proyecto Genoma Humano? 5. ¿Qué ventajas ofrecen los organismos transgénicos? 6. ¿En qué consiste la tecnología del adn recombinante y cuál es su utilidad en ingeniería genética?

¿Qué tienes que hacer?

Rúbrica

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque, realiza lo siguiente.

La secuencia didáctica es una guía para que puedas adquirir los conocimientos y desarrollar habilidades a través de una metodología que facilite y dirija tus pasos. Son además descriptores de procesos que por el análisis detallado que hacen, facilitan tu actividad y tus resultados.

a) Con la dirección del(a) profresor(a), organicen un debate sobre los siguientes temas del bloque. n La importancia que tuvieron poblado para los primeros pobladoapli res de Mesoamérica las aplicaciones biotecnológicas y la reproducción selectiva de plantas y animales. n Las principales aplicaciones de la biotecnología moderna 60

y sus implicaciones en la sociedad, la salud y el ambiente de la población humana. Los fundamentos de la tecnología del adn recombinante y su utilización en la biotecnología. b) Explica los procesos por los cuales se crean las plantas y los animales transgénicos destacando sus beneficios y riesgos. c) Argumenta sobre los beneficios y riesgos del empleo de la biobio tecnología en tu vida diaria. n

Vínculos en internet

Grupo Editorial Patria®

Bibliografía

Ejercicios Los ejercicios propuestos en este libro te ayudarán a movilizar y consolidar los conocimientos adquiridos en situaciones reales o hipotéticas, mismas que te llevarán a un proceso de interacción, seguridad y soltura durante tu aprendizaje.

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Buscador de información. Aplicación diseñada para localizar información en la Web. Estos buscadores proporcionan el servicio de búsqueda por palabras clave, frases, temas o sitios.

Ruiz, Magalys. La formación en competencias, Facultad de Filosofía y Letras, Universidad Autónoma de Nuevo León, 2007.

.gif. Extensión utilizada por archivos de gráficas, siglas de Graphic Interchange Format.

Caligrafía. Escritura con letras claras y bien formadas.

.xlsx. Extensión utilizada por archivos de la hoja de cálculo Microsoft Excel 2007, 2010.

3. (r  s)3

10. ((r  s)3

17. (r  s)3

4. (x  1)3

11. (7x  3y 33y))3

18. (7x  3y 33y))3

5. (x 1)3

12. (4a 1)3

19. (4a 1)3

Actividad experimental

3. (r  s)3

10. (r  s)3

17. (r  s)3

6. (x  y)3

13. (( 2x  3)3

20. ( 2x  3)3

4. (x  1)3

11. (7x  3y)3

18. (7x  3y)3

14. (x  z)3

21. (x  z)3

La ley de la distribución independiente

5. (x 1)3

12. (4a 1)3

19. (4a 1)3

6. (x  y)3

13. ( 2x  3)3

20. ( 2x  3)3

14. (x  z)3

21. (x  z)3

17. (x  z)3

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15. (x ( 2  y)3

9. (xx2 y)3

16. (x2 y) y3

Además, en sus experimentos cruzó plantas de cepas que diferían sólo en una característica, por ejemplo, la altura. Así seleccionó guisantes de línea genéticamente puras de talla alta y de talla baja. Dichos organismos constituyen la generación parental (P). Para hacerlo realizó una polinización cruzada entre la planta alta y la planta baja, que consistía en retirar las anteras de la flor de la planta baja, para después espolvorear sus estigmas con el polen de la flor de la variedad de talla alta. De esta cruza obtuvo descendientes con plantas de talla alta, es decir, sólo mostraban el fenotipo de uno de los progenitores. A esta primera descendencia se le conoce como generación F1 (primera generación filial). De la autofecundación normal de las plantas de la generación F1 obtuvo la generación F2 (segunda generación filial) compuesta por 787 plantas altas y 277 bajas, una proporción cercana a tres plantas altas por cada planta baja.

Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas

1. (x  y)3 2. (x y)3

8. ((x2  y)3

15. (x2  y))3

9. ((x2 y)3

16. (x2 y)3

3. (r  s)3

10. (r  s)3

17. (r  s)3

4. (x  1)3

11. (7 (7x  3y 33y))3

18. (7x  3y 33y) y)3

5. (x 1)3

12. (4 (4a 1)3

19. (4a 1)3

6. (x  y)3

13. ( 2x 2x  3)3

20. ( 2 (( 2x  3)3

14. (x  z)3

21. (x  z)3

17. (x  z)3

Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas

22

La segunda ley de Mendel señala que cada par de factores (genes) se separan al azar y se heredan en forma independiente; por ello, la herencia de un carácter respecto 154 al otro también es independiente. indeEn esta sencilla práctica se pretende demostrar la distribución inde pendiente y aleatoria de los genes; para tal propósito se emplearán semillas de frijol rojas y blancas que hacen las veces de los factores.

Objetivo Relaciona la regla de la probabilidad y la ley de la distribución indepen independiente de Mendel.

Material n n n

Semillas de frijol blancas. Semillas de frijol rojas. 3 cajas o frascos.

Procedimiento n

Coloca 20 frijoles rojos dentro de una caja o frasco y ponle el siguiente rótulo: generación parental (carácter dominante).

Celda. Intersección de una fila y una columna en una tabla o en la hoja de cálculo. Cliente-Servidor. Esquema que define al cliente como la computadora que solicita un servicio y servidor a la computadora que administra el servicio. Computadora. Aparato electrónico capaz de aceptar datos de entrada, procesarlos y producir resultados de salida bajo la dirección de un programa.

Palabra clave confidencial (password) mediante la cual GrupoContraseña. Editorial Patria®

Vínculos en internet

http://office.microsoft.com/es-mx/ De la misma manera, cuando cruzó plantas de chícharo de flores púrEjemplos puras con las de flores blancas, las semillas obtenidas sólo http://www.unadmexico.mx/ dieron http://www.uoc.edu/portal/es/index.html plantas de flores púrpuras en la generación F1 y, al autopolinizarse, http://www.chino-china.com/metodo Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder éstas produjeron semillas de las que se originaron las plantas de la las preguntas que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal generación F2 en la proporción de tres de flores púrpuras por una Díaz del Castillo para luego responder las preguntas de flores blancas. 1. (x  y)3 8. (x2  y)3 15. (x2  y)3 A los caracteres talla alta y flor púrpura, que se manifestaron en 100% en la generación F1 y en 75% en la F2 se les denominó 2. (x y)3 9. (x2 y)3 16. (x2 y)3

Ejercicios

Ejemplos

Es importante mencionar que a lo largo de los bloques encontrarás diferentes ejemplos y ejercicios que tienen la finalidad de propiciar y facilitar tu aprendizaje.

.docx. Extensión utilizada por archivos del procesador de palabras Microsoft Word 2007, 2010.

.jpg, .JPEG. Extensión utilizada por archivos de imágenes comprimidas. El formato JPEG se abrevia frecuentemente JPG debido a que algunos sistemas operativos sólo aceptan tres letras de extensión. Siglas de Joint Photographic Expert Group.

2. (x y)3

Ejemplos

Base de datos. Conjunto de datos relacionados y estructurados.

Joyanes, Luis, Rodríguez, Luis, Fernández, Matilde. Libro de problemas. Fundamentos de programación. McGrawHill, Segunda edición 2003.

.html, .htm. Extensión utilizada para archivos de hipertexto. HTML siglas de HiperText Markup Language.

1. (x  y)3

La experiencia que logres a través de los talleres, actividades experimentales y de laboratorio te ofrece la posibilidad de desarrollar tus competencias y habilidades en la solución de problemas en situaciones cotidianas, además de estimular y fomentar tu aprendizaje cooperativo durante el trabajo en equipo.

Audiovisual. Combinación de audio e imagen.

Frye Curtis, D. Microsoft Excel 2010 Paso a paso, Editorial Anaya, 2010.

Determina los siguiente producos sin efectuar la operación.

Taller y actividad experimental

Glosario

Elizondo, Rosa Alicia, Sarabia, Juan. Aplicación de las tecnologías de información. Desarrollo de competencias, UANLColección Formación General Universitaria. Grupo Editorial Patria. Segunda edición, 2009.

17. (x  z)3

Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas.

Algoritmo. Secuencia ordenada de pasos, sin ambigüedades, que conduce a la solución de un problema que puede ser expresado en lenguaje natural.

Ejemplos Aplicación. Término utilizado generalmente como sinónimo de programa.

se controla el acceso a un servicio de red o un archivo protegido.

Correo electrónico. Servicio en red, normalmente por internet, para comunicar a los usuarios mediante el envío y recepción de mensajes a través de sistemas de comunicación electrónicos.

Dato. Expresión general que describe los objetos con los cuales Archivo.Lee Conjunto de bits, almacenado en memoria secundaria el algoritmo. el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo paraopera luego responder con un nombre y extensión.que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal las preguntas DNS. Siglas de Domain Name Service. Sistema que traduce de delArchivo Castillo luego responder las preguntas nombre de dominio a dirección IP. ArchivoDíaz ASCII. quepara contiene caracteres codificados en ASCII. Archivo de texto3sin formato. 1. (x  y) 8. (x2  y)3 15.Documento (x2  y)3electrónico. Cualquier archivo de texto, datos o gráficas elaboradas por una aplicación de computadora. Argumento. Datos de entrada para una función definida.

2. (x y)3

9. (x2 y)3

ASCII. Siglas de American Standard Code for Information Inter3 10. (r  s)3 change. 3. (r  s)

4. Término (x  1)utilizado para definir 11. la(7x  3y) que Asincrónica. comunicación sucede en forma no simultánea. Como ejemplo, los mensajes de 5. (x 1)3 12. (4a 1)3 correo electrónico. 3

6. (x  y)3

3

13. ( 2x  3)3

Atributo. Característica de un elemento.

17. (x  z)3

14. (x  z)3

16. (x2 y)3

Documento interactivo. Documento con formato predetermi-

3 la interacción entre usuario y computadora. 17.nado (r ques)permite

3 Notación que sigue un estándar internacional, general18.Dominio. (7x  3y)

mente de dos o tres letras que facilitan la identificación, giro y ubi-

19.cación (4a geográfica

1)3 de la organización a la que pertenece un sitio o recurso en internet. 20.sitio ( 2x  3)3 Por ejemplo, el dominio .com se refiere a un de negocios y .mx sitios en México.

21. (x  z)3

151

Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas que se indican al final Lee el siguiente texto de Bernal Díaz del Castillo para luego responder las preguntas.

Otras herramientas Tu libro cuenta también con glosario, bibliografía, vínculos en Internet, líneas de tiempo, diagramas, mapas conceptuales además de atractivas imágenes y otras muchas secciones y herramientas que te resultarán muy útiles y complementarán tu aprendizaje. 23

Tipo: pieza ósea, molde,

cuerpo petrificado o impresiones de huellas

Grupo Editorial Patria®

Un fósil puede ser:

La parte dura que no ha sido alterada, como una concha, un diente o cierta porción de una pieza ósea como los huesos del cráneo, que hayan pertenecido a organismos que vivieron en etapas geológicas pasadas.

n

El molde que deja el organismo sobre la roca al disolverse por el agua, quedando sólo la cavidad que revela su forma original.

n

La petrificación, como su nombre lo indica, es el cuerpo del organismo que ha sido reemplazado por minerales, conservándose no sólo su forma sino con frecuencia también los detalles finos de sus estructuras internas.

Actividad de aprendizaje

2. Coloca en orden los portaobjetos sobre una hoja de papel blanco.

Elabora un collage o periódico mural sobre los problemas de salud más comunes relacionados al aparato digestivo, sus causas y medidas de prevención. Presenta ante tu grupo la información de tu material.

3. Al portaobjetos marcado con las letras RL (reactivo de lugol), ponle una gota de lugol y extiéndelo a lo largo. Observa el color del lugol esparcido sobre el portaobjetos y registra tus observaciones.

Para tu reflexión

4. Produce saliva masticando una liga de hule y viértela en un tubo de ensayo, hasta alcanzar un cuarto del tubo. En otro tubo pon la misma cantidad de solución de almidón. Mezcla las dos sustancias pasando el contenido de un tubo a otro y agítalo.

Fue muy importante el trabajo que de manera circunstancial realizó el Dr. William Beaumont (1785-1853) para conocer los procesos digestivos y la acción de los jugos gástricos. ¿Cuál es la definición de fósil? En 1822 Beaumont, médico de la armada de Estados Unidos, tuvo la opor opor¿Cuál es la rama de la biología que estudia a los fósiles? tunidad de curar a un joven cazador llamado Alexis St. Martin, quien de manera accidental recibió un balazo en el abdomen que le perforó el estó estó¿Por qué no se dispone de los fósiles de muchas especies que mago. habitaron la Tierra? A pesar de que el doctor le suturó la herida, ésta no cerró completamen completamenexis¿Qué revelan las huellas de las pisadas de los animales que exis te, permaneciendo un orificio que comunicaba el exterior con el estóma estómatieron en eras pasadas? go. Esta situación fue aprovechada por el médico para observar y Comenta con tus compañeros la importancia de los fósiles citando conocer las fases de la digestión estomacal, para cuyo propósito pudo ejemplos. Después redacten en media cuartilla sus conclusiones. persuadir al joven para que permaneciera por un tiempo a su lado. Los experimentos realizados contribuyeron a los conocimientos sobre la función del estómago.

Cuestionario 1.

Además, las huellas de los animales en el barro endurecido revelan si eran bípedos o tetrápodos, su forma y tamaño, así como la manera de desplazarse. Los coprolitos, que son los excrementos fósiles de los animales, revelan su tipo de alimentación. Los cuerpos de los mamuts lanudos en la tundra de Siberia y Alaska, del rinoceronte lanudo conservado en una chapopotera en Polonia y los insectos atrapados en el ámbar, que es una resina fósil, son vestigios de la fauna que pobló la Tierra en algunas de sus etapas.

2. 3. 4. 5.

Al norte del país, en Baja California, Sonora, Chihuahua, Coahuila y Nuevo León se han encontrado restos fósiles y evidencias indirectas, como coprolitos y pisadas, que nos hablan de un área rica en especies de dinosaurios, tortugas, cocodrilos, moluscos, palmas, zingeberiales, entre otros.

Actividad experimental

Acción enzimática en la digestión

Los fósiles son restos de organismos que desaparecieron hace mucho tiempo, los cuales se conservan en los estratos de la corteza terrestre. Las enzimas son proteínas con acción catalizadora. El catalizador es la Puede ser una parte dura como un hueso o un diente, el molde de sus sustancia que por lo general acelera las reacciones químicas en la céestructuras que haya quedado sobre las rocas o las huellas de sus pi pilula sin sufrir cambios en el proceso. La sustancia sobre la cual actúa sadas. la enzima se llama sustrato, de la combinación de ambas se forma el complejo enzima-sustrato, que luego se descompone para liberar la enzima y los productos de la reacción. En esta práctica veremos la acMaterial ción de la amilasa contenida en la saliva que degrada el almidón. n Dos conchas n Un recipiente para mezclar el yeso Objetivos. Conocer la acción enzimática de la amilasa. n Un pincel n Platos de cartón

Aplica lo que sabes Junto con tus compañeros de equipo visiten un museo de historia na natural y realicen las siguientes actividades.

Materiales Cuaderno y lápiz

n

Dos huesos de pollo

n

Material Un agitador (puede ser una cuchara)

Procedimiento

n

Un kilogramo de yeso

n

Aceite de cocina

n

Identifiquen algunos fósiles, anotando en los espacios correspondien correspondientes la etapa geológica en que vivieron y el tipo de su estructura.

n

Dos hojas

n

Una barra de plastilina

n

n

Agua

n n n

90

n n n

Reactivo de lugol Gradilla Gotero Portaobjetos Marcador Aguja de disección Etiquetas Papel absorbente

A lo largo del libro encontrarás diferentes actividades de aprendizaje, que de forma breve te permitirán reforzar los conocimientos y competencias adquiridas a través de preguntas puntuales al desarrollo del bloque.

Registra tus observaciones con respecto a la coloración que adquiere la mezcla de saliva y almidón ante la presencia del lugol en cada portaobjetos. 6. Repite el paso cuatro, vierte la saliva y el almidón en tres tubos de ensayo y caliéntalos dentro de un vaso de precipitados con agua, uno a 37 °C, otro a 60 °C y el otro hasta que hierva. 7. Repite el paso cinco y comprueba la acción enzimática del contenido de cada tubo.

Actividad experimental

Simulación sobre la formación de fósiles

En esa región las marcas de antiguas oleajes y huracanes permiten suponer un ambiente con fuerte influencia marina un clima cálido con abundantes lluvias.

Actividad de aprendizaje

5. Con intervalos de 2 min coloca una gota de la mezcla con saliva y almidón en cada portaobjetos; agrega una gota de lugol, mezcla las dos gotas con una aguja de disección limpia y extiéndela a lo largo del portaobjetos. (El punto de partida será con el portaobjetos marcado con 0, 2 min después con el número dos y así sucesivamente.)

n n n n n

n n

Conclusiones Elabora un resumen acerca de tus conclusiones. Actividad de aprendizaje Presenta en un resumen tus conclusiones sobre la Actividad experimental, Acción enzimática en la digestión.

Para tu reflexión

Actividad de aprendizaje

Tiene el propósito de enriquecer el conocimiento que estás adquiriendo con lecturas adicionales, notas informativas e información relevante para el tema que estás considerando. Esta información además de ser útil, te permite contextualizar diferentes perspectivas para la misma información.

¿Qué diferencias hay entre los procesos físicos y químicos de la digestión?

Dos ligas de hule Reloj Solución a 1% de almidón Termómetro Vaso de precipitados de 20 ml Parrilla eléctrica Tubos de ensayo

¿En qué parte del tubo digestivo ocurre la absorción de los nutrientes?

¿Cuál es el órgano donde por la transformación química el alimento se convierte en la suspensión llamada quimo?

Procedimiento 1. Toma seis portaobjetos y marca en uno de sus extremos: RL, 0, 2, 4, 6, 8, en cada uno.

145

Instrumentos de evaluación

Lista de cotejo 2

BLOQUE

Son un conjunto de acciones y propuestas que te permitirán hacer una recolección, sistematización y un análisis de los desempeños y logros obtenidos a través del trabajo que realizaste durante cada bloque, éstos junto con el portafolio de evidencias, te ayudarán a obtener mejores resultados en las prácticas de evaluación que realice tu profesor/a.

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Coevaluación

Lista de cotejo

Nombre del alumno:

Bloque 2. Reconoces y aplicas los principios de la herencia. Lista de cotejo para autoevaluar el resumen de la investigación documental acerca de las aportaciones de Mendel. Actividad de aprendizaje: Investiga en equipo acerca de las aportaciones de Mendel en Genética. Con la información obtenida elabora un resumen con diversos ejemplos sobre las características heredadas en cada generación. Comparte los resultados con tus compañeros. Para una autoevaluación del resumen, la consulta de la investigación documental y las aportaciones propias logradas por el alumno, se sugiere el empleo de la presente lista de cotejo. cumple sí no

Criterio

1. Resuelve los siguientes problemas. a) Como ejemplo de la primera y la seg realiza ejercicios de cruza monohíb contrastante) y dihíbrida (con dos c tes), en las que identifiques la ley de de la distribución independiente, re b) Utiliza e interpreta los cuadros de cruza de los caracteres. c) Explica el fundamento de las variacio ticas fenotípicas. d) Define la terminología básica en gen ción de algunas características hered 2. Logística. a) Dedica 60% de la duración de una resolver los problemas y 40% restante b) Utiliza el libro de texto y una o dos h carta, en el encabezado de la prime datos y a continuación lo solicitado d del punto 1. Para establecer una puntuación y posteriorme

Observaciones

1. Identifica las aportaciones de Mendel en el campo de la Genética. 2. Con la información obtenida elabora el resumen.

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Contenido

1

BLOQUE

Grupo Editorial Patria®

Coevaluación

3. En el resumen se citan ejemplos de las características heredadas. 4. Los resultados obtenidos en cada generación son los correctos.

Portafolio de evidencias

Guía de observación del desempeño del alumno en la actividad experimental.

El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en:

La primera actividad experimental del segundo curso de biología es la mitosis, al igual que en las anteriores del primer curso, es necesario que el alumno se conduzca conforme a los lineamientos establecidos, así como acatar las indicaciones del Profesor(a). Bloque:

Tema:

Asignatura: Biología

Nombre de la práctica: Profesor: Fecha:

Grupo:

Equipo:

1

Número del equipo

sí

2 no

sí

sí

4 no

Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparativos, cuadros sinópticos, el reporte de prácticas de laboratorio, talleres, líneas de tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de aprendizaje en este curso.

n

No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere son los más significativos en el proceso de aprendizaje;

n

Te permiten reflexionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.

Fases para operar el portafolio de evidencias

3 no

n

sí

5 no

sí

6 no

sí

no

Total

relación 1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su rela ción con los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar, desempeños esperados, entre otros elementos; acuerden el periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre, semestre). 2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccionar tus evidencias de aprendizaje.

2. Demostró compromiso al traer copia de la práctica y ya haberla leído previamente.

3. Comentar con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.

4. Contribuyó con opiniones y experiencias personales durante la realización de la práctica.

2

Asignatura

6. Laboró en un ambiente de respeto y tolerancia ante sus compañeras y compañeros.

¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas?

BLOQUE

9. El resumen se elaboró con un procesador de texto o a mano con buena caligrafía.

3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósito del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.

VI

Nombre del estudiante:

ReconocesComentarios y aplicas los principios de la herencia del estudiante

54

¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas Coevaluación en este portafolio?

¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en La actividad experimental de este bloque es La ley de la distribución independiente (segunda ley de Mendel) y como Actividad de aprendiza aprendizael curso? je se le solicita al alumno elaborar sus conclusiones respecto a la práctica y presentar a sus compañeros de grupo los resultados, asumiendo una

9. Se obtuvieron resultados óptimos y realizaron diversas observaciones. 10. Concluye correctamente la práctica revisando sus resultados obtenidos, lo aprendido y lo investigado. Total

Nota: Cada sí se evalúa con un valor de un punto.

Núm.

Título

Fecha de elaboración

Comentarios del profesor/a

1

Nombre de la práctica:

2

Profesor:

3

Fecha:

Tema:

Asignatura: Biología

Grupo:

Equipo:

26

sí

1. Demostró responsabilidad al traer los materiales solicitados.

2 no

sí

3 no

sí

sí

27

2. Demostró compromiso al traer copia de la práctica y ya haberla leído previamente. 3. Siguieron los principios de seguridad marcados por el o la docente para la realización de la práctica.

Portafolio de evidencias En el libro encontrarás diferentes sugerencias y actividades que, una vez realizadas, te permitirán construir un gran número de evidencias, algunas escritas, otras a través de la exposición de temas o presentación de productos. Es importante que recuerdes que además de presentar la información, la manera en que lo hagas determinará el nivel de calidad con la que se perciba tu trabajo. Por ello se te invita siempre a realizar tu mejor esfuerzo.

Rúbrica

5

4 no

no

sí

6 no

sí

no

Total

Aspecto a evaluar

1

Número del equipo

6. Laboró en un ambiente de respeto y tolerancia ante sus compañeras y compañeros.

Éstas te ayudan a verificar el desempeño logrado al realizar algún trabajo, producto o evidencia solicitados en cada bloque del libro. En general, es un listado de criterios o aspectos que te permiten valorar el nivel de aprendizaje, los conocimientos, habilidades, actitudes y/o desempeños alcanzados sobre un trabajo en particular. Puedes realizarlas de manera personal o como coevaluación. 7. Relacionó los conceptos vistos en clase con el tema de la práctica.

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Información bien organizada, con párrafos bien redactados y con subtítulos.

La información está organizada con párrafos bien redactados.

La información está organizada, pero los párrafos no están bien redactados.

La información proporcionada no parece estar organizada.

Redacción

No hay errores de gramática, ortografía o puntuación.

Casi no hay errores de gramática, ortografía o puntuación.

Pocos errores de gramática, ortografía o puntuación.

Muchos errores de gramática, ortografía o puntuación.

Calidad de información

La información está claramente relacionada con el tema principal y proporciona varias ideas secundaria y/o ejemplos

La información da respuesta a las preguntas principales y algunas ideas secundarias y/o ejemplos.

La información da respuesta a las preguntas principales, pero no da detalles y/o ejemplos.

La información tiene poco o nada que ver con las preguntas planteadas.

Fuentes

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas y en el formato deseado.

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas, pero algunas no están en el formato deseado.

Todas las fuentes de información y gráficas están documentadas, pero muchas no están en el formato deseado.

Algunas fuentes de información y gráficas no están documentadas.

Diagramas e ilustraciones

Los diagramas e ilustraciones son ordenados, precisos y añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones son precisos y añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones son ordenados y precisos y algunas veces añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones no son precisos o no añaden al entendimiento del tema.

Uso de internet

Usa con éxito enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Puede usar enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Puede usar ocasionalmente enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Necesita asistencia o supervisión para usar los enlaces sugeridos de la Internet y/o navegar a través de los sitios.

4. Contribuyó con opiniones y experiencias personales durante la realización de la práctica. 5. Fue proactivo durante la realización de la actividad y propició un ambiente de trabajo cooperativo.

Excelente (4)

Organización

4 5

Grupo Editorial Patria® Nombre del evaluador:

Nombre del alumno:

Niveles Bloque:

Comentarios:

Actividad de aprendizaje: Realiza una investigación por equipo sobre las alteraciones genéticas que se presentan en el ser humano. Al finalifinali zar expón ante el grupo los resultados de tu investigación.

actitud respeto y colaboración. ¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y lasdeúltimas? Monitoreo de evidencias

Identificación de las leyes de Mendel Utilización e interpretación de los cuadros de Punnet Explicación sobre el fundamento de las variaciones de los caracteres Definición de la terminología básica Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

Rúbrica

¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas? Guía de observación del desempeño del alumno en la actividad experimental.

8. Al finalizar la práctica dejaron limpia el área de trabajo.

Interpretación de los problemas

8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos.

10. El trabajo se entregó oportunamente.

Semestre

5. Fue proactivo durante la realización de la actividad y propició un ambiente de trabajo cooperativo.

7. Relacionó los conceptos vistos en clase con el tema de la práctica.

Es una poderosa herramienta de análisis que te posibilitará verificar si has logrado algún desempeño, asimilar contenidos o si eres capaz de aplicar tus conocimientos, si has conseguido realizar un procedimiento de manera adecuada o si has obtenido soluciones correctas a un problema planteado.

2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, competencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexionar sobre ello.

Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pensamiento sobre ti mismo y lo que te rodea, a partir del conocimiento de los distintos temas de estudio, en un ambiente que te permita el uso óptimo de la información recopilada.

Niveles

7. La redacción del resumen es buena o por lo menos satisfactoria.

1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste de manera escrita, audiovisual, artística, entre otras.

Propósito del portafolio de evidencias

Criterios de reflexión sobre las evidencias

6. El trabajo tiene una carátula con el título de la actividad, nombre de la materia, fecha de entrega y nombre del alumno.

Instrucciones de selección de evidencias

1. Demostró responsabilidad al traer los materiales solicitados.

3. Siguieron los principios de seguridad marcados por el o la docente para la realización de la práctica.

5. Comparte los resultados con sus compañeros de grupo.

Elementos

Etapa geológica

Fósil

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos... n

Grupo Patria® a Está diseñada para que puedas aplicar tusEditorial conocimientos situaciones de tu vida diaria así como al análisis de problemáticas en tu comunidad y en el mundo en general, que te servirán para hacer propuestas de mejoras en todos los ámbitos.

Grupo Editorial Patria®

Forma

5

Describes los principios de la evolución biológica...

Acciones a evaluar

BLOQUE

4

La paleontología se auxilia de la geología para estudiar los diferentes estratos de rocas sedimentarias conjuntamente con los fósiles que caracterizan a cada estrato, lo que ha conducido al desarrollo de la estratigrafía (del latín stratum: lecho, y el griego grafos: descripción), que es la disciplina encargada de ordenar el material que forman los estratos o capas de la corteza terrestre y los fósiles característicos de cada estrato para calcular la edad.

Acciones a evaluar

o Editorial Patria®

Aplica lo que sabes BLOQUE

www.recursosacademicosenlinea-gep.com.mx

8. Al finalizar la práctica dejaron limpia el área de trabajo.

9. Se obtuvieron resultados óptimos y realizaron diversas observaciones.

10. Concluye correctamente la práctica revisando sus resultados obtenidos, lo aprendido y lo investigado.

Total

Nota: Cada sí se evalúa con un valor de un punto.

56

Al haber elegido este libro tienes acceso a nuestro sitio web, donde encontrarás material extra como videos, animaciones, audios y documentos que tienen el objetivo de ampliar tus conocimientos, dejar más claros algunos procesos complejos y actualizar de forma rápida y dinámica la información de todos los temas del plan de estudios de la DGB.

57

Compren especifica los ejerci de los ca

Identificó de Mende

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Demostró la termino

La calida supera la desarrolla

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos, y su relación con el avance científico Tiempo asignado: 9 horas

1

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

1.1 Tipos de reproducción en los seres vivos

1.2 Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular 1.3 Ciclo celular 1.4 Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular 1.5 Avances científicotecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad

Competencias a desarrollar n n

Identifique la reproducción celular sexual y asexual, ubica diferentes organismos en el contexto. Reconoce diferentes estructuras químicas y biológicas que participan en la reproducción celular.

n n n

Identifique las etapas del ciclo celular y diferencie cada una de ellas. Selecciona información acerca de los diferentes tipos de cáncer que afectan a la sociedad actual en diferentes ámbitos. Consulta información referente a los avances científicos-tecnológicos y el impacto que han tenido en la sociedad.

Desempeños por alcanzar Reconoce la reproducción de los organismos como un mecanismo mediante el cual se perpetúan los seres vivos. Identifica la reproducción celular asexual como la base para la conservación de las características del organismo, y la reproducción celular sexual como la base para la conjugación de las características de la especie. Identifica las etapas del ciclo celular y considera las implicaciones de las desviaciones que este proceso puede presentar, como es el caso del cáncer. Reconoce los avances científico-tecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida.

¿Qué sabes hacer ahora? Relaciona ambas columnas, escribiendo en cada cuadro el número de la respuesta correcta. Proceso fundamental del ser vivo que permite perpetuar la vida.

 1. Interfase

Tipo de reproducción asexual de las células procariotas.

 2. Mutaciones génicas

Única fuente de variación de los organismos de reproducción asexual.

 3. Reproducción

Tipo de reproducción en el que se fusionan los gametos para formar el cigoto.

 4. Externa

 5. Interna En las eucariotas, es una estructura formada por cromatina, que contiene los genes y se encuentra en el núcleo. Proceso en el que se dividen las células durante el crecimiento y se reemplazan las células gastadas.

  6. Fisión o bipartición

 7. Mitosis

 8. Meiosis Parte del ciclo celular en la que se duplican los cromosomas. División celular de la que se obtienen cuatro células haploides que forman los gametos. Tipo de fecundación de los animales acuáticos en la que liberan sus gametos en el agua y la fertilización se realiza al azar.

  9. Promueve la diversidad biológica 10. Sexual

11. Asexual

12. Cromosoma Importancia del intercambio del material genético entre cromátidas homólogas durante la profase I de la meiosis.

 

13. Partenogénesis

1

BLOQUE

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Situación didáctica ¿En qué consistía la falsedad de la hipótesis de la preformación? En el siglo xvii Jan Swammerdam (16371680), naturalista holandés, propuso la hipótesis de la preformación, la cual sostenía que un espermatozoide, en el momento de ser expulsado por el hombre, ya contenía un embrión y sólo requería del sitio apropiado para su desarrollo y crecimiento; ese lugar era el útero de la mujer.

Secuencia didáctica

¿Cómo lo resolverías? Esta hipótesis fue apoyada por algunos científicos de la época, aunque también fue motivo de controversias durante mucho tiempo, ya que el parecido de algunos niños con la madre hacia pensar que no era sólo el espermatozoide el que determinaba el origen del nuevo ser. Un avance importante que se ha logrado en los últimos decenios del siglo xvii fue la invención del microscopio, que facilitó la obtención de un mayor conocimiento de los procesos reproductivos.

¿Qué tienes que hacer?

Para contestar la pregunta central de la situación didáctica realiza las siguientes acciones. De manera individual, investiga lo siguiente. 1. ¿Qué importancia tiene la reproducción para los seres vivos?

5. ¿Por qué el cáncer puede originarse a partir de un trastorno del ciclo celular?

2. ¿Cuáles son los diferentes tipos de reproducción de los organismos? Cita ejemplos que hayas observado.

6. ¿Cuáles son las etapas de la mitosis y qué beneficios obtenemos de este proceso?

3. ¿Cuáles son los componentes fundamentales de los cromosomas y qué importancia tienen?

7. ¿Qué relación tiene la mitosis con la reproducción asexual?

4. ¿Cuáles son las etapas del ciclo celular y qué importancia tiene este proceso en la vida de los organismos?

8. ¿Cuáles son los principales avances científico-tecnológicos que han permitido mejorar la calidad de vida? 9. ¿Cuáles son los diferentes tipos de reproducción asexual y qué importancia tienen? 10. ¿Cuáles son las etapas de la meiosis y cuál es su importancia en la reproducción sexual? 11. ¿Qué semejanzas y diferencias hay entre la mitosis y la meiosis en los aspectos cualitativo y cuantitativo? 12. ¿Qué importancia tiene la gametogénesis como producto de la meiosis? 13. ¿Cuáles son las características de la fecundación interna y externa de los organismos? 14. ¿Qué ventajas hay en la reproducción sexual y la asexual? Intégrate a tu equipo y realicen lo siguiente.

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„

Cada uno dé a conocer los resultados de su investigación, de manera que intercambien y enriquezcan los conceptos que tengan sobre la reproducción y su importancia para los seres vivos.

„

El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación para efectuar una presentación grupal.





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Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque, realiza lo siguiente. a) Bajo la dirección del profesor, organicen un debate sobre los siguientes temas: n  la importancia

de la reproducción y sus diferentes tipos en los organismos.

n la estructura de un cromosoma y el adn como su princi-

pal componente.

n las etapas del ciclo celular, su relación con el crecimiento

de los tejidos y la reposición celular.

n el cáncer como un desorden del ciclo celular. n los avances científico-tecnológicos que han permitido mejo-

rar la calidad de vida.

b) Realiza la actividad experimental la mitosis y redacta el informe correspondiente, donde expliques los cambios de la célula en las fases que observaste al microscopio, la importancia de este proceso en la vida de los organismos, así como su relación con la reproducción asexual.

e) ¿Qué semejanzas y diferencias encuentras entre la mitosis y la meiosis? f  ) ¿Qué importancia tiene la gametogénesis como producto de la meiosis?

c) Describe las características representativas de los tipos de reproducción asexual.

g) ¿Qué diferencias hay entre la fecundación interna y la fecundación externa y en qué organismos se presentan?

d) Describe el proceso de meiosis y explica su relación con la reproducción sexual.

h) Argumenta la variabilidad genética generada por la meiosis y su importancia biológica.

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

1.1 Tipos de reproducción en los seres vivos Uno de los procesos fundamentales del ser vivo es su capacidad de reproducción, la cual permite perpetuar la vida de los organismos, ya que la continuidad de la vida de cada especie requiere que sus individuos produzcan descendientes semejantes a ellos que reemplacen a los que mueren. Los organismos unicelulares, por ejemplo, las bacterias (del dominio eubacteria) y las amibas (protozoarios del reino protista), se reproducen asexualmente (sin la fusión de gametos para formar un cigoto), por medio de una división de la célula a la mitad, llamada fisión o bipartición; durante la interfase (etapa entre una división y otra), se duplican los cromosomas, que contienen el adn, y queda distribuida igual cantidad de citoplasma y material genético en cada una de las dos pequeñas células que se forman de cada microorganismo. En este tipo de reproducción, las células nuevas son genéticamente idénticas entre ellas a la célula progenitora, ya que la única fuente de variación de los organismos de reproducción asexual es por mutación genética, esto es, por cambio en el material genético. La mayor parte de los organismos multicelulares o pluricelulares se reproducen por vía sexual, proceso en el que participan células especializadas llamadas gametos que se forman por meiosis; el óvulo es el gameto femenino y el espermatozoide el gameto masculino; ambos se unen para formar el cigoto, que crece por mitosis para formar al nuevo organismo pluricelular, así como también para la  reposición de los tejidos que mueren. En este tipo de reproducción los descendientes son productos de la interacción de los genes de los dos progenitores, lo que promueve la variabilidad genética. Actividad de aprendizaje Elabora un cuadro comparativo donde destaques las diferencias entre la reproducción de los organismos uniceulares y los organismos pluricelulares.

Figura 1.2

Cuando las copias se encuentran unidas a su centrómero se llaman cromátidas hermanas. Durante la división celular, las dos cromátidas hermanas se separan y cada una forma un cromosoma independiente.

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1.2 Estructuras químicas y biológicas involucradas en la reproducción celular Un cromosoma (en griego, el término Cromosomas significa cuerpo coloreado por su capacidad de teñirse con algunos pigmentos) en las células procariotas es una molécula circular de adn (ácido desoxirribonucleico), con pocas proteínas asociadas; en las células eucariotas son estructuras formadas por cromatina, que son fibras de proteínas y adn; cuando las células Centrómero eucariotas no se están dividiendo, las largas fibras de cromatina, observadas al microscopio, presentan un aspecto granular. Antes de que la célula inicie su división, duplica sus moléculas de adn de tal manera que cada célula hija reciba la información genética necesaria, distribuida en unidades llamadas genes. Cromátida Cuando comienza la división celular, las fibras de cromatina se condensan y se Figura 1.1 del cromosoma de acortan, pierden su apariencia granulosa Estructura una célula eucariótica. y se hacen visibles como estructuras compactas que son los cromosomas. Las células somáticas (corporales) de cada especie tienen un número constante de cromosomas en el núcleo; por ejemplo, la especie humana tiene 46 cromosomas, la mosca común tiene 12, el gato tiene 38 y el caballo 64; no existe ninguna relación entre el número de cromosomas y el nivel evolutivo o el tamaño de las especies. En cada cromosoma hay una larga molécula de adn (que porta muchos genes) unida a proteínas llamadas histonas. La mayor parte de los cromosomas están formados de dos brazos unidos a partir de una zona llamada centrómero (que significa cuerpo medio). Durante la interfase, la célula duplica sus cromosomas (la molécula de adn de cada cromosoma se replica y se le unen nuevas moléculas de proteínas) y se forman dos copias de cada cromosoma, unidas al centrómero; cada copia recibe el nombre de cromátida hermana, y

Cromátidas hermanas

Cada cromosoma se dirige a una célula hija

Cromosoma duplicado

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es portadora de una molécula de adn idéntica a la que contenía el cromosoma antes de dividirse. Ambas cromátidas hermanas unidas a su centrómero son consideradas como un solo cromosoma. Durante la división celular, las dos cromátidas hermanas se separan y cada una forma un cromosoma idéntico al que le dio origen. Cada uno de los nuevos cromosomas se dirige a una célula hija, de tal manera que cada una de ellas recibe, por medio de los cromosomas, la información genética completa e idéntica a la de la célula de origen. Actividad de aprendizaje En equipos, realicen una exposición sobre las estructuras que participan en la reproducción celular. Apoyen su exposición utilizando material, gráfico que facilite la explicación del tema.

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que comprende desde la etapa de iniciación de la división, células que se dividen al llegar a la madurez, hasta la iniciación de la siguiente división. En la división celular se presentan dos importantes procesos: la mitosis y la citocinesis. En la mitosis, los núcleos de cada una de las dos células que se forman reciben igual número de cromosomas y son idénticos a los que contenía el núcleo de la célula original. En la citocinesis, el citoplasma y los organelos de la célula madre se dividen aproximadamente a la mitad para formar las dos células hijas. En la interfase, que es la etapa entre una división y la siguiente, la célula sintetiza moléculas y crece. En ella se han identificado tres subfases: M Mitosis

Citocinesis

G2 Gap 2

G1 Gap 1

Fases del ciclo celular.

S Síntesis

b) S. Es el periodo de síntesis del adn, en el que se replica el adn y cada cromosoma se duplica. Las células animales también duplican sus centriolos. Por eso se afirma que la división celular viene siendo la separación final de los cromosomas duplicados. c) G2. Es el segundo periodo de crecimiento; hay un incremento en la síntesis de proteínas para que posteriormente la célula inicie su proceso de división o mitosis. Por tanto, en el ciclo celular se identifican tres principales etapas: G1, S, G2, además de la mitosis y la citocinesis que son procesos que corresponden a la división celular (identificado con la letra M). Actividad de aprendizaje

1.3 Ciclo celular

Figura 1.3

a) G1. En esta etapa hay mucha actividad bioquímica, el número de diversas moléculas y estructuras citoplasmáticas aumenta, la célula se nutre y crece.

Elabora un organizador gráfico con la información referente a: n n n n n

estructura y función del adn. tipos de reproducción de los organismos. ciclo celular. características de las subfases: G1, S y G2. alteraciones relacionadas con el desorden en el ciclo celular.

Se evalúa en la página 25.

Regulación del ciclo celular Los procesos que conducen al ciclo celular se encuentran controlados por enzimas, que los activan o desactivan en forma coordinada. Es preciso que cada fase se complete antes de que se inicie la siguiente. De lo contrario, se transmitirían alteraciones a las células hijas. Por ejemplo, si la célula entrara a su proceso de mitosis antes de completar la replicación de su adn, heredaría a las células hijas un material genético incompleto. Por lo general esto no sucede porque existen controles que detienen el sistema hasta que se complete el proceso; en este caso el de síntesis. El control del ciclo celular es ejercido por dos grupos de enzimas: las quinasas y las ciclinas. Las quinasas que participan en la regulación del ciclo celular se llaman quinasas dependientes de ciclinas (Cdk, del inglés Cyclin-Dependent Kinases), porque sólo tienen actividad de quinasas cuando se encuentran asociadas a una ciclina, formando el complejo Cdk-ciclina. Las quinasas se encuentran en cantidad constante durante el ciclo celular y se asocian con diferentes ciclinas. Éstas deben su nombre a su concentración variable a lo largo del ciclo, ya que se incrementan durante un proceso —porque tienen una fase de síntesis— y después se degradan. 7

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos… Factor promotor de la mitosis (FPM) Ciclina mitótica

Degradación

Cdk-ciclina

M 2

G

G1

Cdk

S Ciclina G1 Cdk-ciclina Degradación Figura 1.4

Modelo de regulación del ciclo celular. Los procesos que se presentan durante el ciclo celular son controlados por la enzima Cdk que se asocia con diferentes ciclinas. La actividad catalítica de Cdk termina con la degradación de la ciclina después de cada proceso.

Las ciclinas que se unen a las Cdk son las que determinan las proteínas clave que son fosforiladas por el complejo Cdk-ciclina, lo que activa el proceso. Por tanto, son las ciclinas las que, al asociarse con las quinasas, regulan su actividad. La formación del complejo Cdk-ciclina, su activación y la separación de ambas moléculas se repiten en las distintas fases del ciclo celular. Cuando el complejo Cdk-ciclina fosforila determinadas proteínas de la célula, éstas se activan, en tanto que otras se desactivan y dan lugar a los procesos que la célula presenta durante su ciclo, lo que provoca que pase de G1 a S y de G2 a la mitosis (M). Se conocen dos tipos principales de ciclinas: n Las

ciclinas G1 son las que al unirse con las moléculas Cdk, durante la etapa G1, hacen que éstas fosforilen las proteínas que activan los procesos de la fase S en la que se sintetiza el adn; al mismo tiempo se inhibe la aparición de nuevos complejos de prerreplicación, lo que propicia que los cromosomas se repliquen una sola vez durante el ciclo. Después, la actividad de Cdk termina con la degradación de la ciclina G1.

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n Las ciclinas mitóticas se acumulan durante la fase G2, pero

se inhibe su actividad hasta que se complete la replicación del adn. Al unirse a la Cdk, las ciclinas mitóticas forman el compuesto identificado como factor promotor de la mitosis (FPM), que al fosforilar determinadas proteínas induce los cambios para entrar a la mitosis, como la condensación de los cromosomas, la desintegración de la envoltura nuclear y la formación del huso mitótico. Después la Cdk se desactiva por la degradación de la ciclina mitótica.

La proteína p53 también desempeña un papel importante en la regulación del ciclo celular ya que lo bloquea (lo detiene en la fase G1) cuando se daña el adn, para que éste sea reparado. Cuando el daño es severo provoca el suicidio de la célula. Las mutaciones del gen p53 que regulan la producción de esta proteína son causa de algunos tipos de cáncer humano, pues su incapacidad para producir esta proteína hace que aumenten las alteraciones genéticas durante la división celular.



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1.4 Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular La división celular que se presenta en el crecimiento de tejidos o en la reposición de células muertas se regula por medio de mecanismos de control. Esta división se programa para un determi­ nado número de veces. El cáncer se origina cuando las células escapan a estos controles de división y muerte celular programada (apoptosis) y empiezan a dividirse en forma continua, lo que produce células con la misma alteración. Como consecuencia de esta reproducción anormal, algunas células forman una masa celular llamada tumor, que cuando permanece en el lugar donde se originó existe la posibilidad de extirparlo quirúrgicamente. En cambio, cuando las células cancerosas invaden diferentes partes del cuerpo producen varios tumores, proceso llamado metástasis, sin la alternativa de una cura a través de la intervención quirúrgica. El cáncer resulta de mutaciones que de manera accidental se presentan en los genes que controlan la división celular. Pueden ser protooncogenes, que son genes normales implicados en la proliferación celular, o genes supresores de tumores, que al interactuar con factores de inhibición del crecimiento bloquean la proliferación celular. Al mutar los protooncogenes presentan cambios en su expresión y se convierten en oncogenes (del griego onkos, tumor), que son los genes causantes del cáncer, y pueden generar la producción descontrolada de la proteína que estimula la división celular.

La célula también puede adquirir los oncogenes de algunos virus que los llevan en el ácido nucleico y que, al insertarlos en la célula hospedera, provocan que ésta desarrolle el cáncer. Por otra parte, cuando la mutación se presenta en los genes supresores de tumores, la alteración puede conducir a la pérdida de la capacidad de la célula para producir la proteína que inhibe el crecimiento o de la proteína que activa la muerte programada de la célula. Por tanto, la causa por la que se origina y se desarrolla el cáncer se encuentra en la alteración genética que ocasiona la división descontrolada de la célula.

Mitosis Se llama mitosis al proceso de la división celular (del griego, mito: filamento) mediante el cual se duplican los cromosomas del núcleo celular, dividiéndose también el citoplasma para formar dos células hijas, con material genético y citoplasmático similar al de la célula progenitora. Para fines de estudio, este proceso se ha dividido en etapas, aunque según sus características resulta difícil establecer los límites entre una etapa y la siguiente. Por este proceso crecen los tejidos y se restituyen las células que llegan a morir. Los requisitos que se requieren para que la célula pueda dividirse son: 1. Durante la fase S de la interfase debe replicarse el adn de los cromosomas, para que éstos efectúen los movimientos que realizan durante la mitosis, como aparearse, separarse y emigrar a los polos opuestos de la célula. 2. Se requiere también la división del citoplasma (citocinesis) en la etapa final del proceso, de manera que cada célula hija here-

Evaluación Relaciona ambas columnas, escribiendo en cada cuadro el número de la respuesta correcta. Proceso del ciclo celular en el que se divide el citoplasma. Por este proceso los núcleos de las dos células que se forman reciben igual cantidad de cromosomas. Etapa del ciclo celular en la que crece la cantidad de estructuras citoplasmáticas de la célula. Es el periodo de duplicación de los cromosomas. Es el segundo periodo de crecimiento de la célula. Forman el factor promotor de la mitosis (FPM). Resulta de la mutación de genes que controlan la división celular. Son genes que, al producir en forma descontrolada la proteína que estimula la división celular, causan el cáncer. Puede ocasionar que la célula no produzca la proteína que active su apoptosis. Hacen que se produzcan las proteínas que activan la síntesis de adn del ciclo celular.

1. Cáncer 2. Oncogenes 3. Mitosis 4. Citocinesis 5. G1 6. S 7. G2 8. Ciclinas G1 unidas a Cdk 9.  Ciclinas mitóticas unidas a Cdk 10. Mutación de genes supresores de tumores 11. Protooncogenes 12. Genes supresores de tumores 9

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Figura 1.5

Etapas de la mitosis. Interfase, la célula se encuentra metabólicamente activa (no se observan los cromosomas). Profase, inicia la condensación de los cromosomas. Prometafase, los cromosomas se encuentran condensados, pero desordenados. Metafase, cromosomas alineados en el plano ecuatorial de la célula o placa metafásica. Anafase, se separan las cromátidas y migran hacia los polos. Telofase, se descondensan los cromosomas, se forman los dos núcleos y se inicia la citocinesis (división del citoplasma). Imágenes proporcionadas por el doctor Didier Prada Ortega y el doctor Luis Herrera Montalvo, del laboratorio de Carcinogénesis del Instituto de Cancerología.

Centriolo

Interfase

Profase

Prometafase

Interfase

Profase

Prometafase

Metafase

Anafase

Nucléolo Metafase

Anafase

Telofase Telofase

Cromatina 1. Interfase

2. Inicio de la profase

8. Telofase Figura 1.6

Etapas de la mitosis. 3. Mitad de la profase

4. Final de la profase

6. Anafase 5. Metafase

Actividad de aprendizaje Con el apoyo de material gráfico explica los cambios de la célula en las etapas de la mitosis, así como la importancia que para el organismo tiene este proceso. Se evalúa en la página 25.

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de el juego completo de cromosomas, igual cantidad de citoplasma y sus organelos. La mitosis se divide en las siguientes etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Profase. La cromatina que se encuentra distribuida como red de finos filamentos en el núcleo se condensa, engrosa y acorta para formar los cromosomas bien definidos. Cada cromosoma (ya replicado) consta de dos cromátidas idénticas, unidas por un centrómero. Los nucléolos y la membrana nuclear empiezan a desaparecer. En las células animales los centriolos se desplazan a los lados opuestos del núcleo para formar los polos del huso mitótico. Entre ambos centriolos se forma el huso, cuyos extremos se llaman polos y su región central ecuador. En la célula vegetal el huso se forma sin la participación de los centriolos. Metafase. El huso ha quedado formado entre los centriolos y ha desaparecido la membrana nuclear. Los cromosomas se adhieren a las fibras del huso mediante sus centrómeros en el plano ecuatorial de la célula. Anafase. Se divide cada centrómero y las fibras se contraen, propiciando que las cromátidas se separen siguiendo el desplazamiento de sus centrómeros. Cada cromátida se dirige a polos opuestos del huso. Durante esta fase ya se le puede nombrar a las cromátidas como cromosomas hijos. Telofase. En esta etapa los procesos de la profase se presentan en sentido inverso; se forma la membrana nuclear en cada célula hija, aparecen los nucléolos, los cromosomas adquieren la configuración filamentosa de la cromatina y desaparece el huso mitótico. En la célula animal se forman los centrosomas. El citoplasma se divide en el plano ecuatorial de la célula para originar dos células hijas con similar material citoplasmático y con un juego completo de cromosomas igual al que poseía la célula progenitora. Interfase. Es, como ya dijimos, la etapa que presenta la célula entre una división y la siguiente. Los cromosomas se encuentran en forma de cromatina en el núcleo, formando una red. El núcleo posee su membrana y nucléolos. En células animales cerca del núcleo se localiza el centriolo.

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muerte celular programada, y se diferenció este proceso de la destrucción celular por accidente o necrosis. En la necrosis (muerte celular que puede originarse accidentalmente por un golpe físico), ante la imposibilidad de controlar su balance hídrico, la célula se hincha al llenarse de fluido, iones de sodio y de calcio. Los macrófagos del sistema inmunitario fagocitan las células necrosadas. En cambio, en la apoptosis las células no se hinchan. Éstas se encogen y se apartan de las demás células del tejido. En su superficie se forman pequeñas burbujas, la cromatina que se encontraba dispersa en el núcleo se condensa y forma manchas cerca de la membrana nuclear. Finalmente, son ingeridas por otras células o permanecen por mucho tiempo como células muertas; por ejemplo, los queratinocitos que se forman en las capas internas de la piel y mueren en su traslado a la superficie contienen la proteína queratina y forman la capa protectora de la piel. Se ha descubierto que, en la autodestrucción de la mayoría de las células que se convierten en una amenaza para la salud del organismo, participan proteínas que las propias células fabrican y emplean para este fin. Son las enzimas denominadas proteasas, que normalmente se encuentran inactivas y sólo se activan cuando reciben la señal externa o interna de la autodestrucción a través de intermediarios o transductores de señales. Esto hace que las proteasas destruyan las estructuras de la célula o su material genético, ocasionando su muerte. La apoptosis desempeña un papel importante en diversas funciones biológicas, como en la regulación del número de neuronas durante la formación del sistema nervioso de los mamíferos, la eliminación de las células que forman la cola de los renacuajos durante la metamorfosis (cuando se convierten en rana), el desprendimiento de las células que forman las membranas interdigitales de los embriones humanos y la eli­minación de las células de la pared del útero durante la menstruación. Richard C. Duke, et al., Suicidio celular en la salud y en la enfermedad. Investigación y Ciencia, febrero 1997, pp. 44-52.

Para tu reflexión

Apoptosis

Actividad experimental

La muerte celular programada o apoptosis es un proceso imprescindible para que el organismo pluricelular pueda mantener el buen funcionamiento de la vida, ya que es importante tanto que sus células se dividan como que dejen de funcionar normalmente y mueran. Hace algunos decenios se identificaron las señales de una

Mitosis Se llama mitosis a la división celular en la que se duplican los cromo­ somas y se divide el citoplasma, formándose dos células hijas con material genético y citoplasmático similar al de la célula progenitora. Por este proceso se dividen las células del cigoto durante el desarrollo embrionario, crecen los tejidos y se reponen los que se gastan o mue­

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1

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

n

En el dibujo de células de una raíz de cebolla, identifica las fa­ ses de la mitosis y ubícalas en orden.

n

Elabora un reporte sobre las fases de la mitosis que pudiste obser­ var y explica la importancia que tiene este proceso en la vida de los organismos, así como su relación con la reproducción asexual.

Se evalúa en la página 28.

Actividad de aprendizaje

Figura 1.7

Células de raíz de cebolla en mitosis.

Completa en forma breve cada expresión.

ren. La mitosis se divide en las siguientes etapas: profase, cuando se forman los cromosomas, empieza a desaparecer el núcleo y se forma el huso mitótico; metafase, cuando los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial de la célula; anafase, los cromosomas se separan y se trasladan a polos opuestos; telofase, se forman las dos células hi­ jas, cada una con su núcleo, y desaparece el huso mitótico.

Objetivo

1. En la de la mitosis los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial de la célula. 2. Fase de la mitosis en la cual los cromosomas hijos emigran hacia cada uno de los polos:

3. Fase de la mitosis en la cual la cromatina se engruesa y se frag­ menta, formando los cromosomas:

Identificar alguna de las fases de la mitosis.

Material n Microscopio n Solución n Vidrios n

n

óptico

n

de ácido clorhídrico

Semillas de haba en germinación

de reloj

n

Bisturí o navaja de afeitar

Colorante orceína o acetocarmín

n

Lámpara de alcohol

n

Papel filtro

Porta y cubreobjetos

n

Aguja de disección

4. Fase de la mitosis en que se reconstruyen los dos núcleos con su membrana . 5. Explica la importancia que tiene la mitosis en nuestra vida y su relación con la reproducción asexual.

Procedimiento n

Se coloca el haba en germinación dentro el vidrio de reloj con agua.

n

Con el bisturí o navaja se le hacen cortes delgados en el extremo de la parte en crecimiento de la semilla sobre un portaobjetos.

n

Los cortes finos se seleccionan y se depositan en otro vidrio de reloj con la solución de ácido clorhídrico a 10% durante 5 minutos.

n

Con la aguja de disección se coloca un corte sobre un portaobje­ tos y se le agrega una gota del colorante.

n

Se calienta la preparación sobre la flama de la lámpara de alcohol durante 3 a 4 minutos.

n

Se le coloca el cubreobjetos y cubriendo la preparación con pa­ pel absorbente se presiona con el dedo pulgar.

n

Con el papel absorbente se limpia el exceso de colorante y se observa al microscopio, primero a menor aumento y después a mayor, dibujando y anotando lo observado.

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1.5 Avances científicotecnológicos en el campo de la reproducción celular y sus implicaciones en la sociedad Las investigaciones que se han desarrollado sobre los procesos celulares son muchas y de muy diversa índole, todas tienen como objetivo encontrar los medios para mejorar la calidad de vida de los organismos. Primero haremos alusión a las importantes investigaciones que se han realizado para estudiar el genoma de las bacterias, con la finalidad de identificar los genes que les confieren propiedades específicas; por ejemplo, los genes de las bacterias que causan ciertas enfermedades en la especie humana; tales investigaciones no sólo han facilitado el descubrimiento de los mecanismos que las bacte-

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rias utilizan en sus acciones patógenas, sino también el hallazgo de un mayor número de elementos para el diagnóstico de dichas enfermedades a fin de diseñar nuevas alternativas para su curación. Otros usos que se han dado a las bacterias en la biotecnología ha sido en la tecnología del adn recombinante de la ingeniería genética, en el que se ha logrado que produzcan proteínas de utilidad médica, por ejemplo, la insulina, que es una hormona que se requiere para el tratamiento de la diabetes; la somatotropina, una hormona del crecimiento; los factores de coagulación sanguínea; y otros fármacos que producen las bacterias sometidas a las sofisticadas técnicas de ingeniería genética. Por medio de las investigaciones del genoma de las bacterias también se ha logrado que algunas de ellas detecten y limpien el ambiente de la contaminación por metales pesados como el mercurio. Otro importante avance biotecnológico es el que se lleva a cabo con las células dendríticas (Dc) como activadoras y controladoras de los procesos de la respuesta inmune. Las células dendríticas son un tipo de glóbulos blancos; son escasas, apenas representan 0.2% del total de los glóbulos blancos de la sangre. Fueron descubiertas por Paul Langerhans en 1868, pero no se les dio ninguna importancia porque se creía que se trataba de terminaciones nerviosas de la piel. No fue sino hasta 1973 que Ralph M. Steinman (1943-) las redescubrió y reconoció que forman parte del sistema inmune. Estas células (de largos brazos o dendritas) se encuentran en varios tejidos, especialmente en la piel, en las membranas mucosas en los pulmones y bazos. Atrapan microbios invasores, los destruyen y exhiben sobre su superficie los fragmentos como antígenos para que al contactar con las células B del sistema inmune, éstas produzcan anticuerpos, que junto con la acción de las células T asesinas (ctl) ataquen a los microbios invasores y destruyan las células infectadas.

cidad de originar células idénticas diferenciadas, es decir, que pueden convertirse en diversos tipos de células especializadas. Estas células se cultivan en el laboratorio y se someten a una técnica de diferenciación dirigida para generar tejidos y órganos necesarios en la reposición de órganos dañados del organismo humano. En un principio, las células troncales sólo se obtenían del embrión humano, lo que implicaba la necesidad de destruirlo; con base en este argumento, los gobiernos de algunos países prohibieron las investigaciones con células madre de tejidos embrionarios. Por esta razón se ha optado por llevar a cabo los trasplantes empleando células madre de embriones obtenidos de los abortos espontáneos o terapéuticos o de los que ya no se utilizaron en las clínicas donde se practica la fertilización in vitro. También se emplean células madre de adulto, extraídas de la médula ósea, o del cordón umbilical y la placenta. Se ha descubierto que esta técnica para crear tejido y órganos de repuesto tiene aplicación en el tratamiento de una enorme cantidad de padecimientos, por ejemplo, para producir piel que se pueda injertar en caso de quemadura o para el trasplante de órganos completos.

Medicina genómica Con los resultados obtenidos del Proyecto Genoma Humano (pgh) que logró descifrar y determinar el orden de casi 3 200 millones de nucleótidos del genoma humano en el año 2001, se ha iniciado el estudio integral de los genes que causan enfermedades, modificando la práctica médica hacia una atención más individualizada, predictiva y preventiva. La medicina genómica tiene la posibilidad de diagnosticar de acuerdo con las variaciones que presenta el genoma de las personas su predisposición a padecer alguna de las enfermedades hereditarias y así adoptar las medidas que retrasen o eviten sus manifestaciones, complicaciones y secuelas. Se sabe que algunos genes se relacionan con enfermedades como cáncer de mama, distrofias musculares, diabetes, padecimientos

Una importante línea de investigación actual enfoca sus esfuerzos en la producción de vacunas para combatir el cáncer, elaboradas a partir de células dendríticas con antígenos tumorales; sin embargo, es importante aclarar que estas vacunas aún se encuentran en su etapa experimental. Otra aportación biotecnológica es la utilidad que se obtiene de las céluflas madre o troncales para desarrollar tejidos que puedan reemplazar a los dañados por alguna enfermedad. Las células madre o troncales son células no diferenciadas que se autorrenuevan produciendo más células madre y que tienen la capa13

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

cardiovasculares y artritis, entre otras. Cuando por medio del análisis genómico de la persona se diagnostica su susceptibilidad frente a cierto tipo de enfermedades, es posible reducir sus posibilidades de desarrollo por medio de la adopción de estilos de vida o del sometimiento a medidas preventivas o a tratamientos que cuando menos retrasen la enfermedad.

Terapia génica Esta técnica consiste en que una vez identificado un gen defectuoso, éste se pueda reemplazar por otro normal y sano, para curar o prevenir la enfermedad. Sin embargo, es importante aclarar que la terapia génica aún se encuentra en su etapa experimental, se espera que dentro de unos cuantos años estos tratamientos sean rutinarios y con resultados exitosos. Actividad de aprendizaje Bajo la coordinación de tu profesor(a) organicen una plenaria acerca de los avances científico­tecnológicos que han propiciado una mejor calidad de vida y sus repercusiones en la sociedad. Se evalúa en la página 31.

Reproducción asexual En este tipo de reproducción no hay fusión de gametos; los descendientes provienen de un solo progenitor de quien heredan la totalidad de los genes.

Reproducción asexual en organismos unicelulares Las procarióticas (bacterias y arqueobacterias) y casi todos los protistas se reproducen asexualmente, aunque muchos de estos últimos también lo hacen en forma sexual.

que crece a veces adherida temporalmente a la célula progenitora, para después separarse de ella. Existen levaduras que también se reproducen asexualmente por fisión.

Reproducción asexual en organismos pluricelulares Muchas especies de hongos pluricelulares se reproducen en forma asexual y sexual. La reproducción asexual puede presentarse por fragmentación de las hifas en la que los fragmentos, al ser transportados por el viento o el agua a un sitio propicio, pueden desarrollar nuevos micelios. También pueden reproducirse asexualmente por conidios o esporas. Las esporas a menudo se encuentran rodeadas de una pared resistente que les permite sobrevivir durante temporadas de sequía o de temperaturas extremas. Cuando se dispersan por el viento germinan al encontrar las condiciones favorables, lo que da origen a nuevos hongos. En las plantas es frecuente el origen asexual denominado reproducción o multiplicación vegetativa, que consiste en que el nuevo individuo se origina a partir de una parte especial del progenitor que se regenera. La reproducción vegetativa puede ser por: n Rizomas y tubérculos. Existen plantas como el lirio, el jengi-

bre, el bambú y gran variedad de pastos que tienen tallos subterráneos dispuestos en forma horizontal, llamados rizomas, donde almacenan sus nutrientes y que sirven para reproducirse asexualmente. Los extremos engrosados de los rizomas de algunas plantas, como la papa, se llaman tubérculos; en los que cada una de sus yemas al desarrollarse puede producir una nueva planta.

n Bulbos.

La cebolla, el ajo, los lirios, tulipanes y narcisos forman bulbos. El bulbo también es un tallo subterráneo que por

Las bacterias y las arqueobacterias se reproducen asexualmente por fisión binaria (también llamada en este caso, fisión procariótica). Mediante este proceso la célula se divide en dos de menor tamaño. Para ello, primero se duplica su adn circular, el crecimiento de la célula separa a los dos adn duplicados que permanecen unidos a la membrana plasmática y después ésta se invagina y se forma la pared que divide a la célula en dos células pequeñas con igual cantidad de citoplasma y material genético.

Planta nueva

Las amibas o amebas son protozoarios que tienen una reproducción asexual por división celular, después de que su núcleo presenta una división mitótica, dando como resultado dos células genéticamente idénticas. Las levaduras, que son hongos ascomicetos unicelulares, se reproducen asexualmente por gemación. En este proceso, a la célula progenitora se le forma una yema o brote hasta donde emigra parte del material nuclear y queda dividida en dos porciones, una pequeña 14

Estolón

Figura 1.8

Reproducción o multiplicación vegetativa. Una nueva planta de fresa se forma por estolón.

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Figura 1.9

Reproducción asexual y sexual de algunas medusas. La reproducción asexual se realiza a partir de pequeñas yemas que se forman en el interior del cuerpo del pólipo, las cuales al liberarse en el agua dan origen a las medusas que son de vida libre, poseedoras de un cuerpo gelatinoso y transparente, llamadas a veces malaguas o aguamalas. Las medusas son las encargadas de la reproducción sexual; la fecundación se realiza cuando el espermatozoide expulsado por el macho llega a fusionarse con el óvulo de la hembra en el agua, dando origen al cigoto, que al desarrollarse forma una larva ciliada llamada plánula, que se adhiere al sustrato de donde se desarrolla el nuevo organismo asexuado llamado pólipo, cuya reproducción se efectúa por gemación.

Medusa hembra

Medusa macho Espermatozoo

Estróbilo

Gónadas Huevo Pólipo Generación asexual

Cigoto

Generación sexual Desarrollo del embrión

Germinación del pólipo

Larva

lo general se encuentra cubierto de escamas, que son sus hojas modificadas. Con frecuencia llegan a formar pequeños bulbos hijos, que son los medios de su multiplicación vegetativa. n Estolones. La fresa es una de las plantas que se propaga por

estolones, que son tallos delgados rastreros (dispuestos sobre la superficie del suelo). Presentan yemas que dan origen a nuevas plantas que forman raíces y se independizan después de la planta progenitora.

n Estacas. Es cuando una porción de la planta se pone en tierra

húmeda, forma raíz y desarrolla una nueva planta. La piña, la caña de azúcar y el plátano se multiplican por estacas.

n Acodos. Mediante este procedimiento se pueden doblar y en-

terrar en suelo húmedo las ramas de la planta que después formarán raíces y desarrollarán nuevas plantas. Por acodaje se multiplican las plantas de la frambuesa, la zarzamora y la vid.

Muchos invertebrados se reproducen en forma asexual. Las esponjas y los cnidarios (celenterados) lo hacen por gemación. Este proceso consiste en la formación de brotes o yemas en el organismo progenitor mediante división de células somáticas por mitosis y, al crecer este brote, se desarrolla como un nuevo organismo. Durante algún tiempo permanece unido al cuerpo del progenitor, alimentándose de él y finalmente se separa; otras veces continúa adherido para iniciar la formación de una colonia. Por tanto, puede desarrollarse antes o después de separarse parcial o totalmente del organismo progenitor. Los corales, las anémonas y las medusas se reproducen por gemación.

Figura 1.10

Reproducción asexual por fragmentación de la planaria. Cada porción crece y da origen a un nuevo individuo.

Otras especies de animales se reproducen asexualmente por fragmentación, que consiste en que el organismo se fragmenta en varias partes, de manera accidental o espontáneamente, y cada una se regenera por mitosis, para originar un nuevo organismo. Un ejemplo es la lombriz de tierra, que al llegar al límite reproductivo de su desarrollo puede fragmentarse en 8 o 9 porciones y cada una puede crecer como un nuevo individuo. La regeneración se considera un proceso de reproducción sólo en  los organismos en los que esta capacidad se encuentra 15

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Reproducción asexual

• No hay fusión de gametos • La descendencia se origina a partir de un solo progenitor

Unicelulares

Procarióticas por fisión binaria

Pluricelulares

Levaduras por gemación

Por fragmentos que se regeneran en hongos y algunos invertebrados

Por conidios o esporas en hongos

Partenogénesis en insectos, crustáceos y peces

Gemación en cnidarios y esponjas

Multiplicación vegetativa en plantas

generalizada; en los que no es así, se reduce a la reparación del tejido dañado, como en la reconstrucción de la cola de la lagartija o en la cicatrización de heridas en los vertebrados. Partenogénesis. Algunas especies de animales, aunque tienen gametos, se reproducen asexualmente, pues el nuevo organismo se desarrolla a partir del óvulo (gameto femenino) sin haber sido fecundado. Este tipo de reproducción, llamado partenogénesis, suele presentarse sólo durante algunas generaciones para después alternar con la reproducción sexual. Los nemátodos, gasterópodos, crustáceos, insectos, peces y anfibios se reproducen algunas veces de manera sexual y otras asexualmente por partenogénesis. Por ejemplo, la abeja reina es inseminada por el macho sólo una vez en su vida. Ella almacena los espermatozoides en una bolsa conectada al aparato reproductor y dispone de ellos para fecundar sus óvulos durante la reproducción sexual. Pero también puede desarrollar los óvulos sin haber sido fecundados por partenogénesis. Este tipo de reproducción asexual es una adaptación de estos organismos que les ha permitido sobrevivir a las condiciones desfavorables de su medio.

Meiosis La meiosis, o división celular por reducción, se presenta en células reproductivas o sexuales; en ellas se realiza una división de los cromosomas y dos divisiones sucesivas del núcleo de la célula. Al 16

final del proceso se obtienen cuatro células especializadas llamadas gametos, con la mitad del número de cromosomas (haploide: n) de la célula progenitora. La importancia de la reducción cromosómica de la meiosis consiste en que los gametos son portadores únicamente de la mitad del número de cromosomas, de manera que al fusionarse durante la fecundación, ambos gametos formen la célula huevo o cigoto, con el número completo de los cromosomas (diploide: 2n) de la célula de la especie.

Primera división meiótica Interfase, durante la interfase previa a la meiosis, se duplican los cromosomas, de manera que cada cromosoma queda formado de dos cromátidas hermanas genéticamente idénticas. La profase I. La cromatina se condensa y forma largos filamentos, que se engrosan y fragmentan para formar los cromosomas; cada cromosoma consta de dos cromátidas, pero se encuentran dispersos en el núcleo. Los cromosomas homólogos se alinean, apareamiento denominado sinapsis, para formar lo que actualmente se llaman cromosomas   bivalentes y que antes se denominaban tétradas, porque cada cromosoma que se une a su homólogo consta de dos cromátidas unidas por un centrómero, lo que hace un total de cuatro  cromátidas por cada par de cromosomas unidos durante la sinapsis.

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Cromosomas homólogos

Meiosis I

Los cromosomas homólogos se duplican en la interfase

Se aparean formando cromosomas bivalentes o tétradas

En la profase I intercambian material genético (entrecruzamiento)

Meiosis II

Primera división celular Los cromosomas homólogos se separan, cada uno pasa a un núcleo

Segunda división celular Las cromátidas hermanas se separan y pasan al núcleo de cada gameto formando células haploides

Figura 1.11

Meiosis.

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Para concluir, los cromosomas bivalentes se engrosan más y se acortan; los cromosomas homólogos se unen longitudinalmente intercambiándose una o varias secciones entre cromátidas homólogas, fenómeno llamado entrecruzamiento o crossing-over, y se convierten en cromátidas mixtas por contener información de la cromátida homóloga. Al separar los cromosomas homólogos, se observa el efecto del entrecruzamiento, ya que cada par de cromosoma bivalente aún permanece unido por los quiasmas, que son las zonas donde se ha efectuado el entrecruzamiento de genes entre los cromosomas homólogos. Los cromosomas se condensan, engrosan, los quiasmas se destruyen y se inicia el rechazo entre los cromosomas homólogos, que terminará en la metafase I con la separación de los cromosomas homólogos. Se ha considerado la inconveniencia de referirse a las cromátidas como maternas o paternas después de la profase I de la meiosis, en virtud de que el proceso de entrecruzamiento los ha convertido en cromátidas mixtas, poseedoras de información de ambas líneas, paterna y materna; por ello, es una de las importantes fuentes de la diversidad biológica en la población sobre la cual actúa la selección natural en el proceso evolutivo. Metafase I. Se forma el huso, los cromosomas bivalentes se sitúan sobre la placa ecuatorial. El centrómero de cada cromosoma homólogo se une a las fibras del huso que procede de cada polo. Anafase I. Los cromosomas se separan de su homólogo y se dirigen hacia cada polo del huso. Telofase I. Los cromosomas homólogos llegan a cada polo formando dos núcleos y con la correspondiente división citoplasmática. Interfase. No hay duplicación del adn y en general la interfase es muy breve.

Segunda división meiótica Profase II. Se desintegran las envolturas nucleares, aparecen nuevas fibras que forman nuevamente el huso, los cromosomas se condensan, se hacen visibles y se sitúan en la mitad de la célula; cada uno está compuesto de dos cromátidas. Metafase II. Los pares de cromátidas de cada núcleo se alinean en el plano ecuatorial y sus centrómeros se encuentran unidos a las fibras del huso.

nuclear y los cromosomas empiezan a descondensarse. De esta manera quedan constituidas gracias a este proceso cuatro células  haploides, es decir, sólo contienen un juego de cromosomas de la especie. En el caso de los gametos humanos sólo hay 23 cromosomas. Actividad de aprendizaje Investiga en equipo el proceso de la meiosis en sus variantes ovogénesis y espermatogénesis, y elabora un reporte donde indiques las diferencias entre ambas variantes.

Cuadro 1.1 Principales diferencias entre la mitosis y la meiosis. Mitosis

Meiosis

Hace crecer al organismo, repara tejidos y es el proceso por el que se realiza la reproducción asexual.

Por este proceso se forman células haploides, con un solo miembro de cada par de cromosomas homólogos necesarios en la reproducción sexual.

Se presenta una división del núcleo que da origen a dos células diploides.

Hay dos divisiones nucleares y da origen a cuatro células haploides.

En ambos procesos los cromosomas se duplican en la interfase que precede a la división.

Reproducción sexual En la reproducción sexual se fusionan dos células especializadas, llamadas gametos, para formar al nuevo individuo que resulta de la unión de los genes de los dos progenitores, lo que promueve la variabilidad genética; esto representa un avance evolutivo en comparación con la reproducción asexual. Este avance evolutivo ha sido gradual. Se piensa que pudo haberse dado en forma similar a la de los llamados organismos inferiores actuales, que combinan ambos procesos y permanecen la mayor parte de su vida en el estado haploide. Su reproducción sexual se efectúa por la fertilización de dos células haploides de igual forma, dando origen al cigoto, célula diploide de vida breve, ya que después por meiosis forma cuatro células haploides. En esta modalidad de la reproducción sexual no hay células especializadas o gametos, sino que las mismas células somáticas del organismo hacen las veces de células reproductoras.

Anafase II. Cada cromosoma duplica su centrómero y las cromátidas hermanas se separan, convirtiéndose en cromosomas; cada uno se dirige a polos opuestos del huso.

Las características de la fecundación interna y externa de los organismos

Telofase II. Desaparecen las fibras del huso y se forma el núcleo en  los polos, los cuatro juegos de cromosomas separados forman los cuatro núcleos, cada uno delimitado por una membrana

La fecundación es la fusión del material genético del espermatozoide con el del óvulo. La fecundación en los animales puede ser externa o interna.

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Reproducción sexual Se fusionan dos gametos con genes de los dos progenitores, lo que promueve la variabilidad genética

Los gametos se forman por meiosis

Por espermatogénesis se forman los gametos masculinos

Por ovogénesis se forman los gametos femeninos

La fecundación ocurre cuando el material genético del gameto masculino se fusiona con el del femenino

La fecundación interna, realizada generalmente por los animales terrestres, consiste en que el material genético del espermatozoide se fusiona con el óvulo en el conducto reproductor femenino (dentro del cuerpo de la hembra). Los espermatozoides son liberados en un medio líquido que les permite moverse dentro del conducto reproductor femenino, donde existe la mayor probabilidad de fecundar al óvulo que se produce en los ovarios. En la fecundación interna se protegen los gametos de los factores adversos del medio externo; asimismo, se requieren pocos óvulos para preservar la especie. No obstante, por la vida tan breve de los espermatozoides y la producción periódica de los óvulos, persiste la necesidad de una sincronización reproductiva. En los insectos, los espermatozoides se almacenan en los receptáculos espermáticos de la hembra y se liberan cuando se producen los óvulos para fecundarlos. Los reptiles, aves y mamíferos son de fecundación interna. Por lo general el macho, al copular con la hembra, introduce los espermatozoides en el conducto reproductor. La fecundación externa generalmente se presenta en los animales acuáticos y consiste en la liberación de los gametos en el agua, proceso conocido como desove. Se trata, hasta cierto punto, de una

fertilización o fecundación al azar, para su éxito ambos gametos deben ser expulsados en sitios cercanos y al mismo tiempo. Esta manera sincronizada de desove requiere que tanto la hembra como el macho alcancen la madurez sexual al mismo tiempo y en la misma zona. Se ha descubierto que algunas especies de animales marinos producen óvulos que liberan ciertas sustancias que atraen a los espermatozoides. La producción de grandes cantidades de gametos, en especial óvulos, contribuye a mantener equilibrado el crecimiento de las poblaciones de animales del medio acuático, ya que de la proporción de óvulos fecundados se presenta por lo general una alta tasa de mortalidad de la cría durante su proceso de crecimiento. La fecundación de la mayoría de los peces y mariscos es externa. La fecundación en la mayoría de las ranas se realiza en el medio acuático, aunque para la expulsión de los óvulos el macho abraza a la hembra ejerciendo presión sobre su abdomen, al mismo tiempo que él deposita sus espermatozoides sobre los óvulos. En este caso no hay copulación pero sí cierta sincronización en la fertilización. El tiburón, la lisa y la raya son peces de fecundación interna. La fecundación se realiza cuando el núcleo y un centriolo del espermatozoide se fusionan con el núcleo del óvulo, iniciándose la formación del cigoto, que es una célula diploide que al dividirse por mitosis inicia el desarrollo embrionario.

Figura 1.12

El tiburón y la raya son peces de fecundación interna.

La gametogénesis como producto de la meiosis Durante la gametogénesis se forman los gametos por medio de la división celular por meiosis. En este proceso la célula diploide sufre dos divisiones sucesivas, durante las que se reduce a la mitad el número de cromosomas y se generan cuatro células haploides que formarán los gametos. Los organismos que se reproducen sexualmente disponen de células diploides, es decir, con pares de cromosomas homólogos (morfológica y genéticamente similares, heredados de los dos 19

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

progenitores). Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y forman células haploides. Cuando el gameto masculino fecunda al femenino sus núcleos se fusionan y se restablece la condición diploide del cigoto, con dos juegos de cromosomas homólogos. En los animales, la formación de los gametos recibe el nombre de gametogénesis. La gametogénesis masculina se llama espermatogénesis y por cada célula que entra en el proceso se forman cuatro espermatozoides. La gametogénesis femenina se llama ovogénesis y por cada célula que entra en el proceso se forma sólo un ovocito, precursor del óvulo. En la profase I se aparean los cromosomas homólogos, lo que propicia el intercambio de material genético cuando los segmentos de las cromátidas homólogas apareadas se rompen y se reúnen en sitios recíprocos, proceso que se llama recombinación genética, y se forman las cromátidas mixtas o recombinantes que contienen porciones de la información proveniente de su homóloga; por tanto, ya poseen una información diferente de los cromosomas que no intercambiaron material genético. Esa diferenciación se transmitirá a los gametos en formación por medio de los cromosomas mixtos. Las recombinaciones génicas son un factor determinante de la variabilidad genética en las poblaciones pues contribuyen a reordenar y redistribuir en los gametos la información genética de una generación a la siguiente.

La mitosis como un proceso de reproducción asexual sin variabilidad genética En este tipo de reproducción, las nuevas células u organismos se originan de un solo progenitor; por tanto, no presentan variación genética y son idénticos a la única célula de la cual se derivaron. En cambio, tienen la ventaja de la rapidez en la reproducción, fenómeno que no sólo les reporta una mayor cantidad de descendientes que asegura su supervivencia, sino que por medio de ese acelerado proceso de división celular, existe una mayor posibilidad de que presenten mutaciones, que son su única fuente de variación. La diferenciación mínima de las células de los organismos que se reproducen asexualmente posibilita restaurar los tejidos dañados o mutilados del individuo.

Actividad integradora Elaborar un organizador de información en el que se integren los pun­ tos relevantes que sustentan los tipos de reproducción celular y de los organismos, así como los avances y las implicaciones de la ciencia y la  tecnología en su comunidad, estado o país, así como su impacto social.

Actividad de aprendizaje Contesta de forma breve lo siguiente: ¿Cuál es la forma de reproducción asexual de las procariotas?

¿Cómo se llama la reproducción asexual de la levadura a partir de una yema o brote que se le forma?

¿En qué consiste la multiplicación vegetativa, que es una manera de reproducción asexual en plantas?

¿Por qué la partenogénesis es considerada reproducción asexual?

¿En qué consiste la meiosis y en qué tipo de células se presenta?

Actividad con TIC Video sobre la mitosis y meiosis (división celular) https://www.youtube.com/watch?v=dlOB48f R-cl Incorpórate a tu equipo, analicen los videos de la división celular, para después elaborar sus conclusiones sobre la importancia de ambos procesos y exponerlas ante el grupo. 20

¿Cuáles son las principales características de la reproducción sexual?



¿En qué consiste la fecundación externa y en qué organismos se pre­ senta?

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Elabora el modelo de un cromosoma y señala sus componentes más importantes.

¿En qué consiste la fecundación interna y en qué organismos se pre­ senta?

¿Qué es la recombinación genética y qué importancia tiene en la varia­ bilidad?

Explica el origen del cáncer por descontrol en la división celular y sus repercusiones sociales. ¿Qué ventajas tiene la reproducción sexual y la asexual? Reproducción sexual: ¿Qué utilidad le reporta al agricultor la reproducción asexual vegetativa?

Reproducción asexual: ¿Qué relación tiene la meiosis con la producción de nuestros gametos?

¿Por qué en la reproducción asexual las células hijas o los nuevos or­ ganismos son idénticos entre sí e idénticos a la célula u organismos progenitor?

¿Por qué en la reproducción sexual es más frecuente la variabilidad genética?

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Actividades complementarias Reproducción asexual (No hay fusión de gametos) ORGANISMOS UNICELULARES Tipos

Características y ejemplos

Fisión binaria

La célula se divide en dos células hijas, cada una con una copia del cromosoma de la célula progenitora. Ejemplos: bacte­ rias y arqueobacterias.

División celular

El núcleo de cada célula hija recibe cromosomas en igual cantidad y son idénticos a los de la célula progenitora. Ejemplo: las amibas.

Gemación

A la célula progenitora se le forma una yema que se separa y desarrolla un nuevo individuo. Ejemplo: las levaduras. ORGANISMOS PLURICELULARES

Por fragmentación

El progenitor se divide en partes que generan nuevos individuos. Ejemplo: en hongos y algunos invertebrados.

Por conidios o esporas

Los conidios son esporas que generalmente se forman en los extremos de las hifas llamadas conidiósforos de los ascomi­ cetos y las esporas son células haploides (producidas por meiosis), que al dividirse por mitosis originan nuevos individuos en hongos, plantas, algunas algas y protozoarios.

Por partenogénesis

Se desarrolla el óvulo no fecundado hasta formar un nuevo individuo. Ejemplos: en crustáceos, insectos, peces y anfibios.

Por gemación

Al organismo progenitor se le forman brotes o yemas que al crecer desarrollan nuevos individuos. Ejemplos: en cnidarios y esponjas.

Multiplicación vegetativa

El nuevo individuo se desarrolla a partir de una parte especial del progenitor. Ejemplo: algunas plantas como la caña de azúcar, la fresa y la vid.

Actividad experimental Formen equipos y cultiven alguna planta por multiplicación vegetativa. Luego, realicen un reporte en el que registren las etapas del proceso y expliquen las ventajas que reporta el agricultor por este tipo de reproducción.

Reproducción sexual (Se fusionan dos gametos con genes de los dos progenitores, lo que promueve la variabilidad genética) Formación de gametos por meiosis

Los gametos masculinos se forman por espermatogénesis.

Los gametos femeninos se forman por ovogénesis.

La fecundación o fertilización ocurre cuando el material genético del gameto masculino se fusiona con el del femenino.

Fecundación interna: el material genético del espermatozoide se fusiona con el del óvulo en el conducto reproductor femenino, se presenta generalmente en animales terrestres.

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Fecundación externa: se liberan los gametos en el agua (desove) donde se realiza la fecundación hasta cierto punto al azar, se presenta generalmente en animales acuáticos.

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Regulación del ciclo celular 1. Gracias a los mecanismos moleculares internos que tiene la célula es posible la regulación de manera precisa de los procesos de su división, en ella participan dos enzimas: las quinasas (también denominadas cinasas) y las ciclinas. 2. Las quinasas reciben el nombre de quinasas dependientes de ciclinas (Cdk), porque sólo se activan cuando se asocian a una ciclina y forman el complejo Cdk-ciclina. 3. Las quinasas se encuentran en concentración constante durante el ciclo y se asocian con diferentes ciclinas para ser activadas.

Figura 1.13

Fases del ciclo celular.

Explica los principales acontecimientos que ocurren en las etapas de la interfase. G1: S: G2:

4. Las ciclinas varían su concentración durante el ciclo, al asociarse con las quinasas determinan las proteínas claves que son fosforiladas por el complejo Cdk-ciclina. La fosforilación es la unión de un grupo fosfato a ciertas proteínas por las enzimas quinasas que se activan en determinados procesos metabólicos. 5. Cuando el complejo Cdk-ciclinafosforila de determinadas proteínas se activa, otras se desactivan y dan lugar a los procesos del ciclo (G1, S, G2 y M). 6. Las ciclinas G1 al unirse a las moléculas Cdk-fosforilan forman proteínas que activan los procesos de la fase S. 7. Al unirse las ciclinas mitóticas a Cdk forman el factor promotor de la mitosis (FPM), que fosforilan proteínas que promueven los cambios en la mitosis. Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular 1. El cáncer se presenta por mutación de genes que controlan la división celular. 2. Cuando los protooncogenes (genes normales implicados en la división celular) presentan alteraciones, pueden convertirse en oncogenes (onkos, tumor) y generar la producción descontrolada de la proteína que estimula la división celular. 3. Cuando la mutación se presenta en genes supresores de tumores puede provocar la pérdida de la capacidad de la célula para producir la proteína que inhibe el crecimiento o que activa la muerte natural de la célula (apoptosis).

Figura 1.14

Modelo de regulación del ciclo celular.

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para heteroevaluación. Elige la letra de la respuesta correcta y escríbela dentro del cuadro. 1. Los cromosomas se forman de la condensación de las fibras de cromatina que contienen:

a) proteínas y carbohidratos

b) lípidos y carbohidratos

c) arn y lípidos

d) adn y proteínas

2. Etapas de la interfase en la cual se duplican los cromosomas:

a) G1

b) S

c) G2

d) citocinesis

3. Son los genes que pueden desencadenar la producción de proteínas que genera el cáncer:

a) oncogenes

b) protooncogenes

c) antioncogenes

d) supresores de tumores

4. Fase de la mitosis en la que se forma la membrana nuclear, los cromosomas toman la forma filamentosa de la cromatina y desaparece

el huso acromático: a) profase

b) metafase

c) anafase

d) telofase

5. Forma de reproducción asexual de las procariotas:

a) gemación

b) fragmentación

c) fisión

d) multiplicación vegetativa

6. Proceso asexual de algunos invertebrados, peces y anfibios para desarrollar el óvulo que no ha sido fecundado:

a) regeneración

b) acodaje

c) esporulación

d) partenogénesis

7. Proceso por el cual la célula diploide presenta dos divisiones nucleares y da origen a cuatro células haploides:

a) mitosis

b) meiosis

c) citocinesis

d) sinapsis

8. Es una de las ventajas de la reproducción sexual:

a) promover la variabilidad genética.

b) la reproducción rápida y con muchos descendientes.

c) tener como única fuente de variación las mutaciones.

d) no presentar variación genética.

9. Es una característica de la fecundación interna:

a) es más frecuente en animales acuáticos.

b) existe una mayor probabilidad de fertilización.

c) los gametos se liberan por desove.

d) hay muchos óvulos fecundados y alta tasa de mortalidad de crías.

10. Intercambio de material genético entre cromosomas homólogos y una de las causas que determinan la variabilidad en las pobla-

ciones:

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a) sinapsis

b) tétradas

c) recombinación genética

d) reducción cromosómica

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Autoevaluación

Bloque 1. Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos y su relación con el avance científico. Actividad de aprendizaje: Explica por medio de un organizador gráfico la estructura y función del ADN, los tipos de reproducción de los organismos y las características de las subfases G1, 5 y G2. Evalúa el objeto de aprendizaje 1.3. Actividad de aprendizaje: Con el apoyo de un material gráfico explicar los cambios de la célula en las etapas de la mitosis, así como la importancia que para el organismo tiene este proceso. Evalúa el objeto de aprendizaje 1.4. Para saber si fueron identificados los cambios que presenta la célula en las etapas de la mitosis y la importancia que este proceso tiene para la vida de los organismos, se sugiere la rúbrica de evaluación para la investigación documental realizado por el alumno para lograr su objetivo. Nombre del alumno:

Niveles Organización Redacción

Aspecto a evaluar

Calidad de información

Fuentes

Excelente (4)

Bueno (3)

Información bien organizada, La información está con párrafos bien redactados organizada con párrafos bien y con subtítulos. redactados. Casi no hay errores No hay errores de gramática, de gramática, ortografía ortografía o puntuación. o puntuación. La información está La información da claramente relacionada respuesta a las preguntas con el tema principal y principales y algunas ideas proporciona varias ideas secundarias y/o ejemplos. secundaria y/o ejemplos. Todas las fuentes de Todas las fuentes de información y las gráficas información y las gráficas están documentadas, pero están documentadas algunas no están en y en el formato deseado. el formato deseado.

Diagramas e ilustraciones

Los diagramas e ilustraciones son ordenados, precisos y añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones son precisos y añaden al entendimiento del tema.

Uso de internet

Usa con éxito enlaces sugeridos de la internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Puede usar enlaces sugeridos de la internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

La información está La información organizada, pero los párrafos proporcionada no parece no están bien redactados. estar organizada. Muchos errores de Pocos errores de gramática, gramática, ortografía ortografía o puntuación. o puntuación. La información da respuesta a las preguntas principales, pero no da detalles y/o ejemplos. Todas las fuentes de información y gráficas están documentadas, pero muchas no están en el formato deseado. Los diagramas e ilustraciones son ordenados y precisos y algunas veces añaden al entendimiento del tema. Puede usar ocasionalmente enlaces sugeridos de la internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

La información tiene poco o nada que ver con las preguntas planteadas.

Algunas fuentes de información y gráficas no están documentadas. Los diagramas e ilustraciones no son precisos o no añaden al entendimiento del tema. Necesita asistencia o supervisión para usar los enlaces sugeridos de la internet y/o navegar a través de los sitios.

Observaciones generales:

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Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Lista de cotejo

Objeto de aprendizaje 1.1 y 1.4. Lista de cotejo para autoevaluar el cuadro comparativo de las diferencias entre la mitosis y la meiosis. Es una actividad de aprendizaje implícita del bloque la de establecer las diferencias entre la mitosis y la meiosis como procesos de reproducción en los organismos, la cual se puede realizar por medio de un cuadro comparativo y para evaluar la consulta de investigación documental y las aportaciones propias logradas por el alumno, para establecer las diferencias y semejanzas entre estos dos importantes procesos, se sugiere el empleo de la presente lista de cotejo.

Criterio

1. Describe las características de la mitosis

Contenido

2. Describe las características de la meiosis 3. Establece la relación del tipo de reproducción de cada proceso 4. Manifiesta la importancia de cada proceso para la vida de los organismos. 5. Realizó el cuadro comparativo de los dos procesos. 6. El trabajo tiene una carátula con el título de la actividad, nombre de la materia, fecha de entrega y nombre del alumno.

Forma

7. La redacción de las semejanzas y diferencias y la importancia de los procesos es buena. 8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos 9. El informe se elaboró con un procesador de texto o a mano con buena caligrafía. 10. El trabajo se entregó oportunamente.

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Cumple Sí

No

Observaciones

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Coevaluación

Nombre del alumno:

Puntuación:

1. Resuelve los siguientes problemas. a) Analiza el ciclo celular y su relación con el cáncer, después explica con tus propias palabras, los procesos de regulación del ciclo celular y la razón por la cual el cáncer se presenta como un trastorno de dicho ciclo. b) Explica la importancia de la mitosis para la vida de los organismos y su relación con la reproducción asexual. c) Describe la diferencia entre la mitosis y la meiosis, y explica la relación de este último proceso con la reproducción sexual. 2. Logística. a) Dedica 60% de la duración de una sesión de clase para resolver los problemas y 40% restante para la coevaluación. b) Utiliza el libro de texto y una o dos hojas de papel tamaño carta, en el encabezado de la primera página escribe tus datos y a continuación lo solicitado en los incisos a, b y c del punto 1. c) Intercambia la hoja de respuesta con tus compañeros de grupo, de manera aleatoria o siguiendo las instrucciones del profesor. d) Efectúa la coevaluación con los criterios que se especifican en el punto 3. 3. Criterios para coevaluar. La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo en su conjunto participan de manera simultánea en la valoración del aprendizaje logrado. Este tipo de evaluación permite los siguientes puntos. n Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de críticas constructivas en la comparación del nivel de aprendizaje de los com-

pañeros de grupo. n Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de manera responsable. n Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales y de grupo. Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio. Niveles

Elementos

Interpretación de los problemas

10 Comprendió totalmente las instrucciones de los problemas a resolver.

5 El trabajo revela que las instrucciones fueron parcialmente interpretadas.

No tiene faltas de ortografía.

1

Puntos

No comprendió lo que se le solicitó.

Redacción del trabajo

Demostró dominio de los conocimientos básicos de los temas.

Demostró conocer los temas.

Tiene faltas de ortografía.

Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

La calidad del trabajo evaluado supera la del trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es similar al trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es inferior a la del trabajo desarrollado por el evaluador.

No conoce los temas.

Total

Comentarios:

Nombre del evaluador:

Fecha: 27

1

BLOQUE

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Coevaluación

Guía de observación del desempeño del alumno en la actividad experimental. Evalúa el objeto de aprendizaje 1.4 La primera actividad experimental del segundo curso de biología es la mitosis, al igual que en las anteriores del primer curso, es necesario que el alumno se conduzca conforme a los lineamientos establecidos, así como acatar las indicaciones del profesor(a). Objeto de aprendizaje Enfermedades relacionadas con el desorden del ciclo celular. Bloque:

Tema:

Asignatura: Biología

Nombre de la práctica: Profesor: Fecha:

Grupo:

1

Número del equipo

Sí

1. Demostró responsabilidad al traer los materiales solicitados. 2. Demostró compromiso al traer copia de la práctica y ya haberla leído previamente.

Acciones a evaluar

3. Siguieron los principios de seguridad marcados por el o la docente para la realización de la práctica. 4. Contribuyó con opiniones y experiencias personales durante la realización de la práctica. 5. Fue proactivo durante la realización de la actividad y propició un ambiente de trabajo cooperativo. 6. Laboró en un ambiente de respeto y tolerancia ante sus compañeras y compañeros. 7. Relacionó los conceptos vistos en clase con el tema de la práctica. 8. Al finalizar la práctica dejaron limpia el área de trabajo. 9. Se obtuvieron resultados óptimos y realizaron diversas observaciones. 10. Concluye correctamente la práctica revisando sus resultados obtenidos, lo aprendido y lo investigado. Total

Nota: Cada sí se evalúa con un valor de un punto.

28

Equipo:

2 No

Sí

3 No

Sí

4 No

Sí

5 No

Sí

6 No

Sí

No

Total

Grupo Editorial Patria®

Portafolio de evidencias

El portafolio de evidencias es un método de evaluación que consiste en: n

Recopilar los diversos productos que realizaste durante cada bloque (investigaciones, resúmenes, ensayos, síntesis, cuadros comparativos, cuadros sinópticos, el reporte de prácticas de laboratorio, talleres, líneas de tiempo, entre otros), que fueron resultado de tu proceso de aprendizaje en este curso.

n

No vas a integrar todos los instrumentos o trabajos que realizaste; más bien, se van a integrar aquellos que tu profesor(a), considere son los más significativos en el proceso de aprendizaje;

n

Te permiten reflexionar y darte cuenta de cómo fue tu desempeño durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje realizadas.

Fases para operar el portafolio de evidencias

Instrucciones de selección de evidencias

1. Comenta con tu profesor(a) el propósito de tu portafolio y su relación con los objetos de aprendizaje, competencias a desarrollar, desem­ peños esperados, entre otros elementos; acuerden el periodo de compilación de los productos (por bloque, bimestre, semestre). 2. Haz un registro de los criterios que debes considerar al seleccio­ nar tus evidencias de aprendizaje. 3. Comentar con tu profesor(a) todas las dudas que tengas.

1. Realiza todas las evidencias y así podrás incluir las que elaboraste de manera escrita, audiovisual, artística, entre otras. 2. Selecciona aquellas que den evidencia de tu aprendizaje, compe­ tencias y desempeños desarrollados, y que te posibiliten reflexio­ nar sobre ello. 3. Todas las evidencias seleccionadas deben cumplir con el propósi­ to del portafolio en cantidad, calidad y orden de presentación.

Propósito del portafolio de evidencias

Semestre

Observa los resultados del proceso de formación a lo largo del semestre, así como el cambio de los procesos de pensamiento sobre ti mismo y lo que te rodea, a partir del conocimiento de los distintos temas de estudio, en un ambiente que te permita el uso óptimo de la información recopilada. Asignatura

IV

Nombre del estudiante:

Criterios de reflexión sobre las evidencias

Comentarios del estudiante

¿Cuáles fueron los motivos para seleccionar las evidencias presentadas? ¿Qué desempeños demuestran las evidencias integradas en este portafolio? ¿Qué competencias se desarrollan con las evidencias seleccionadas? ¿Las evidencias seleccionadas cumplieron las metas establecidas en el curso? ¿Qué mejoras existen entre las primeras evidencias y las últimas? Monitoreo de evidencias

Núm.

Título

Fecha de elaboración

Comentarios del profesor/a

1 2 3 4 5

29

1

BLOQUE

Identificas los tipos de reproducción celular y de los organismos…

Tabla o lista de cotejo

Con base en el documento Lineamientos de evaluación del aprendizaje (DGB, 2011), el objetivo de las listas de cotejo es determinar la presencia de un desempeño, por lo tanto, es necesario identificar las categorías a evaluar y los desempeños que conforman cada una de ellas. Instrucciones: Marcar con una ✗ en cada espacio donde se presente el atributo. Estructura

desempeño

1. Cuenta con una carátula con datos generales del estudiante. 2. Cuenta con un apartado de introducción. 3. Cuenta con una sección de conclusión. 4. Cuenta con un apartado que señala las fuentes de referencia utilizadas. Estructura interna

desempeño

5. Parte de un ejemplo concreto y lo desarrolla hasta generalizarlo. 6. Parte de una situación general y la desarrolla hasta concretizarla en una situación específica. 7. Los argumentos a lo largo del documento se presentan de manera lógica y son coherentes. Contenido

desempeño

8. La información presentada se desarrolla alrededor de la temática, sin incluir información irrelevante. 9. La información se fundamenta con varias fuentes de consulta citadas en el documento. 10. Las fuentes de consulta se contrastan para apoyar los argumentos expresados en el documento. 11. Jerarquiza la información obtenida, destaca aquella que considera más importante. 12. Hace uso de imágenes o gráficos de apoyo, sin abusar del tamaño de los mismos. Aportaciones propias

desempeño

13. Cuenta con una carátula con datos generales del estudiante. 14. Cuenta con una sección de conclusión. 15. Cuenta con un apartado que señala las fuentes de referencia utilizadas. Interculturalidad

desempeño

16. Las opiniones emitidas en el documento promueven el respeto a la diversidad. Total

30

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Escala de clasificación

Evalúa los objetos de aprendizaje 1.2 y 1.5. Este instrumento puede evaluar actividades de aprendizaje, ejercicios, talleres, prácticas de laboratorio, cualquier tipo de exposición, podrá ser adaptado a las necesidades específicas de cada tema. Instrucciones: Indica con qué frecuencia se presentan los siguientes atributos durante la dinámica a realizar. Encierra en un círculo el número que corresponda si: 0 no se presenta el atributo; 1 se presenta poco el atributo; 2 generalmente se presenta el atributo; 3 siempre presenta el atributo. Contenido

0

frecuencia 1 2

3

0

frecuencia 1 2

3

0

frecuencia 1 2

3

0

frecuencia 1 2

3

0

frecuencia 1 2

3

1. Desarrolla los puntos más importantes del tema. 2. Utiliza los conceptos y argumentos más importantes con precisión. 3. La información es concisa. Contenido

4. Relaciona los conceptos o argumentos. 5. Presenta transiciones claras entre ideas. 6. Presenta una introducción y conclusión. Contenido

7. Utiliza ejemplos que enriquecen y clarifican el tema. 8. Incluye material de elaboración propia (cuadros, gráficas, ejemplos) y se apoya en ellos. Contenido

9. El material didáctico incluye apoyos para presentar la información más importante del tema. 10. La información la presenta sin saturación, con fondo y tamaño de letra idóneos para ser consultada por la audiencia. 11. Se apoya en diversos materiales. Contenido

12. Articulación clara y el volumen de voz permite ser escuchado por todo el grupo. 13. Muestra constante contacto visual. 14. Respeta el tiempo asignado con un margen de variación de más o menos dos minutos. Total Puntaje Total

31

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

2

Tiempo asignado: 8 horas

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

2.1 Concepto de adn, gen y cromosoma 2.2 Las leyes de Mendel

2.3 Características genéticas (Fenotipo, genotipo, homo­ cigoto, heterocigoto, domi­ nante, recesivo, alelo, locus) 2.4 Variaciones genéticas (dominancia incompleta, codominancia, alelos múltiples) 2.5 Teoría de Sutton y Morgan 2.6 Anomalías humanas ligadas a los cromosomas sexua­ les (hemofilia, daltonismo, entre otras) 2.7 Padecimientos comunes relacionados con el número anormal de cromosomas (aneuploidía y poliploidía) en cromosomas sexuales y autosomas

Competencias a desarrollar n n n

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

n n

Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

¿Qué sabes hacer ahora?

Desempeños por alcanzar

Escoge la letra de la respuesta correcta y escríbela dentro del cuadro.

Aplica el concepto de adn, gen y cromosoma para establecer la relación entre los genes y las características de los individuos. Realiza ejercicios de cruzas relacionadas con la ley de la segregación y la ley de la distribución, independiente de los caracteres hereditarios.

1. Es una de las razones por la que los chícharos fueron una elección ­afortunada para los experimentos de Mendel.

Reconoce las anormalidades hereditarias ligadas a los cromosomas sexuales como la hemofilia, albinismo.

a) Su estructura floral facilita su autopolinización. b) Son plantas monoicas. c) Son plantas dioicas. d) En el mercado se venden muchas variedades de ellos.

Reconoce agentes mutágenos más comunes en nuestro ambiente, sus efectos y prevención. Describe las leyes que rigen la herencia de las características biológicas de los seres vivos.

2. Plantas que generación tras generación conservan un determinado carácter.

Diferencia las características genotípicas de las fenotípicas que pueden presentar los seres vivos.

a) Híbridas b) De línea pura c) Generación filial 1 d) Generación filial 2

Reconoce que las mutaciones genéticas pueden provocar cambios adaptativos en una población.

3. Proporción en que se manifiesta el carácter dominante, según los trabajos de Mendel.

Propone que los genes se transportan en los cromosomas 7. y que los alelos (formas alternas de un gen) se localizan en cromosomas homólogos.

a) 25% en la generación F2. b) 100% en la generación F1 y 75% en la F2. c) 50% en la generación F1 y 50% en la F2. d) 25% en la generación F1.

a) Teoría cromosómica. b) Teoría de la deriva génica. c) Ley de la segregación. d) Ley de la segregación independiente.

4. Son las características físicas observables en el organismo. a) Genotipo

b) Fenotipo

c) Genómicas

d) Recesivos

8. A partir de sus experimentos con la mosca Drosophila descubrió que el color de los ojos estaba ligado al sexo.

5. El genotipo Tt indica que se trata de:

a) Gregorio Mendel c) Walter Sutton

a) Un homocigoto dominante. b) Un homocigoto recesivo. c) Un heterocigoto. d) Dos heterocigotos.

b) Theodore Boveri d) Thomas H. Morgan

9. Trisomía que se presenta cuando en el par 21 hay un cromosoma de más.

Se presenta cuando al cruzar plantas de flores rojas con plantas de 6. flores blancas se obtiene en la generación F1 plantas de flores rosas.

a) Síndrome de Turner c) Síndrome de Down

b) Síndrome de Klinefelter d) Síndrome de Talasemia

10. Mutación en la que se presenta la pérdida de un segmento cromosómico.

a) La dominancia incompleta. b) La herencia recesiva. c) La herencia multifactorial. d) Herencia por alelos múltiples.

a) Delección c) Duplicación



b) Inversión d) Traslocación

  n n n

Identifica ideas clave en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas. Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

n n n n

Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica de los seres vivos. Privilegia el diálogo como mecanismo para la solución de conflictos.

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Situación didáctica ¿Qué semejanzas y diferencias había entre la hipótesis de Maupertuis y el principio genético actual? Pierre Louis Moreau de Maupertuis (1698-1759) fue un francés que en el siglo xviii (en 1745) desarrolló teorías sobre los procesos de la herencia con conceptos muy adelantados a su época. Maupertuis se oponía a la hipótesis de la preformación muy divulgada entonces, la cual sostenía que el espermatozoide, al ser expulsado, ya contenía un embrión que se desarrollaba en el útero de la mujer; su rechazo a esta hipótesis era por la evidencia de que los hijos también heredan características de la madre y no sólo del padre.

¿Cómo lo resolverías? nos reproductores; estas partículas tenían función de formar una parte específica del cuerpo, por lo que para ésta habría dos partículas, una procedente del padre y otra de la madre, una de ellas podría manifestarse y la otra ocultarse; por eso los descendientes pueden exhibir una característica que sólo posee uno de sus progenitores.

Para explicar cómo se transmiten los caracteres de los progenitores a los descendientes propuso que ambos progenitores aportaran semen compuesto por partículas de la herencia, las cuales se producían en distintas partes del cuerpo, para después llegar a los órga-

Secuencia didáctica

¿Qué tienes que hacer?

De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Qué relación hay entre adn, gen y cromosoma? 2. ¿Qué resultados obtuvo Mendel en la cruza monohíbrida (con un carácter contrastante) en la generación F1 y F2. 3. ¿Cómo se interpreta la primera ley o ley de la segregación elaborada por Mendel con base en los resultados obtenidos en la cruza monohíbrida? 4. ¿Qué resultados fenotípicos obtuvo Mendel en la cruza dihíbrida: plantas de semillas lisas y amarillas (llaa) con plantas de semillas rugosas y verdes (llaa) en las generaciones F1 y F2? 5. ¿Cómo se interpreta la segunda ley o ley de la distribución independiente elaborada por Mendel con base en los resultados obtenidos de la cruza dihíbrida? 6. Investiga y aplica la siguiente terminología básica en genética: fenotipo, genotipo, homocigoto, heterocigoto, dominante, recesivo, alelo, locus. 7. ¿Qué diferencias hay entre la dominancia incompleta y la codominancia? Cita ejemplos. 8. ¿Cómo se heredan los caracteres denominados de alelos múltiples? 9. ¿Cuál fue la aportación de la teoría cromosómica de Sutton? 10. ¿En qué consistió el descubrimiento de la herencia ligada al sexo realizado por Morgan? 34

11. ¿Cuáles son las anomalías humanas más comunes ligadas a los cromosomas sexuales y qué características presentan? 12. ¿Cuáles son los padecimientos comunes relacionados con el número anormal de cromosomas? Aneuploidia y poliploidia en cromosomas sexuales y en autosomas. 13. ¿Cuáles son los agentes mutágenos más comunes en nuestro ambiente, sus efectos y prevención? Intégrate a tu equipo y realicen las siguientes actividades: „Cada miembro del equipo dará a conocer los resultados de su

investigación, de manera que tengan la posibilidad de intercambiar y enriquecer los conceptos que tengan sobre los principios de la herencia y su importancia para los seres vivos. „El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación

para su presentación grupal.





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Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque, realiza las siguientes actividades.   1.  Realiza ejercicios de cruzas monohíbridas y dihíbridas relacionadas con la ley de la segregación y la ley de la distri­ bución independiente empleando los cuadros de Punnet.   2.  Explica en qué se fundamenta la primera ley (ley de la segregación) y la segunda ley (ley de la distribución independiente) de Mendel.

  8.  Investiga y expón ante el grupo de manera oral y gráfica las características de una anomalía genética.   9.  Elabora en equipo las conclusiones acerca de los agentes mu­ tágenos más comunes, sus efectos y pre­vención.

  3.  Explica de qué manera han contribuido las aportaciones de Mendel a la economía y la salud humana.   4.  ¿Qué es la dominancia incompleta, la codominancia y los alelos múltiples, y qué importancia tienen en la vida de los or­ ganismos?   5.  ¿Qué importancia tienen los descubrimientos de Sutton y Morgan sobre las propiedades de los cromo­somas?   6.  ¿Cuáles son las anomalías más comunes ligadas a los cro­ mosomas sexuales y cuáles son sus caracte­r ís­ticas?   7.  ¿Cuáles son los padecimientos más comunes relacionados con el número anormal de cromosomas?

35

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

2.1 Concepto de adn, gen y cromosoma Desde que el ser humano empezó a sembrar plantas y criar animales, se dio cuenta que en la reproducción se transferían características semejantes de una generación a la siguiente tanto en vegetales como en animales; en esas primeras etapas del desarrollo de la sociedad humana se desconocían los procesos por los cuales se transmiten esos caracteres hereditarios. En la actualidad, con el avance de la Genética se han identificado los elementos portadores de la información genética llamados genes, que están formados de moléculas de adn (ácido desoxirribonucleico), el cual tiene como función almacenar, copiar y transmitir las información genética de una célula que se divide a las células hijas. Los genes son transportados por los cromosomas, que son estructuras formadas por cromatina compuesta de fibras de proteínas y adn, que pueden ser visibles en el núcleo, por medio del microscopio, cuando la célula inicia su división. Cada cromosoma transporta una molécula muy larga de adn en cuya extensión se localizan cientos o miles de genes. Cada célula contiene su juego de genes, cuando el adn de éstos se expresan, su información se traduce para formar proteínas específicas que van a formar parte de la estructura celular o a regular sus funciones. Antes de que la célula se divida hace una copia de sus cromosomas y de esta manera cada célula hija hereda una copia completa de la información genética.

Figura 2.1

Gregor Mendel.

dos de sus experimentos fueron redescubiertos y sus principios, en los que se establece que los caracteres hereditarios se transportan en factores discretos y éstos se separan en cada generación, han servido de base a la ciencia de la genética. Lo que Mendel llamó factores hereditarios actualmente se conocen como genes.

Características que hacen del chícharo una buena opción Se afirma que el hecho de que Mendel haya escogido el chícharo para sus experimentos fue una buena opción debido a las características ventajosas que presenta esta planta y que se pueden resumir en los siguientes puntos:

Actividad de aprendizaje

n Se cultivan con facilidad, crecen con rapidez y se adquieren en

Presenta ante el grupo tus conclusiones respecto a los conceptos de ADN, gen y cromosoma. Se evalúa en la página 60.

n Sus

2.2 Las leyes de Mendel Gregor Mendel (1822-1884) fue un monje austriaco que experimentó con plantas de chícharo (Pisum sativum) en el jardín de su monasterio en Brünn, Austria (actualmente Brünn, pertenece a la República Checa); sus estudios conducirían a la comprensión de los mecanismos de la herencia. La importancia de los trabajos de Mendel consistió en que fueron debidamente planeados y  los  resultados que obtenía sobre la cantidad de descendientes que expresaba, los registraba para después someterlos a un análisis estadístico. Mendel consignó los resultados que obtuvo durante años de trabajo (1856-1863) en un artículo titulado “Experimentos de hibridación en plantas”, publicado en 1865 en la revista Memorias de la Sociedad de Historia Natural de Brünn. Sin embargo, estas aportaciones fueron ignoradas por los científicos de su época. En 1900 (16 años después de su fallecimiento) los resulta36

la mayoría de los mercados.

flores disponen de una parte masculina y una femenina encerradas por los pétalos, lo que propicia la autofecundación (el gameto masculino fecunda al femenino de la misma flor).

n Son de diversas variedades, lo que facilita el estudio de la va-

riación genética que conservan las líneas puras, es decir, que no presentan cambios en sus caracteres en sucesivas generaciones.

n Se facilita la polinización cruzada de sus variedades en forma

artificial. Para ello, primero se cortan las anteras (donde se produce el polen, gameto masculino) de las flores de una, para después transportar el polen de las flores de la otra y depositarlo en los estigmas (parte superior del gineceo, estructura reproductora femenina) de las flores sin anteras.

Actividad de aprendizaje Elabora en un organizador gráfico los significados de los términos adn, gen y cromosoma para comprender las aportaciones de Mendel en el campo de la genética.

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Cruza monohíbrida Mendel tuvo el cuidado de cultivar durante un tiempo, previo a sus experimentos, guisantes conocidos también como chícharos de líneas genéticamente puras, es decir, que expresan sus rasgos físicos de generación en generación, características que en la actualidad se conocen como fenotipo. De las cepas de línea genéticamente puras de esta planta, Mendel escogió siete pares de rasgos contrastantes: semilla amarilla o verde, semilla lisa o rugosa, vaina verde o amarilla, planta alta o baja, vaina inflada o comprimida, flor púrpura o blanca, posición axial o terminal de la flor. Debido a que estos fenotipos son claramente distinguibles, los resultados obtenidos por Mendel fueron analizados con mucha facilidad.

Antera

Estambre Estigma Pétalos

Pistilo Ovario

Figura 2.2

La flor del chícharo (Pisum sativum). Carácter Carácter Carácter Carácter Dominante Rasgo Rasgo Dominante Rasgo Dominante Rasgo Dominante Rasgo Amarillo Amarillo Amarillo Amarillo Color de de la semilla semilla Color Color de la la semilla Color de la semilla ColorLisa de la semilla Lisa Lisa Lisa Forma de de la semilla semilla Forma Forma de la la semilla Forma de la semilla Forma de la semilla

Carácter Carácter Carácter Carácter Carácter Recesivo Dominante Dominante Recesivo Dominante Recesivo Dominante Recesivo Dominante Verde Amarillo Amarillo Verde Amarillo Verde Amarillo Verde Recesivo Amarillo

Cuadro 2.1 CaracterísticasRasgo de las plantas de chícharo utilizadas por Mendel Recesivo Recesivo Rasgo Recesivo Rasgo Recesivo en sus experimentos. Rasgo Rasgo

Color de la semilla

Forma de la semilla

Carácter

Dominante

Color de la semilla Color de la semilla Color de la semilla Color de la semilla

Amarillo

Forma de la semilla Forma de la semilla Forma de la semilla Lisa Forma de la semilla

Rugosa Lisa Lisa Rugosa Verde Lisa Rugosa Lisa Rugosa Lisa

Recesivo Verde Verde Verde Verde Verde

Rugosa Rugosa Rugosa Rugosa Rugosa

Rugosa

Color de la vaina Color de la vaina Verde Color de la vaina Color de la vaina

Verde Verde Color de Verde Color de la la vaina vaina Color de la vaina Verde Color de la vaina Color de la vaina

AmarillaVerde AmarillaVerde Verde AmarillaVerde AmarillaAmarilla Verde

Amarilla Amarilla Amarilla Amarilla Amarilla

Forma de la vaina

Forma de la vaina Inflada Forma de la vaina Forma de la vaina Forma de la vaina

Inflada Inflada Inflada Forma de la Forma de deInflada la vaina vaina Forma la vaina Forma de la vaina Forma de la vaina

Comprimida Inflada Inflada Comprimida Inflada Comprimida Inflada Comprimida Comprimida Inflada

Comprimida Comprimida Comprimida Comprimida Comprimida

Color de la flor

Color de la flor Púrpura Color de la flor Color de la flor Color de la flor

Color de de la flor flor Color Color de la la flor Color de la flor Púrpura Color de Púrpura la flor Púrpura Púrpura

Blanca Blanca Blanca Blanca

Posición de la flor Axial Posición de la flor Posición de la flor Posición de la flor

Posición de de la flor flor Posición Posición de la la flor Posición de la flor Axial Posición Axial de la flor Axial Axial

Terminal Axial Terminal Axial Terminal Axial Axial Terminal Axial

Terminal Terminal Terminal Terminal Terminal

Longitud delAlta tallo Longitud del tallo Longitud del tallo Longitud del tallo

Longitud Longitud del del tallo tallo Longitud del tallo Longitud Alta del tallo LongitudAlta del tallo Alta Alta

Baja Baja Baja Baja Alta Alta Baja Alta Alta Alta

Baja Baja Baja Baja Baja

Color de la vaina

Posición de la flor

Longitud del tallo

Blanca Púrpura Púrpura Púrpura Púrpura Púrpura

Blanca Blanca Blanca Blanca Blanca

Terminal

37

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Además, en sus experimentos cruzó plantas de cepas que diferían sólo en una característica, por ejemplo, la altura. Así seleccionó guisantes de línea genéticamente puras de talla alta y de talla baja. Dichos organismos constituyen la generación parental (P). Para hacerlo realizó una polinización cruzada entre la planta alta y la planta baja, que consistía en retirar las anteras de la flor de la planta baja, para después espolvorear sus estigmas con el polen de la flor de la variedad de talla alta. De esta cruza obtuvo descendientes con plantas de talla alta, es decir, sólo mostraban el fenotipo de uno de los progenitores. A esta primera descendencia se le conoce como generación F1 (primera generación filial). De la autofecundación normal de las plantas de la generación F1 obtuvo la generación F2 (segunda generación filial) compuesta por 787 plantas altas y 277 bajas, una proporción cercana a tres plantas altas por cada planta baja. De la misma manera, cuando cruzó plantas de chícharo de flores púrpuras con las de flores blancas, las semillas obtenidas sólo dieron plantas de flores púrpuras en la generación F1 y, al autopolinizarse, éstas produjeron semillas de las que se originaron las plantas de la generación F2 en la proporción de tres de flores púrpuras por una de flores blancas. A los caracteres talla alta y flor púrpura, que se manifestaron en 100% en la generación F1 y en 75% en la F2 se les denominó dominantes, y el carácter talla baja y flor blanca, que quedaron ocultos en la generación F1 y sólo se manifestaron en 25% en la F2, recesivos. P: Flores púrpuras (Línea pura dominante)

X

Flores blancas

↓

(Línea pura recesiva)

F1: 100% flores púrpuras (carácter dominante) F2: 75% flores púrpuras y

25% flores blancas

(Carácter dominante)

(Carácter recesivo)

En los demás experimentos realizados por Mendel siempre obtuvo resultados semejantes, en la proporción 3:1 porque: n Los híbridos de la generación F1 son diploides heterocigotos

(Aa); se utilizan letras mayúsculas para representar el carácter dominante y minúsculas para el recesivo.

n Los gametos que producen son haploides. n Los alelos Aa se segregan y forman gametos haploides A y a. n Al combinarse los gametos al azar pueden formar los cigotos

AA, con una probabilidad de 25%, Aa con una probabilidad de 50% , y aa, con una probabilidad de 25%.

Actividad de aprendizaje Investiga en equipo acerca de las aportaciones de Mendel en Genética. Con la información obtenida elabora un resumen con diversos ejem­ plos sobre las características heredadas en cada generación. Comparte los resultados con tus compañeros de grupo.

2.3 Características genéticas (fenotipo, genotipo, homocigoto, heterocigoto, dominante, recesivo, alelo, locus) Mendel dedujo que cada carácter estaba determinado por un par de factores (hoy sabemos que se llaman genes, término propuesto por Wilhelm Johannsen en 1903). Como ya se explicó, al factor contrastante que se manifiesta en el organismo se le llama dominante y, al que se oculta, recesivo. Cada gameto es portador de uno de los dos factores, por lo que durante la formación de los gametos en la meiosis estos factores se separan o se segregan, y durante la fecundación o fertilización se unen los dos factores hereditarios para constituir los pares que determinarán la manifestación del carácter. Esto se llama la ley de la segregación (primera ley de Mendel). Como ya se ha mencionado, el fenotipo1 es la característica física que se observa en el organismo (ejemplo: flores púrpuras, flores blancas, semillas lisas, etc.) y el genotipo es su constitución genética; por tanto, el genotipo de los progenitores son: AA (flores púrpuras) y aa (flores blancas). En estos casos, en que los dos alelos son iguales, se dice que son homocigotos (AA homocigoto dominante y aa homocigoto recesivo). Cuando hay contraste en los dos alelos (Aa) se trata de heterocigotos. El genotipo de la generación F1 es Aa heterocigoto, y los genotipos de la generación F2 son AA, Aa y aa, un homocigoto dominante: AA, dos heterocigotos: Aa y un homocigoto recesivo: aa, mientras que el fenotipo de la generación F1 es 100% de flores púrpuras y en la F2 75% de flores púrpuras y 25% de flores blancas. Por último, se llaman alelos (forma abreviada de alelomorfos, que significa “de una u otra forma”) a las formas alternas que adoptan los genes en la expresión de un carácter dominante o recesivo. Los alelos ocupan la misma posición (locus) en cromosomas homólogos. Para describir en forma gráfica las cruzas de Mendel se emplean los cuadros de Punnet (en honor de su creador Reginald Crandall Punnet). Como se observa en la figura 2.4, en cada generación se segregan los alelos. La generación parental o P1 (de los progenitores) está formada por homocigotos, uno dominante (LL) y otro recesivo (ll).

n Dado que el alelo A es dominante sobre el a, los poseedores de

los genotipos AA y Aa presentarán el rasgo dominante y los portadores del aa el recesivo.

38

1

Los conceptos de genotipo y fenotipo fueron formulados en 1909 por W. Johannsen (1861-1926), genetista danés.

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Figura 2.3

Ilustra la primera ley de Mendel que señala que el par de factores (genes) que determinan un carácter se separan entre sí al formarse los gametos, por lo que cada gameto es portador de un solo gen.

P1 AA Gametos

aa

A

A

a

a

F1 Aa Gametos

Aa

A

a

A

a

F2

AA

Aa

Aa

aa

L

l

X

Figura 2.4

Cruza monohíbrida de semillas lisas con semillas rugosas: en la generación F1 fenotípicamente todas las semillas son lisas, es decir, 100% con carácter dominante. Genotipo 100% heterocigoto Ll. En la F2, por tres semillas lisas hay una rugosa. Genotipo: un homocigoto dominante LL, dos heterocigotos Ll y un homocigoto recesivo ll.

Lisa LL

X

Rugosa ll

Lisa LL L

Rugosa ll

L

L

L

L

l

l

L Ll

Ll

l

LL

Ll

L Ll

Ll

l

LL

Ll

Ll

ll

l Ll

Ll

l

l Generación F1 Ll

Ll

LlGeneración F2

ll

39

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

LA

Genes de los gametos que determinarán los caracteres: semillas rugosas (I) y verdes (a).

LA

la LAla

LAla

LAla

LAla

Genes de los gametos que determinarán los caracteres: semillas lisas (L) y amarillas (A).

la

Figura 2.5

Generación F1, fenotípicamente 100% plantas con semillas lisas y amarillas. Genotipo: LAla. 1 LLAA 1 LLAA

LA

La

lA

la

9

9

9

9

9 LA LLAA

LLAa

LlAA

9

9

3

3

3

3

LlAa

3

La LLAa

LLaa

LlAa

Llaa

lA LlAA

LlAa

llAA

llAa

3

3

3

3

3

3

3

3 3

3

1

1

2 1 LLAa LLAA 2 1 LLAa LLAA SemillasSemillas lisas lisas y amarillas y amarillas 2 LlAA 2 LlAA 1 LLAa LLAA LLAaSemillasSemillas lisas lisas y amarillas y amarillas 4 LlAa 4 LlAa 2 LlAA 2 LlAA LLAa Semillas lisas 1 LLAA 1 LLAA y amarillas 4 LlAa 4 LlAa 2 LlAA 2 LLAa 2 LLAaSemillasSemillas lisas lisas 4 LlAa y amarillas y amarillas 2 LlAA 2 LlAA 4 LlAa 4 LlAa 1 LLaa 1 LLaaSemillasSemillas lisas lisas y verdesy verdes 2 2 LLaa Llaa 1 Llaa LLaa 1 SemillasSemillas lisas lisas y verdesy verdes 2 LLaa Llaa 2 Llaa 1 Semillas lisas y verdes 2 Llaa 1 LLaa 1 LLaaSemillasSemillas lisas lisas y verdesy verdes 2 Llaa 2 Llaa 1 llAA 1 llAA SemillasSemillas rugosasrugosas y amarillas 2 llAA llAa 1 2 llAA llAay amarillas 1 SemillasSemillas rugosasrugosas y amarillas 2 llAA llAa 2 llAay amarillas 1 Semillas rugosas y amarillas 2 llAa 1 llAA 1 llAA SemillasSemillas rugosasrugosas y amarillas 2 llAa 2 llAay amarillas

rugosasrugosas 1 llaa 1 llaa SemillasSemillas y verdesy verdes 1 1 llaa 1 llaa SemillasSemillas rugosasrugosas LlAa Llaa llAa llaa 1 y verdesy verdes 1 Semillas rugosas 1 llaa Figura 2.6 y verdes Generación F2. La proporción obtenida fue nueve de semillas lisas y amarillas, tres de semillas lisas y verdes, tres de semillas rugosas y amarillas y una de semillas rugosas y verdes (9:3:3:1). 1 1 1 llaa 1 llaa SemillasSemillas rugosasrugosas y verdesy verdes la

40



Cada progenitor produce un solo tipo de gameto L o l, de tal manera que toda la generación F1 hereda un alelo de cada progenitor: Ll; por tanto, todos son híbridos, dominando L sobre l. En la generación F2 aparecen tres con el carácter dominante (porque el fenotipo del heterocigoto Ll es igual al del homocigoto dominante LL) y un homocigoto recesivo ll. Mendel no fue el primero en experimentar con la cruza de chícharos, pero sí en obtener buenos resultados, debido a que efectuó de manera correcta sus estudios y registró minuciosamente los resultados. Poseedor de una capacidad analítica extraordinaria, se planteaba nuevas hipótesis sobre los caracteres hereditarios analizados, que confirmaba mediante nuevos proyectos experimentales.

Cruza dihíbrida No conforme con experimentar con plantas que sólo diferían de un carácter, Mendel quiso saber si obtendría los mismos resultados al cruzar plantas que contrastaban simultáneamente en un par de caracteres; para ello se propuso cruzar plantas de chícharos de línea pura con dos rasgos dominantes, con otras también de línea pura, pero con dos caracteres recesivos, a lo que se le llamó cruza dihíbrida (doble heterocigoto) ya que cada vegetal difería en dos pares de alelos, como en el caso siguiente (figura 2.5). Para la autofecundación de la generación F1 participan los gametos con los siguientes genes (figura 2.6). Con base en los resultados de la cruza dihíbrida se elaboró la segunda ley, conocida como ley de la distribución independiente, cuyo postulado señala que cada par de factores (genes) se separa al azar y se hereda en forma independiente entre sí, por lo que hace in­ dependiente también la transmisión de un carácter respecto a otro.

Los trabajos de Mendel y la meiosis Mendel no conoció el proceso de la meiosis por medio del cual se forman los gametos porque sencillamente aún no se descubría, pero gracias a trabajos posteriores se identificó a los cromosomas como las estructuras localizadas en el núcleo de las células eucariotas o en el citoplasma de las procariotas, donde están contenidas las unidades encargadas de transmitir la información hereditaria denominadas genes, a los que Mendel llamó factores. Los genes están formados por moléculas de adn a todo lo largo de los cromosomas. Cada gen ocupa su posición en el cromosoma denominado locus. Los cromosomas en las células diploides (2n) se encuentran en pares formando los cromosomas homólogos (provenientes de cada una de las dos líneas progenitoras) y por consiguiente también los genes se encuentran en pares, uno en cada cromosoma, y son los encargados de transmitir la información del carácter dominante o recesivo por medio de los gametos. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se aparean para después separarse o segregarse hacia los núcleos de las células haploides que formarán los gametos, de tal manera que cada célula recibe un cromosoma de

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cada par homólogo. Así se demostró que un par de cromosomas se separa independientemente del otro par por encontrarse en cromosomas separados, lo que confirmó la ley de la distribución independiente propuesta por Mendel, pues la distribución de un par de factores no afecta la de otro par.

Herencia posmendeliana Después que las reglas de la transmisión de la herencia de Mendel fueron redescubiertas, se divulgaron ampliamente. Sin embargo, los genetistas hallaron casos en los que un miembro de un par de alelos a veces no era por completo dominante sobre el otro, o que la expresión de los rasgos lo determinaba más de un par de alelos, apartándose así de estas reglas. En dichas circunstancias, los investigadores intensificaron la actividad experimental para entender las nuevas reglas de la herencia. Actividad experimental

La ley de la distribución independiente La segunda ley de Mendel señala que cada par de factores (genes) se separan al azar y se heredan en forma independiente; por ello, la he­ rencia de un carácter respecto al otro también es independiente. En esta sencilla práctica se pretende demostrar la distribución indepen­ diente y aleatoria de los genes; para tal propósito se emplearán semi­ llas de frijol rojas y blancas que hacen las veces de los factores.

Objetivo Relaciona la regla de la probabilidad y la ley de la distribución indepen­ diente de Mendel.

Material n Semillas

de frijol blancas. de frijol rojas. n 3 cajas o frascos. n Semillas

Procedimiento n Coloca

20 frijoles rojos dentro de una caja o frasco y ponle el siguiente rótulo: generación parental (carácter dominante). n Coloca 20 frijoles blancos dentro de otra caja o frasco y ponle el siguiente rótulo: generación parental (carácter recesivo). n Traslada 16 frijoles rojos y 16 blancos a la tercera caja o frasco y agítalo. Estos 16 pares de semillas representan los factores here­ ditarios de Mendel; los rojos determinarán el carácter dominante y los blancos el recesivo. n Sin ver, saca por pares las semillas de la tercera caja y registra los resultados obtenidos de la siguiente manera: el par de rojas equivale a homocigotos dominantes AA, una roja y una blanca a un heterocigoto Aa y dos blancas representan a un homocigoto recesivo aa. AA

41

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia Actividad de aprendizaje

Aa

Resuelve los ejercicios para comprender la ley de la segregación (cruza monohíbrida) y la ley de la distribución independiente (cruza dihíbrida) de los caracteres hereditarios. Presenta al grupo los ejercicios resuel­ tos con una actitud de respeto y colaboración. TT TT

aa

Conclusiones

tt tt (Talla baja) (Talla baj

(Talla alta)alta) (Talla

Puedes repetir el experimento tirando al aire dos monedas al mismo tiempo 10, 20 y 50 veces. Anota tus resultados. Cara/cara = AA, cara/ cruz = Aa y cruz/cruz = aa.

Empleando el cuadro de Punnet anota los resultados obtenidos por Men­ del en la cruza monohíbrida.

Actividad de aprendizaje

T T

Elabora tus conclusiones respecto a la actividad experimental sobre la ley de la distribución independiente y presenta a tus compañeros de grupo los resultados, asumiendo una actitud de respeto y colabo­ ración.

TT (Talla alta) t

t

T t

t

T T

tt (Talla baja)

T

T T

Actividad de aprendizaje Completa en forma breve las siguientesTT expresiones. (Talla alta)

tt T (Talla baja)

1. Las características observables del individuo se llaman , en tanto que el contenido genético de las célu­ TT . las se denominan

tt (Talla baja)

(Talla alta)

2. Las cepas de chícharo que siempre conservan un carácter t físi­ TT TT alta)alta) co  se llaman y su símbolo(Talla es (Talla . T T T 3. Las características que tiene la flor de la planta de chícharo y que contribuyen a conservar las características físicas a través de su­ T T cesivas generaciones son: . t T 4. Al cruzar plantas de semillas lisas (LL) con plantasTde Tsemillas

rugosas (ll), Mendel obtuvo en la generación F1 y en la generación F2 . t

T

Generación F2

8. Cuando el genotipo posee un par de alelos idénticos (LL o ll) se Fenotipo: Generación F1 siF1 Genotipo: dice que es ;Generación en cambio, tiene un Fenotipo: Fenotipo: par de alelos diferentes (Ll) se trata deGenotipo: . Genotipo: 42

T

T

t

t

t

Generación F2 Fenotipo: Genotipo:

t

t 7. Son formas alternativas de un gen, controlan variaciones deFenotipo: la Fenotipo: Genotipo: mismaGenotipo: característica y ocupan la misma posición (locus) en cro­ mosomas homólogos: . Generación F1

Tt

T

6. Según Mendel, cada carácter estaba determinado por de factores, que hoy sabemos que t se llaman . t

T

Generación F2 Fenotipo: Genotipo:

Generación F2 F2 Generación Fenotipo: Fenotipo: Genotipo: Genotipo:

t

Generación F2 Generación Fenotipo: Fenotipo: Genotipo: Genotipo:

t

T

5. El carácter que se presentó en la t generación F1 seGeneración llamó t F1 , en cambio el carácter Fenotipo: que se Genotipo: t ocultó tse nombró .

Generación F1

t t

tt tt T (Talla baja)baja) (Talla Generación F1 F1 Generación Fenotipo: tFenotipo: Genotipo: Genotipo:

T

t

T

t

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En el siguiente cuadro anota los resultados obtenidos por Mendel en la generación F2 de cruza dihíbrida y dibuja en cada caso el tipo de se­ milla de que se trata.

2.4 Variaciones genéticas (dominancia incompleta, codominancia, alelos múltiples) Dominancia incompleta

LLAA (Semillas lisas yLLAA amarillas) (Semillas lisas y amarillas) LA

LA

La

La

LA

La

llaa LLAA (Semillas rugosas y verdes) (Semillas rugosas y verdes) lA

lA

la

la

LA

La

Codominancia Existe codominancia cuando los heterocigotos en vez de presentar un fenotipo apegado a la ley de la dominancia de Mendel o de tipo intermedio de sus progenitores, como en la dominancia incompleta, expresan de forma simultánea los fenotipos de los dos progenitores homocigotos. Por ejemplo, la descendencia heterocigota que resulta de la cruza entre una gallina blanca y un gallo negro puede heredar el color del plumaje de sus dos progenitores homocigotos, que presenta plumas negras y blancas. Otro ejemplo es el tipo sanguíneo AB, que también es ejemplo de alelos múltiples, indica que las personas con ese tipo sanguíneo disponen de eritrocitos con glucoproteínas tanto A como B.

lA lA

la

Mendel tuvo el acierto de experimentar con plantas de chícharo que heredan a sus descendientes los fenotipos de dominancia y recesividad bien definidas y distinguibles, ya que existen especies de plantas y animales en las que los híbridos de la primera generación filial heredan una apariencia intermedia de los caracteres de las dos variedades parentales homocigotos. Por ejemplo, en la cruza de las plantas llamadas boca de dragón (antirrhimum majus) de flores rojas y blancas, los descendientes producen flores rosas en la generación F1 y en la generación F2 se obtiene una flor roja por cada dos rosas y una blanca. Este fenómeno se llama dominancia incompleta, con proporción de 1:2:1.

la

Figura 2.7

Cruza de la dominancia incompleta.

r

r

b

b

r rb

P

r

rb

rr

rb

rb

bb

X rr Flores rojas

bb Flores blancas

(Por no haber dominancia completa se suelen emplear letras minúsculas)

b

b rb

Generación F1 Fenotipo: 100% flores rosas Genotipo: rb

rb

Generación F2 Fenotipo: 50% flores rosas, 25% rojas y 25% blancas Genotipo: 25% rr, 50% rb y 25% bb

43

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Alelos múltiples Los casos analizados han demostrado que en organismos diploides cada rasgo (como semilla lisa, rugosa o de color amarillo o verde) la determina un par de alelos, según los resultados de Mendel. Sin embargo, se han descubierto caracteres que se heredan por la acción de más de dos alelos alternativos, denominados alelos múltiples, que son diferentes para un solo gen y se originan por mutación. De manera que los individuos que forman una población pueden presentar mutaciones donde se originan nuevos alelos que ocupen el mismo locus y cada uno determine un fenotipo diferente. El tipo sanguíneo humano es uno de los ejemplos más conocidos de alelos múltiples. El tipo sanguíneo humano se determina por tres alelos: A, B, O, de los cuales el organismo hereda sólo un par, uno de la línea materna y otro de la paterna. Por tanto, el tipo de sangre dependerá de cuáles herede. Esos tres alelos definen los cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y O, que se determinan al identificar los antígenos (son glucoproteínas que reaccionan con anticuerpos) presentes en la superficie de los eritrocitos. Así, el individuo que posee los alelos IA IA o IA, tiene antígenos A en sus eritrocitos y su tipo de sangre es A. El que tiene alelos IB IB o IB, tiene antígenos B y su tipo de sangre es B. El que tiene los alelos codominantes IA IB, significa que sus eritrocitos llevan los dos tipos de glucoproteínas y su tipo sanguíneo es AB. En los individuos homocigotos recesivos ii sus eritrocitos no poseen el antígeno A ni el B en su superficie, por lo que su tipo sanguíneo es O. El alelo IO es recesivo tanto para IA como para IB. El sistema inmunitario puede producir anticuerpos contra el antígeno A o B, que no esté presente en las células del individuo. Por ejemplo, en los individuos que tienen sangre tipo A, su plasma contiene anticuerpos contra el antígeno B, pero no contra el propio, que es el antígeno A. Los de sangre tipo B tienen anticuerpos contra el antígeno A, pero no contra el B, que es el antígeno propio. Los poseedores de antígenos AB, es decir, del tipo de sangre AB, no poseen anticuerpos contra el antígeno A ni contra el B. En cambio, los del tipo O, que no poseen ningún antígeno, producen anticuerpos contra el antígeno A y contra el B.

44

FENOTIPOS

GENOTIPOS

A

IA IA o IA IO o IAi

B

IB IB o IB IO o IBi

AB

IA IB

O

IO IO

Para determinar el tipo sanguíneo sólo se requieren dos gotas de sangre colocadas sobre un portaobjetos y los reactivos de los sueros anti-A y anti-B. Sobre la primera gota de sangre se agrega una gota de suero anti-A y sobre la segunda una gota de suero anti-B. Si los eritrocitos se aglutinan en la primera gota, el tipo de sangre es A; si la aglutinación fue en la segunda gota, el tipo sanguíneo es B, y si en ambas gotas hubo reacción, es decir, en las dos se presenta aglutinamiento de los eritrocitos, el tipo sanguíneo es AB. Pero en caso de que en ambas gotas no se haya presentado la reacción, esto es, que tanto en la mezcla con el suero anti-A como con el suero anti-B no se hayan aglutinado los glóbulos rojos, el tipo sanguíneo será O. Actividad de aprendizaje Elabora una investigación de las variaciones genéticas: dominancia incompleta, codominancia y alelos múltiples y describe los rasgos he­ reditarios de cada caso. Se evalúa en la página 61. Actividad de aprendizaje Elabora un glosario con términos y ejemplos relacionados con la genéti­ ca: fenotipo, genotipo, homocigoto, heterocigoto, dominante, recesivo, alelo, locus, dominancia incompleta, codominancia y alelos múltiples.

El factor sanguíneo Rh Al trabajar con conejos inmunizados con sangre del mono Macacus rhesus, Karl Landsteiner (1868-1943) y Alexander S. Wiener (1907-1976) descubrieron en 1940 el factor Rh (tomada de las dos primeras letras de rhesus) que es un antígeno que origina la producción de anticuerpos en la sangre humana. El procedimiento para identificar si una persona es Rh positivo o negativo es similar al utilizado para obtener el tipo sanguíneo. Es Rh positivo cuando en una gota de sangre los glóbulos rojos se aglutinan al agregar una gota del suero anti-Rh, lo que indicará la reacción de sus antígenos Rh. En caso de que no se aglutinen los eritrocitos o glóbulos rojos se trata de Rh negativo. Es de mucha importancia evitar equivocaciones en las transfusiones sanguíneas y respetar la compatibilidad tanto del tipo de sangre como del factor Rh, ya que una transfusión de sangre Rh positiva a una persona que es Rh negativa le provocaría la sensibilización y producción de anticuerpos anti-Rh. La primera vez la reacción podría no ser de mayores consecuencias, pero en una segunda transfusión la reacción suele ser más rápida y de mayor gravedad, dado que el sistema inmunitario “recuerda” el tipo de antígeno de que se trata. Si en una pareja el varón es Rh positivo (RR o Rr) y la mujer Rh negativo (rr), existe por lo menos 50% de posibilidades de que los hijos hereden el Rh positivo.

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hijo provoca la formación de anticuerpos Rh, que puede destruir los eritrocitos del hijo y ocasionarle la anemia que caracteriza a la eritroblastosis fetal o incompatibilidad materno-fetal. Esta reacción es más severa cuando la madre se ha vuelto sensible al antígeno Rh positivo en el transcurso de embarazos anteriores. Por suerte, ya existen técnicas que pueden prevenir esta situación.

Herencia poligénica

La incompatibilidad que se puede presentar entre la madre y su hijo por diferencias de tipo sanguíneo y de factor Rh, puede causar en el recién nacido la enfermedad llamada eritroblastosis fetal. Esta anomalía suele presentarse cuando el hijo es Rh positivo y la madre Rh negativo y la sangre del hijo se transfiere a la de la madre en el momento del parto. La presencia del antígeno Rh positivo del

En los trabajos realizados por Mendel para descubrir los principios de segregación y distribución independiente, los caracteres estudiados se presentaron en forma bastante contrastada: plantas de talla alta respecto a otras de talla baja, semillas lisas frente a semillas rugosas, etcétera. En el proceso evolutivo, la herencia de los caracteres no siempre se comporta de esta forma tan discontinua; muchas características son el resultado de los efectos adicionales de muchos genes. Se han encontrado casos en que muchos pares de genes que ocupan varios loci acumulan sus efectos en la determinación genética del mismo fenotipo. La transmisión de estas

Figura 2.8

La gama de pigmentación de la piel determinada por dos pares de genes, según el modelo propuesto por Davenport. Negro AABB

Blanco aabb Mulatos AaBb

AaBb

AaBb X

AABB

negro

AaBB

AABb

oscuro

AaBb

aaBB

intermedio

AAbb

Aabb

aaBb

claro

aabb

blanco

45

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

características de una generación a la siguiente es lo que se ha llamado herencia de los genes múltiples (multifactorial) o herencia poligénica. Los pequeños efectos acumulativos pueden heredarse con las reglas mendelianas. En la especie humana son ejemplos de la herencia poligénica: la estatura, el color de la piel, de los ojos y del cabello, la tasa del metabolismo, la inteligencia y muchas maneras de comportamiento. El doctor Charles B. Davenport (1866-1944) estudió la herencia del color de la piel humana en Bermudas y Jamaica. Este carácter se determina por varios pares de genes, encargados de codificar la producción de las distintas cantidades de melanina, que es el pigmento que da coloración a la piel; por tanto, el color de la piel de una persona depende de la producción de melanina, que se determina por la suma de los efectos de sus genes aunque, por la capacidad de adaptación humana a la exposición de la luz solar, la piel puede incrementar o disminuir la producción de melanina por influencia de la radiación solar. Sin embargo, una gran proporción de

Primera división meiótica (células 4n)

la variación de tonos de color de la piel obedece a la herencia poligénica. Davenport observó que los matrimonios formados por una persona de piel blanca y otra de piel negra tenían hijos con una pigmentación intermedia, a los que llamó mulatos, y en la descendencia de los matrimonios de mulatos se presentó una gran variedad de pigmentación del blanco al negro, es decir, una serie de tonos intermedios, así como los tipos extremos del color blanco y negro de los abuelos. Para explicar esta herencia poligénica, Davenport propuso un modelo sencillo en el que sólo se involucran dos pares de genes en la producción de la pigmentación de la piel; estudios posteriores han propuesto que son más.

Pleiotropía En este caso un solo gen puede ejercer efectos sobre varias características del individuo. Por ejemplo, se ha comprobado que el gen

Interfase (células 2n)

Segunda división meiótica (gametos n)

Profase

Cada cromosoma entra a una célula diferente

Cada cromátida se segrega en forma independiente

Metafase

Anafase

Figura 2.9

Formación de los cromosomas bivalentes en la meiosis y la segregación independiente de cada uno.

46

Cada gameto recibe una copia de los cromosomas

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que determina el color blanco del pelaje en los gatos con frecuencia tiene efectos pleiotrópicos sobre los ojos azules y la sordera del animal. Otro ejemplo es la enfermedad del ser humano llamada anemia falciforme, que tiene su origen en la homocigosis de un gen mutante, que produce moléculas de hemoglobina defectuosas. El análisis de la composición de la hemoglobina falciforme ha revelado que en un sitio de cada cadena beta, la valina reemplaza al ácido glutámico. Los heterocigotos no padecen la enfermedad, sólo son portadores de ella. Los eritrocitos que contienen estas hemoglobinas defectuosas se cristalizan y se deforman, adquiriendo la forma de hoz. Estos glóbulos rojos deformados pueden taponar los vasos sanguíneos, lo que impediría la irrigación normal a diversos tejidos, ocasionando severos daños a varios órganos.

2.5 Teoría de Sutton y Morgan Theodor Boveri (1862-1915), científico alemán, estudió gametos de erizos de mar (1901) y descubrió que los cromosomas tienen una enorme importancia en la fecundación. También descubrió el centriolo. Walter Sutton (1877-1976), estudiante graduado en la Universidad de Columbia, Nueva York, aseguraba en un escrito publicado en 1902 que existía relación entre el comportamiento de los factores de Mendel y la meiosis, y llegó a la conclusión de que dichos factores hereditarios se localizaban en los cromosomas, identificaP P P P

XrrXrrXrrXrr X XX X

X X X X

Hembra Hembra de ojos de ojos rojos rojos Hembra Hembra de de ojosojos rojos rojos PP

rXr r PrX X PX

Espermatozoides Espermatozoides

rrXr rXX XX

dos por pares, llamados homólogos (uno de la línea paterna y otro de la materna) en el núcleo celular. Con el microscopio observó en las células reproductoras de los saltamontes la alineación de los cromosomas homólogos en la metafase, para después separarse al azar en la anafase de la meiosis y distribuirse en forma independiente en diferentes gametos, de manera que cada gameto sólo recibe un cromosoma de cada par, proceso que coincidía con la ley de la distribución independiente propuesta por Mendel y que tuvo como base el análisis estadístico de sus experimentos. Sutton propuso en su teoría cromosómica: n

Que los cromosomas transportan a los genes.

n

Que en cada cromosoma se localizan los genes que determinan diversos caracteres.

n

Que los alelos, que son las formas alternas de un gen para cada carácter, se localizan en cromosomas homólogos.

n

Durante la meiosis se separan los pares de cromosomas homólogos y cada uno lleva un juego de alelos al gameto de manera independiente a los genes de otros cromosomas.

Thomas Hunt Morgan (1866-1945), de la Universidad de Columbia, incorporó a los trabajos experimentales de genética un pequeño insecto: la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Se escogió este organismo por las ventajas que ofrece, porque se reproduce en un ciclo no mayor de 15 días, se puede conservar fácilmente en el laboratorio, la hembra produce gran cantidad de huevos, dispone solamente de cuatro pares de cromosomas fácilmente observables XbbYXbbY X YX Y Macho Macho de ojos de ojos blancos blancos Macho blancos Macho de de ojosojos blancos XbY X XXbY

XbYXbY

Espermatozoides Espermatozoides

Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Macho dede ojos blancos Macho de ojos blancos Hembra de rojos Macho ojos blancos Macho de ojos blancos Hembra deojos ojosHembra Hembra rojos dedeojos ojosrojos rojos Xb Xb Xbb Xbb Y Y Y Y Ó Ó Ó Ó Xb Xb X X Y Y Y Y Ó Ó Ó Ó v v v v v v v v u u u u EspermatozoidesEspermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides Espermatozoides ul ul ul ul r r r b r b r r Xr Xr XrXbXr Xb XrY Xr Y Xrr Xrr XrrXrrXrrXrr XrrY XrrY ol lo ol lo X X X XX X X YX Y X X X X X X X YX Y os os o o s s b b Xb Xb XXbb YY XX YY s s Y XY Y Y b Xb Ó s s Ó Ó Ó Óv Ó v vÓ v Ó vu vXr XrrXbbXrrXbb XrrY XrrY XrrXbbXrrXbb XbbYXbbY Xrr u Xubb vXbb uv r ul u X X X X X Y X Y X XX X X YX Y X uX Xl u X l l r r b r r r b r r r r r r r r lo l Xr X rX bX r X YrX Xr b XoYrl X r o l X X Xr r r X YX Xr r r XrY r o X XX X X YX X XoY X XXX X YX X XY os os o s s Generación F1 F1 Generación F2 F2s sGeneración s s Generación Generación Generación F1 F1 Generación Generación F2 F2 hembras Fenotipo: Fenotipo: 100% 100% de ojos de ojos rojos rojos Fenotipo: Fenotipo: 50% 50% de de hembras concon ojosojos rojos rojos bX b.rojos r 100% rX b rojos rX25% br yb 25% bojos rXde brojos Fenotipo: Fenotipo: 100% de hembras de ojos rojos Fenotipo: 50% deXrde hembras ojos Genotipo: Genotipo: 50% 50% hembras con genotipo genotipo Genotipos: Genotipos: 25% 25% XrrXyrhembras XrrXcon .rrXX 25% machos de machos Xojos XrYXrXb XrYFenotipo: YX25% XbY X Xr con Xb50% X con r r b b r r b r r r b r b r b b b rX b machos XbY r b r b r r r r Genotipo: 50% hembras hembras con genotipo genotipo Genotipos: 25% XX XyX25% 25% . Xy25% . 25% de de machos Xcon Xcon XXYX X Xcon Y Genotipos: XyXX X YX X50% Xgenotipo X25% XYXXyXX XrXGenotipo: X y X 50% y 50% machos machos con genotipo X Y Y con ojos ojos rojos. rojos. Genotipo: Genotipo: Y 25% 25% de machos de machos con con b ry r X r y 25% X XX Xb50% y 50% machos machos concon genotipo genotipo XrYXrY con ojos ojos rojos. rojos. Genotipo: Genotipo: de de machos machos concon ojoscon ojos blancos. blancos. Genotipo: Genotipo: XbbXYY XbbyYY25% ojosojos blancos. blancos. Genotipo: Genotipo: X YX Y Figura 2.10 F1 Generación F1 Generación Generación F2 Generación F2 Cruza de la100% mosca por Morgan. Fenotipo: Fenotipo: de Fenotipo: ojos melanogaster rojos 100% ojos rojos 50% F2 deFenotipo: hembras 50% con de ojos rojos con ojos rojos Generación F1 Drosophila Generación F1 deefectuada Generación Generación F2 hembras rXr y 25% 25% rXb. X rXr y de b. 25% de machos Genotipo:100% 50% hembras Genotipo: con 50% genotipo hembras con genotipoGenotipos: 25% Genotipos: Xde X50% 25% 25% machos XrXcon Fenotipo: de Fenotipo: ojos rojos 100% de ojos rojos Fenotipo: 50% Fenotipo: hembras con de ojos hembras rojos ojos rojos rXb y 50% machos rXbcon rYcon genotipo XrY con ojos rojos. Genotipo: rY y 25% rY y 25% r r r b r r X X y 50% genotipo machos X de machos con machos con con ojos rojos. X Genotipo: X Genotipo: 50% hembras Genotipo: con 50% genotipo hembras con genotipoGenotipos: 25% Genotipos: X X y b25% 25% X X . X25% X ybde 25% machos XrXb.de 25% de machos rY y 25% Genotipo: ojos blancos. X Y rojos. X Ymachos XrXb y 50% machos XrXbcon y 50% genotipo machos XrYcon genotipo Xrojos Y conblancos. ojos rojos. Genotipo: con ojos XGenotipo: Genotipo: de XrY y 25% con de machos con47 ojos blancos. Genotipo: ojos blancos. XbY Genotipo: XbY

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Herencia Herencia

Mendeliana

Posmendeliana

Cruza monohíbrida

Cruza dihíbrida

Dominancia incompleta

Alelos múltiples

Herencia poligenia

Descubre que el par de factores que determina un carácter se separan entre sí. Cada gameto contendrá sólo uno

Fundamenta el principio de distribución independiente: los miembros de cada par de factores se separan entre sí y se heredan independientemente de los miembros de otros pares de factores

Los híbridos de la generación F1 heredan características intermedias de los dos progenitores

Cuando más de dos alelos determinan un rasgo. Por ejemplo, el tipo sanguíneo

Rasgos determinados por acción de varios genes de distintos loci, por ejemplo, la estatura

Teoría cromosómica

Propone que los factores hereditarios de Mendel (genes) se localizan en los cromosomas

en las células de las glándulas salivales del insecto (cromosomas politénicos).2 En 1910 Thomas Hunt Morgan contribuyó con sus experimentos a esclarecer la acción de los genes en la herencia ligada al sexo, al descubrir una mosca de Drosophila macho de ojos blancos en un cultivo donde todas eran de ojos rojos. Al cruzar la mosca de ojos blancos con moscas de ojos rojos, toda la generación F1 fue de ojos rojos, lo que demostraba que el carácter de ojos rojos era dominante. En la cruza de las moscas de la generación F1 se originaron tres de ojos rojos por cada una de ojos blancos, proporción en que se cumplía la primera ley de Mendel, pero al observar con mayor cuidado la generación F2, Morgan se percató de que todas las de ojos blancos eran machos y las moscas de ojos rojos eran ma2

48

Cromosomas politénicos son los cromosomas gigantes de los dípteros que adquieren un gran tamaño por la replicación repetida del adn, de tal suerte que cada núcleo celular dispone de enormes cantidades de copias de los genes.

Herencia ligada al sexo Existen caracteres ligados al cromosoma X, como la hemofilia

chos y hembras. La generación F2 la formaban aproximadamente 50% de hembras de ojos rojos, 25% de machos de ojos rojos y 25% de machos de ojos blancos. Al comprobar que los genes que determinan el color de los ojos se localizan en los cromosomas X, Morgan descubrió la herencia en los  cromosomas sexuales, llamada caracteres ligados al sexo. Morgan observó que de los cuatro pares de cromosomas de la célula diploide de la Drosophila había tres que tenían formas semejantes, tanto en machos como en hembras; les llamó autosomas, y los del cuarto par de la hembra eran similares a uno de los del cuarto par del macho, ya que el otro era diferente. A estos cuartos pares, tanto en la hembra como en el macho, se les llamó cromosomas sexuales o heterocromosomas, en la hembra es XX y en el macho XY, y se les identificó como los encargados de determinar el sexo. Debido a que el óvulo siempre tiene un cromosoma X, cuando es fecundado por un espermatozoide portador también del cromoso-

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Células de la madre

Células del padre

XX

XY

Óvulos

Espermatozoides

X

X X

Hija

Y

Hijo XX

XY

Figura 2.11

Todos los óvulos contienen un cromosoma X y los espermatozoides pueden tener un X o un Y. Si el espermatozoide con el cromosoma X fecunda al óvulo el producto será femenino; si es el que contiene el cromosoma Y será masculino.

ma X del cigoto XX, se desarrolla una hembra y, en caso de haber sido fecundado por un espermatozoide Y, el cigoto será XY y el producto macho. Como el color de los ojos lo presentaron tanto hembras como machos, Morgan dedujo que el gen que lo determinaba estaba localizado en el cromosoma X. Así, descubrió que algunos caracteres se encuentran en genes que se heredan ligados al sexo. La determinación del sexo en la especie humana y en otros mamíferos se rige por el mismo proceso de los cromosomas sexuales. El hombre tiene 23 pares de cromosomas, de los cuales un par es sexual y 22 pares de autosomas. El par de heterocromosoma o cromosoma sexual en la mujer es XX y en el varón XY; por tanto, los óvulos disponen siempre de un cromosoma X; en cambio, unos espermatozoides son portadores de un cromosoma X y otros de un cromosoma Y. Cuando se fecunda el óvulo por un espermatozoide con cromosoma X el descendiente será mujer, y cuando es fecundado por un espermatozoide con cromosoma Y el hijo será varón. Actividad de aprendizaje Elabora en equipo un resumen con la descripción de la teoría cromo­ sómica de Sutton y Morgan; explica a tus compañeros de grupo la importancia de esta teoría, mostrando una actitud positiva de colabo­ ración y respeto. Se evalúa en la página 58.

2.6 Anomalías humanas ligadas a los cromosomas sexuales (he­ mofilia, daltonismo, entre otras) Los trabajos sobre la genética de la mosca realizados por Morgan nos enseñó no sólo los cromosomas que determinan el sexo, llamados cromosomas sexuales, sino también caracteres de la herencia humana regidos por genes localizados en un cromosoma sexual, llamados alelos recisivos ligados al sexo (por estar ligados al cromosoma X) y que se heredan de manera semejante a los ojos blancos de las moscas en los experimentos de Morgan. Asimismo nos demuestra que esos caracteres se manifiestan más en los hombres que en las mujeres porque el hombre hereda sólo un cromosoma X (con el alelo recesivo ligado al sexo de la madre) y ese alelo se expresa; en cambio en la mujer heterocigota el alelo defectuoso ligado al sexo es recesivo, comparativamente con el alelo normal que porta en su otro cromosoma X. Estos caracteres suelen manifestarse en las mujeres sólo en casos excepcionales, en los que los dos cromosomas portaran el mismo alelo defectuoso, es decir, que la mujer fuera homocigota respecto a ese alelo. Las enfermedades humanas recesivas ligadas al cromosoma sexual X más conocidas son la hemofilia, la ceguera para el color (daltonismo) y la distrofia muscular de Duchenne. n Hemofilia. La forma más común de esta enfermedad es la he-

mofilia A, en la que la sangre no coagula de manera normal debido a la falta del factor VIII de la coagulación sanguínea. Los hemofílicos pueden sangrar demasiado, incluso morir, a consecuencia de las más leves heridas. Esta enfermedad es tratada con transfusiones sanguíneas y la aplicación del factor VIII; actualmente el factor VIII se produce mediante la tecnología del adn recombinante.

n Ceguera para el color (daltonismo). Este trastorno consiste

en la incapacidad de diferenciar algunos colores. Las células sensoriales que se encargan de percibir las longitudes de onda de esos colores no funcionan normalmente en las personas que padecen esta enfermedad, lo que hace que confundan los tonos de los colores.

n Distrofia muscular de Duchenne. Esta enfermedad afecta a

los músculos esqueléticos y cardiacos, se caracteriza por un debilitamiento progresivo del tejido muscular. Sus primeros síntomas suelen aparecer en los primeros años de la infancia, cuando el niño empieza a tener dificultades para ponerse de pie, después la debilidad muscular se agudiza a tal grado que conduce a la persona a utilizar una silla de ruedas, la muerte por lo general se presenta antes de los 20 años. El estudio bioquímico del gen de la distrofia muscular de Duchenne ha revelado que el trastorno es ocasionado por la ausencia de la 49

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

proteína distrofina que según parece es componente del citoesqueleto de las células musculares.

afectados por la carencia o ganancia de un cromosoma presentan defectos físicos y generalmente retardo mental e infertilidad.

En cromosomas sexuales

Actividad con TIC Anomalías humanas ligadas a los cromosomas sexuales http://www.youtube.com/watch?v=tpW7mlYbZ I http://www.youtube.com/watch?v=yJC lvblU-Q Elaborar en equipo un organizador gráfico sobre las anomalías humanas más comunes ligadas a los cromosomas sexuales

Son ejemplos de aneuploidia en células sexuales: El síndrome de Turner X0: La mujer con esta anomalía presenta monosomía (2n – 1) en el cromosoma sexual X, por que hace falta un cromosoma X. El síndrome de Klinefelter XXY: El hombre con este síndrome tiene trisomía (2n – 1) en los cromosomas sexuales, sus células presentan un cromosoma X de más. Actividad de aprendizaje

2.7 Padecimientos comunes relacionados con el número anor­ mal de cromosomas (aneuploidía y poliploidía) en cromosomas sexuales y autosomas Aneuploidía Son las anomalías más frecuentes en los seres humanos; se caracterizan por la pérdida o ganancia de cromosomas, lo que ocasiona que se incremente o disminuya uno o más cromosomas a un par normal que contiene la célula. Se ha comprobado que su principal causa es la no disyunción de cromosomas en la segregación, es decir, durante la división meiótica los cromosomas no se separan durante la anafase, lo que propicia que a un polo anafásico se traslade un cromosoma de más y al opuesto le haga falta uno. Los seres humanos

Realiza una investigación por equipo sobre las alteraciones genéticas que se presentan en el ser humano. Al finalizar expón ante el grupo los resultados de tu investigación. Se evalúa en la página 61.

Síndrome triple X: La mujer que presenta esta anormalidad tiene en sus células tres cromosomas X (2n + 1) en vez de dos. Síndrome XYY: El hombre que tiene esta anomalía tiene en sus células un cromosoma Y adicional (2n + 1).

En autosomas La trisomía 21 (2n + 1) o síndrome de Down es la aneuploidia que más se conoce de los autosomas, en esta anormalidad hay aumento de un cromosoma al par 21. Los afectados por esta aneuploidia autosómica llegan a sobrevivir hasta la edad adulta, en cambio en trisomías de otros cromosomas generalmente mueren a los primeros meses o años.

Cuadro 2.2 Algunas alteraciones en el número de cromosomas por aneuploidía. Síndrome

Causas de la alteración

Característica

En cromosomas sexuales De Turner

Carencia de un cromosoma X, por lo que sus cromosomas sexuales son X0 (monosomía) en cromosomas sexuales.

Individuo del sexo femenino con poco desarrollo de órganos genitales, de baja estatura y estéril.

De Klinefelter

Trisomía en los cromosomas sexuales: XXY.

Individuo del sexo masculino con retardo mental y esterilidad, así como algunas características físicas femeninas.

Triple X

Trisonomía en los cromosomas sexuales: XXX.

Individuo del sexo femenino fértil, generalmente no se le detectan defectos y con inteligencia normal.

Doble Y

Trisomía en los cromosomas sexuales: XYY.

Individuo masculino de estatura alta, con acné persistente, con inteligencia debajo del promedio.

De Down

Trisomía 21.

Estatura baja, diferentes grados de retardo mental, pequeñas orejas salientes y cabeza ancha.

De Patau

Trisomía 13.

Retardo mental y muchos defectos físicos. Generalmente mueren en los primeros meses.

De Edward

Trisomía 18.

Deformaciones de órganos internos. Por lo general mueren en los primeros años.

En autosomas

50

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Poliploidía

tiempo, dando origen a la gama de caracteres que presentan las diversas especies en su proceso evolutivo; aunque la teoría del equilibrio puntuado o del equilibrio intermitente propone que en la evolución también puede haber largos periodos sin cambios, seguidos de periodos de cambios bruscos.

Se presenta cuando el número de juegos de cromosomas es superior al normal. Puede ser triploide si hay tres juegos de cromosomas (3n); tetraploide cuando se tiene cuatro (4n), etcétera. La poliploidía es más frecuente en vegetales y generalmente es inducida por medios artificiales. Se ha observado que produce la infertilidad cuando los juegos cromosómicos forman un número impar, ya que su imposibilidad de agruparse en pares durante la meiosis les impide la segregación normal, lo que da como resultado gametos con un número de cromosomas desigual. La poliploidía es de  enorme importancia en la evolución de las plantas y para el desarrollo de nuevas variedades de ciruelas, fresas y uvas, cuya reproducción se practica por multiplicación vegetativa.

Para tu reflexión

¡Caras vemos, género no sabemos!

Mutaciones

Muchas veces se nos dificulta identificar el género de alguien guiándo­ nos sólo por su aspecto físico (caracteres sexuales secundarios). Lo mismo sucedió a los organizadores de unas competencias de atletismo femenil, que detectaron que una competidora no era mujer sino varón Klinefelter, con cromosomas XXY y quedó eliminada o eliminado del suceso, lo que originó que los organizadores de estos juegos apliquen el examen cromosómico para las competidoras.

Hugo de Vries (1848-1935), botánico holandés, fue uno de los redescubridores de los trabajos de Mendel y quien en 1901 empleó el término mutación (del latín mutare: cambiar), al observar en sus experimentos la presencia de caracteres imprevistos [aplicado por el paleontólogo Wilhelm Waagen (1841-1900) a las discontinuidades morfológicas], lo que le hizo suponer que éstos se debían a una alteración en el gen y que eran heredables al igual que los demás genes. La replicación o duplicación del adn casi siempre es inalterable, porque de ello depende la continuidad de la información genética de una generación a la siguiente. Las alteraciones que llegan a presentarse en el proceso constituyen lo que se llama mutación, la cual puede modificar el contenido de las instrucciones en las nuevas generaciones. Algunos de esos cambios no llegan a alterar el funcionamiento del organismo; en cambio, otros pueden ocasionar modificaciones benéficas o nocivas. Hoy se sabe, según la teoría del gradualismo, que el material genético cambia en forma lenta y continuamente en el transcurso del

Las mutaciones pueden presentarse en forma espontánea o ser inducidas; las primeras se originan aparentemente sin la participación de agentes físicos o químicos externos, y las inducidas son provocadas por diversas fuentes físicas o químicas del medio. Las mutaciones se clasifican en cromosómicas y génicas o puntuales. Las mutaciones o aberraciones cromosómicas, también denominadas rearreglos cromosómicos, son las alteraciones que se presentan por un reordenamiento de la estructura de los cromosomas, lo que también origina una reagrupación y nuevas combinaciones génicas que pueden conducir a cambios en el fenotipo del organismo y que generalmente son desfavorables. Los tipos de aberraciones cromosómicas son por: n Delección o deficiencia. Es la pérdida de un segmento cromosómico, con lo que se pierde cantidad de genes. Esta alteración se puede detectar al observar el cromosoma que presenta estructurales del cromosoma menorCambios tamaño. Cromosoma original

A

Cambios estructurales del cromosoma

B C D E F G H

Cromosoma mutante A

B C D E F G

A

B C D E F

H

A B C D E F G H Delección

omosoma original

B C D E F G H

De otro cromosoma

Cromosoma mutante A

B C D E F G

H

B C D E F

De otro cromosoma

G H

A

B C D E F Duplicación

F

Figura 2.12

Aberraciones GFEDC cromosómicas.

A

H

B C D E F

F G H

Duplicación

F

F G H

A

A

B

G F E D C

H

B

H

Inversión

J K L

M N O P R

J K L

M N

OPR

J K L

M N

F G H

A B C

D E F G H

A B C

D E

FGH

A B C

D E

O P R

Translocación

A

B

A

GFEDC

A B C D E F G H Delección

A

G H

B

G F E D C Inversión

H

51

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

„

Inversión. Consiste en la alteración cromosómica que se presenta cuando se invierte 180° el orden lineal de un segmento cromosómico, como consecuencia de dos fracturas producidas en el cromosoma original.

secuencia de nucleótidos es la clave de la información hereditaria, las alteraciones de sus bases puede modificar la transcripción del código genético e impedir la síntesis de una proteína o producirla en forma alterada o inactiva.

„

Duplicación. Se debe a la repetición de una porción del cromosoma, que se presenta por la repetición de la replicación de un segmento cromosómico o por entrecruzamiento en sitios no bien apareados.

Las mutaciones puntuales más conocidas son:

„

La información genética contenida en la secuencia de nucleótidos de las dos cadenas de adn se transcribe durante la síntesis de proteínas, en una cadena sencilla de arnm, para que en grupos de tres nucleótidos, llamados codones, funcione como plantilla para codificar cada aminoácido de un polipéptido. De esta forma, el arnt adiciona el aminoácido correspondiente a la cadena polipeptídica en formación al reconocer el codón del arn mensajero. Como la

b)

c)

52

Por sustitución de bases. Se presenta cuando se sustituye un par de bases por otro que puede originar una mutación: a) del mismo sentido, cuando el codón alterado codifica para el mismo aminoácido,

Translocación. Se presenta por intercambio de porciones entre cromosomas no homólogos, que suelen presentar fracturas de porciones distales (situadas en posiciones más alejadas del centro) de dos cromosomas no homólogos, uniéndose a los segmentos céntricos recíprocos de cada uno, intercambiando así sus posiciones.

Las mutaciones puntuales también se conocen como mutaciones génicas y tienen mayores posibilidades de heredarse. Se caracterizan por cambios en la secuencia de bases del adn de un gen, ya sea por la sustitución de pares de bases o por su adición o pérdida en la doble cadena de ácido desoxirribonucleico.

a)

„

T

A

U

G

C

G

T

A

ADN

A

U

G

C

G

C

U ARNm

T

A

U

T

A

U

A

T

A

ADN

A

U

T

A

U

A

T

A ARNm

G ADN

Leucina

Leucina

G

T

A

U

A

T

A

Inserción y supresión, también llamada por construcción recorrida. En este caso se inserta o se pierde uno o más pares de bases y se recorre la secuencia de tripletes a partir del par de bases que se agrega o se pierde hasta el final del arnm, lo cual desfasa la lectura. Cuando la alteración es por tres nucleótidos o múltiplo de tres se presenta nueva codificación, ya sea que se incremente o se suprima un aminoácido por cada codón. Cuando a la mitad del mensaje se localiza un codón de paro sin sentido, se detiene la traducción y se produce un fragmento inactivo de la cadena de polipéptido.

Cisteína

Valina

ARNm

T

A

U

G

C

G

A

T

A

ADN

„

C

C

ADN

c) sin sentido, cuando la alteración forma uno de los tres codones sin sentido: UAG, UAA, UGA. En todo caso, se mantiene inalterable la cantidad de pares de bases en la molécula de ácido desoxirribonucleico.

ARNm

G

ARNm

T

ADN

Cisteína

T

b) de sentido equivocado, cuando la alteración codifica para un aminoácido diferente, o

ARNm

Figura 2.13

Triplete de paro sin sentido

a) Mutación del mismo sentido: tanto el codón original como el mutante codifican para el mismo aminoácido: UGU y UGC para cisteína; b) mutación de sentido equivocado: el codón mutante codifica para un aminoácido diferente: UUA para leucina y GUA para valina; c) mutación sin sentido: UGA (triplete de paro).

Codones

a)

Cadena molde

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T T A C G C C A G

A A U G C G G U C

A A T G C G G T C ADN

Mutación por construcción recorrida, a) por inserción del par de base G-C se recorre la secuencia de tripletes modificando los codones, que van a traducir aminoácidos diferentes; b) por supresión del par de base: T-A, lo que origina que se reduzca la cadena de nucleótidos y se formen nuevos codones. En el caso del ácido aspártico la mutación fue del mismo sentido, ya que es codificado por GAU y GAC. La alteración originó la formación de un triplete sin sentido a la mitad del arn mensajero, lo que hará que se detenga la transcripción del mensaje.

Asparagina

Alanina

Valina

ARNm T A

b)

Figura 2.14

Inserción

G A T C T G A A A C G G ADN

C T A G A C T T T G C C

G A U C U G A A A C G G

A A G T G C G G T C

T T C A C G C C A G

A A G U G C G G U C

G A C T G A

C T G A C T

G A C U G A

A A C G G

T T G C C

A A C G G

Lisina

Cisteína

Glicina

Supresión

Ácido aspártico Leucina

Lisina

Arginina

Ácido aspártico Triplete de paro mutación sin sentido

ARNm

Mutaciones Delección: pérdida de un segmento de cromosoma

Sustitución de bases Puntuales: cambio en la secuencia de bases

Inversión: cambio en sentido opuesto el orden lineal de un segmento Cromosómicas Duplicación: se repite cierta porción de cromosoma Translocación: intercambio de porciones entre cromosomas no homólogos

Alteraciones en el número de cromosomas

Inserción y supresión de bases

Poliploidía: el número de juegos de cromosomas es superior al normal Aneuplodía: pérdida o ganancia de cromosomas durante la meiosis

53

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Mutágenos Así se llama a los agentes externos que incrementan la frecuencia de las mutaciones. Entre los más conocidos están los siguientes: n Rayos X. Pueden alterar el material genético cuando rompen

la cadena de nucleótidos del adn y llegan a ocasionar la pérdida de alguna porción del cromosoma (delección).

n Radiactividad.

Las radiaciones cósmicas provenientes del espacio exterior y otras derivadas de radioisótopos en la Tierra han formado la radiación de fondo, que ha contribuido durante millones de años a las mutaciones espontáneas de la materia viva en su proceso evolutivo; otras se han originado a partir de las explosiones de los artefactos nucleares, como las pruebas atómicas. Los accidentes en las plantas nucleoeléctricas también han resultado ser una importante fuente de radiactividad, que puede producir cáncer en la piel y en la médula ósea, donde se producen las células sanguíneas. Cuando se afectan sólo células somáticas, la anormalidad únicamente repercute en el individuo; en cambio, cuando se daña el tejido reproductor, la alteración de la información genética contenida en los gametos se hereda a los descendientes.

n

n

Rayos ultravioleta. Causan daño a la piel y a veces alteran la secuencia de nucleótidos del adn, al unirse entre sí dos bases de pirimidina adyacentes en la misma cadena, generalmente dos timinas, formando lo que se llama dímero, que es una estructura que se forma por la unión de dos subunidades idénticas, lo que produce un doblez en la cadena que impide su replicación normal y a veces conduce a su delección. Sustancias químicas. Existen diversas sustancias que pueden alterar la secuencia de nucleótidos del adn. A manera de ejemplo se mencionan dos de las más conocidas: a) El gas mostaza, utilizado como arma química en la Primera Guerra Mundial. Es muy dañino, ya que puede eliminar la guanina de la cadena de bases, lo que hace que ésta sea reemplazada por otra base nitrogenada y se altere la secuencia de bases de los nucleótidos del adn. b) El 5-bromouracilo (5 BU) por ser semejante a la timina, puede incorporarse al adn, reemplazar a esta base y aparearse con la adenina, con lo que se altera el código genético.

Actividad de aprendizaje Identifica la opción correcta y escríbela en el cuadro. 1. Fenómeno por el cual la generación F1 hereda un fenotipo in­ termedio. a) Dominancia incompleta. b) Alelos múltiples. c) Herencia poligénica. d) Pleiotropía.

54

2. Nombre que reciben los caracteres como el tipo sanguíneo que se heredan por más de dos alelos alternativos. a) De alelos múltiples. b) Multifactorial. c) De herencia poligénica. d) Simultáneo. 3. Es ejemplo de alelos codominantes el tipo sanguíneo: a) AA b) AO c) AB d) BB 4. El color de la piel, de los ojos y del cabello lo determinan: a) un par de alelos en el mismo locus. b) más de dos alelos de los cuales el individuo hereda sólo un par. c) muchos genes que ocupan varios loci. d) un solo gen con efectos sobre varias características. 5. Son las estructuras en las que se ubican los alelos y durante la meiosis se separan para formar los gametos. a) Cromosomas homólogos. b) Cromosomas procarióticos. c) Centriolos. d) Centrómeros. 6. Descubrimiento hecho por Morgan al comprobar que los ge­ nes que determinan el color de los ojos se encuentran en los cromosomas X. a) Determinación del sexo. b) Herencia ligada al sexo. c) Aberraciones puntuales. d) Mutaciones cromosómicas. 7. Número de pares de autosomas que tiene la célula diploide humana. a) 22 b) 23 c) 1 d) 46 8. Son los cromosomas que dan origen a una persona del sexo masculino. a) XX

b) X0

c) XY

d) YY

9. Es la causa del síndrome de Down. a) La falta de un cromosoma X. b) La falta de un cromosoma Y. c) En el par 21 hay cromosoma de más. d) En los heterocromosomas hay uno de más. 10. Alteración que se presenta por cambios en la secuencia de bases del adn del gen. a) Mutación cromosómica b) Mutación puntual c) Aneuploidía d) Poliploidía

Actividad integradora Realizar una representación teatral en equipos de los términos abor­ dados en este bloque: adn, gen, herencia, características genéticas, dominancia incompleta, la codominancia y los alelos múltiples que pre­ sentan algunas características hereditarias, mutaciones, alteraciones genéticas, padecimientos en la alteración de los cromosomas relacio­ nándolos con el contexto en el que se vive.

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Actividades complementarias Contesta el siguiente crucigrama. 3 2 1

4 5

1

2 6

3 7

4

5

Horizontales:

Verticales:

1. Estructura de forma filamentosa o de bastón de cromatina que transporta los genes.

1. Carácter contrastante que se oculta en el organismo, porque el alelo no se expresa en el estado heterocigoto.

2. Constitución genética de una célula o de un organismo.

2. Organismo cuyas células tienen dos alelos idénticos para un mismo gen (AA) o (aa).

3. Organismo cuyas células tienen dos alelos diferentes para un mismo gen (Aa). 4. Rasgos físicos observables en el individuo, producto de la interacción de su constitución genética y el ambiente. 5. Trastorno que se presenta cuando la persona no puede diferenciar algunos colores.

3. Trastornos hereditarios ocasionados por la carencia de la coagulación normal de la sangre. 4. Carácter contrastante que se manifiesta en el organismo porque el alelo se expresa, ya sea en estado homocigoto o heterocigoto. 5. Molécula que porta y transmite la información genética en todas las células y en algunos virus. 6. Forma alterna que adoptan los genes en la expresión de un carácter dominante o recesivo. 7. Lugar que ocupa en el cromosoma el gen de cierto rasgo.

55

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

¿Sabías que…? Al ser humano primitivo quizá le asombró la gran diversidad de formas vivientes con las que convivía. Más tarde, cuando desarrolló la agricul­ tura y aprendió a domesticar a los animales también le causó extrañe­ za que tanto las plantas como los animales tuvieran organismos semejantes. Sin embargo, lo que más debió inquietarlo fue descubrir que en organismos pertenecientes a un mismo grupo había algunos cuyas ca­ racterísticas eran diferentes a las de sus progenitores. Con el paso del tiempo, agricul­ tores y granjeros aprendieron a sacar provecho de los caracte­ res hereditarios que hacían más valiosos a plantas y animales. Por tanto, buscaron incrementar esas características mediante la cruza de animales o plantas en sucesivas generaciones. De ese modo, el ser humano ha obte­ nido organismos cuyas características le resultan útiles, como lo demues­ tran las espigas de maíz —con ca­ racterísticas mucho más sencillas que las actuales—, encontradas en tumbas y cavernas de algunas re­ giones de América Latina. Estos des­ cubrimientos permiten suponer que los primeros grupos humanos que se establecieron en tales regiones de­ sarrollaron principios de genética en forma empírica, mismos que propi­ ciaron el desarrollo de las actuales variedades mejoradas de maíz.

Teoría mendeliana de la herencia Gregor Johann Mendel (1822-1884). Monje austriaco nacido el 20 de julio de 1822 en la villa de Heinzendorf, correspondiente a lo que fuera Checoslovaquia, tiene el mérito de ser el “padre de la genética moderna”. Gregorio Mendel, como se le conoce, siempre mostró interés por los seres vivos. Nació en el seno de una familia de granjeros. Su padre fue un experto cultivador de árboles frutales. Realizó sus primeros estudios en su lugar de origen. A los 18 años de edad concluyó el bachillerato de modo excelente, a pesar de que no contaba con el apoyo económi­ co de su padre, quien estaba imposibilitado para trabajar debido a un accidente.

56

Mendel se inscribió en el Instituto de Filosofía de Omoluc, pero tuvo que abandonarlo por problemas de salud. Después, ingresó al monas­ terio de los agustinos en Brno, ciudad que en aquel entonces pertene­ cía a Austria; allí comenzó a desarrollar la actividad docente en forma interina. Posteriormente, fue enviado a la Universidad de Viena, donde durante dos años estudió física, química y matemáticas, así como tam­ bién anatomía animal y vegetal. En ese tiempo, Mendel tuvo siempre profesores dedicados a la investigación. A los 25 años de edad se or­ denó sacerdote y a los 28 intentó dos veces obtener el certificado para ejercer la docencia en las ciencias naturales, pero no lo consiguió. A pesar de este fracaso, continuó su labor de profesor de física e historia natural. Al experimentar en su monasterio con plantas de chícharo, Mendel logró definir la herencia biológica al descubrir la manera en que los progenitores transmiten sus caracteres a los descendientes. En 1865 presentó sus resultados Para el estudio de las ciencias naturales, ante la sociedad de Brno. El trabajo se publicó ese mismo año, sin embargo, la comunidad científica de esa época no comprendió la importancia del descubrimiento mendeliano y lo ignoró. Entre las posi­ bles razones por las que los resultados de las investigaciones de Men­ del fueron ignorados destacan las siguientes: 1. Porque realizó sus experimentos en un reducido espacio del jardín de su monasterio. 2. Porque fueron publicados en una revista de poca circulación y prestigio. 3. Porque Mendel era un desconocido para los investigadores de su época. Mendel murió el 6 de enero de 1884 y su trabajo permaneció en el olvido hasta 1900, año en que fue redescubierto por tres botánicos: Hugo de Vries en Holanda, Carl Correns en Ale­ mania y Erich Von Tschermak en Austria, quienes en forma separada llegaron a las mis­ mas conclusiones. De esa ma­ nera, fue reconocido el mérito del trabajo experimental de Mendel, considerado el padre de la genética por haber sido el primero en desarrollar y dar a conocer una teoría sobre los principios de la herencia.

Figura 2.15

Gregorio Mendel.





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Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nuevas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para heteroevaluación. 1. Relaciona ambas columnas, escribiendo en cada cuadro el número de la respuesta correcta.   1.  Color de la piel

Fueron algunos de los atributos de los experimentos de Mendel que contribuyeron a obtener buenos resultados.

 2. AA

Nombre que se le dio a las plantas que generación tras generación conservan un carácter.

 3. aa

Según esta ley de Mendel, el par de factores que determinan un carácter se separan entre sí al formarse los gametos.

 4. De Klinefelter

Es el carácter que se oculta en la generación F1 y sólo se manifiesta en 25% en la F2.

 5. De Turner

Es el genotipo de un homocigoto recesivo.

  6.  Análisis estadístico

Es su ejemplo el caso de individuos heterocigotos que sus dos alelos se expresan, como los de tipos sanguíneo AB.

  7.  De línea pura

Es un ejemplo de la herencia poligénica.

 8. Recesivo

Sus experimentos contribuyeron a esclarecer la acción de los genes en la herencia ligada al sexo.

  9.  Thomas H. Morgan

Enfermedad ligada al cromosoma X, en la cual la sangre no coagula normalmente.

10.  Gregorio Mendel

Síndrome que presenta un individuo masculino con trisomía en cromosoma sexual: XXY.

11. Hemofilia 12. Daltonismo 13.  De la segregación 14. Dominante 15. Codominancia

57

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Lista de cotejo

Bloque 2. Reconoces y aplicas los principios de la herencia. Lista de cotejo para autoevaluar el resumen de la investigación documental acerca de las aportaciones de Mendel. Actividad de aprendizaje: Investiga en equipo acerca de las aportaciones de Mendel en Genética. Con la información obtenida elabora un resumen con diversos ejemplos sobre las características heredadas en cada generación. Comparte los resultados con tus compañeros. Para una autoevaluación del resumen, la consulta de la investigación documental y las aportaciones propias logradas por el alumno, se sugiere el empleo de la presente lista de cotejo. Evalúa el objeto de aprendizaje 2.2. Actividad de aprendizaje: Evalora un resumen donde describas la teoría cromosómica de Sutton y Morgan. Evalúa el objeto de aprendizaje 2.5. Criterio

1. Identifica las aportaciones de Mendel en el campo de la Genética.

Contenido

2. Con la información obtenida elabora el resumen.

3. En el resumen se citan ejemplos de las características heredadas. 4. Los resultados obtenidos en cada generación son los correctos.

5. Comparte los resultados con sus compañeros de grupo. 6. El trabajo tiene una carátula con el título de la actividad, nombre de la materia, fecha de entrega y nombre del alumno.

Forma

7. La redacción del resumen es buena o por lo menos satisfactoria.

8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos.

9. El resumen se elaboró con un procesador de texto o a mano con buena caligrafía.

10. El trabajo se entregó oportunamente.

58

Cumple Sí No

Observaciones

Grupo Editorial Patria®

Coevaluación

Nombre del alumno:

Puntuación:

c) Intercambia la hoja de respuesta con tus compañeros de 1. Resuelve los siguientes problemas. grupo, de manera aleatoria o siguiendo las instrucciones a) Como ejemplo de la primera y la segunda ley de Mendel, del profesor. realiza ejercicios de cruza monohíbrida (con un carácter contrastante) y dihíbrida (con dos caracteres contrastand) Efectúa la coevaluación con los criterios que se especifites), en las que identifiques la ley de la segregación y la ley can en el punto 3. de la distribución independiente, respectivamente. 3. Criterios para coevaluar. b) Utiliza e interpreta los cuadros de Punnet al realizar la La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo cruza de los caracteres. en su conjunto participan de manera simultánea en la valorac) Explica el fundamento de las variaciones de las caracterísción del aprendizaje logrado. Este tipo de evaluación permite ticas fenotípicas. los siguientes puntos. d) Define la terminología básica en genética para la descripn Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de críción de algunas características hereditarias. ticas constructivas en la comparación del nivel de apren2. Logística. dizaje de los compañeros de grupo. a) Dedica 60% de la duración de una sesión de clase para n Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de maneresolver los problemas y 40% restante para la coevaluación. ra responsable. b) Utiliza el libro de texto y una o dos hojas de papel tamaño n Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales carta, en el encabezado de la primera página escribe tus y de grupo. datos y a continuación lo solicitado en los incisos a, b, c y d del punto 1. Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio. Niveles

Elementos

Interpretación de los problemas Identificación de las leyes de Mendel Utilización e interpretación de los cuadros de Punnet Explicación sobre el fundamento de las variaciones de los caracteres Definición de la terminología básica Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

10

5

1

Puntos

Comprendió todas las especificaciones para realizar los ejercicios de cruza de los caracteres hereditarios.

Comprendió sólo parte de las especificaciones.

No comprendió las especificaciones.

Identificó las dos leyes de Mendel.

Identificó sólo una ley.

No identificó las leyes.

Utilizó e interpretó los cuadros de Punnet.

Sólo los utilizó.

No utilizó ni interpretó los cuadros de Punnet.

Demostró dominio de los conocimientos básicos del tema.

Demostró conocer el tema.

No conoce el tema.

Demostró dominio de la terminología básica.

Demostró conocer algunos términos.

No conoce la terminología.

La calidad del trabajo evaluado supera la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado La calidad del trabajo evaluado es similar a la calidad del trabajo es inferior a la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador. desarrollado por el evaluador.

Total

Comentarios: Nombre del evaluador:

Fecha: 59

2

BLOQUE

Reconoces y aplicas los principios de la herencia

Coevaluación

Guía de observación del desempeño del alumno en la actividad experimental. La actividad experimental de este bloque es La ley de la distribución independiente (segunda ley de Mendel) y como Actividad de aprendizaje se le solicita al alumno elaborar sus conclusiones respecto a la práctica y presentar a sus compañeros de grupo los resultados, asumiendo una actitud de respeto y colaboración. Evalúa el objeto de aprendizaje 2.3. Bloque:

Tema:

Asignatura: Biología

Nombre de la práctica: Profesor: Fecha:

Grupo:

Número del equipo

Sí

1. Demostró responsabilidad al traer los materiales solicitados. 2. Demostró compromiso al traer copia de la práctica y ya haberla leído previamente.

Acciones a evaluar

3. Siguieron los principios de seguridad marcados por el o la docente para la realización de la práctica. 4. Contribuyó con opiniones y experiencias personales durante la realización de la práctica. 5. Fue proactivo durante la realización de la actividad y propició un ambiente de trabajo cooperativo. 6. Laboró en un ambiente de respeto y tolerancia ante sus compañeras y compañeros. 7. Relacionó los conceptos vistos en clase con el tema de la práctica. 8. Al finalizar la práctica dejaron limpia el área de trabajo. 9. Se obtuvieron resultados óptimos y realizaron diversas observaciones. 10. Concluye correctamente la práctica revisando sus resultados obtenidos, lo aprendido y lo investigado. Total

Nota: Cada sí se evalúa con un valor de un punto.

60

Equipo:

1 No

Sí

2 No

Sí

3 No

Sí

4 No

Sí

5 No

Sí

6 No

Total

Grupo Editorial Patria®

Rúbrica de heteroevaluación

Actividad de aprendizaje: Elabora una investigación sobre las variaciones genéticas. Evalúa el objeto de aprendizaje 2.4. Actividad de aprendizaje: Realiza una investigación por equipo sobre las alteraciones genéticas que se presentan en el ser humano. Al finalizar expón ante el grupo los resultados de tu investigación. Evalúa el objeto de aprendizaje 2.7. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Organización

Información bien organizada, con párrafos bien redactados y con subtítulos.

La información está organizada con párrafos bien redactados.

La información está organizada, pero los párrafos no están bien redactados.

La información proporcionada no parece estar organizada.

Redacción

No hay errores de gramática, ortografía o puntuación.

Casi no hay errores de gramática, ortografía o puntuación.

Pocos errores de gramática, ortografía o puntuación.

Muchos errores de gramática, ortografía o puntuación.

Calidad de información

La información está claramente relacionada con el tema principal y proporciona varias ideas secundaria y/o ejemplos

La información da respuesta a las preguntas principales y algunas ideas secundarias y/o ejemplos.

La información da respuesta a las preguntas principales, pero no da detalles y/o ejemplos.

La información tiene poco o nada que ver con las preguntas planteadas.

Fuentes

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas y en el formato deseado.

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas, pero algunas no están en el formato deseado.

Todas las fuentes de información y gráficas están documentadas, pero muchas no están en el formato deseado.

Algunas fuentes de información y gráficas no están documentadas.

Diagramas e ilustraciones

Los diagramas e ilustraciones son ordenados, precisos y añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones son precisos y añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones son ordenados y precisos y algunas veces añaden al entendimiento del tema.

Los diagramas e ilustraciones no son precisos o no añaden al entendimiento del tema.

Uso de internet

Usa con éxito enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Puede usar enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Puede usar ocasionalmente enlaces sugeridos de la Internet para encontrar información y navega a través de los sitios fácilmente y sin asistencia.

Necesita asistencia o supervisión para usar los enlaces sugeridos de la Internet y/o navegar a través de los sitios.

Observaciones generales:

61

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología Tiempo asignado: 4 horas

3

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

3.1 Concepto de biotecnología 3.2 Aplicaciones de la biotecnología en la época antigua y moderna

3.3 Fundamentos de la técnica del adn recombinante y su utilización en la ingeniería genética 3.4 Beneficios de la biotecnología en diferentes campos

Competencias a desarrollar n n n

E stablece la interrelación entre la ciencia, la tecnología 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. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

n

n n

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.

¿Qué sabes hacer ahora?

Desempeños por alcanzar

Escoge la letra de la respuesta correcta y escríbela dentro del cuadro.

Reconoce las aportaciones de la biotecnología desde la antigüedad hasta la época moderna, destacando sus aplicaciones e influencia en la sociedad. Explica la utilidad de la ingeniería genética en el desarrollo de la biotecnología moderna.

1.

Se define como el empleo de recursos biológicos para producir productos de utilidad humana. a) Biología c) Biorremediación

Reconoce las implicaciones de la manipulación genética. Valora el uso de la biotecnología en la solución de problemas que busca el bienestar del ser humano.

b) Bioquímica d) Biotecnología

2. Producto obtenido por los primeros grupos humanos después de descubrir la fermentación del jugo de frutas: a) vino

b) azúcar

c) almidón

Producto biotecnológico que emplea una versión inocua del agente patógeno para estimular al sistema inmunitario 7. a producir anticuerpos que eviten el desarrollo posterior de la enfermedad:

d) queso

3. Proceso por el cual se obtuvieron plantas mejoradas genéticamente en la antigüedad. a) Autofecundación sucesiva b) Reproducción selectiva c) Polinización cruzada d) Ingeniería genética

a) antibióticos c) hormonas

4. Tecnología que ha permitido transferir genes foráneos al genoma de células hospederas de otros organismos. a) PCR c) adn recombinante

8.

b) Electroforesis d) adn complementario

Técnica que permite obtener la cantidad de copias del fragmento de adn que se requiera y en breve tiempo. a) PCR c) Tecnología del adn

Diferencias de las hormonas producidas por ingeniería genética 5. en relación con las que obtenían de animales y de cadáveres humanos.

b) vacunas d) vitaminas

b) Electroforesis d) Hibridación

Pretende que una vez identificado un gen defectuoso, 9. se reemplace por otro normal y de esta manera se cure o prevenga la enfermedad.

a) Contienen impurezas y se producen en pocas cantidades. b) Son idénticas a las humanas y su producción es mayor. c) Su disposición es en poca cantidad y su costo elevado. d) Son algo diferentes a las humanas y se contaminan.

a) La clonación humana. b) La tecnología de la biorremediación. c) La terapia génica. d) La tecnología del adn recombinante.

6. Consecuencias que tiene el hecho de que las plantas transgénicas sean resistentes a los insectos:

10. Su objetivo fue descubrir la secuencia de nucleótidos del adn de los genes de las células humanas.

a) Propicia la contaminación ambiental por plaguicidas. b) Se desequilibra el ambiente por el exterminio de insectos. c) Se mejoran las condiciones ambientales. d) Requiere el empleo de herbicidas.

a) La medicina forense. b) Proyecto Genoma Humano. c) Reacción en cadena de la polimerasa. d) Proyecto del diseño de organismos humanos.

  n n n

Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica de los seres vivos. Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información.

n n

Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

3 BLOQUE



  Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Situación didáctica

¿Cómo lo resolverías?

De las predicciones de Edward L. Tatum, ¿cuáles ya se han logrado?

de numerosas enfermedades serán identificadas”, y más adelante agregaba: “El desarrollo de métodos rápidos, sencillos y sensibles para detectar los portadores de tales taras y establecer un diag­ nóstico precoz rápidamente de los individuos enfermos permitirá poner en práctica medidas eugenésicas más eficaces, así como tra­ tamientos igualmente más activos con la ayuda, principalmente, de regímenes apropiados. Podemos incluso permitirnos cierto opti­ mismo soñando con las infinitas posibilidades terapéuticas ofre­ cidas por la puesta a punto, la síntesis y la introducción de nuevos genes (adn), o de los productos resultantes de estos genes, en las células defectuosas de órganos dados”.

En el artículo “La biología molecular y el porvenir de la medicina” de Edward L. Tatum (coautor de la teoría un gen-una enzima), pu­ blicado en la primera edición en español de la Recherche en biología moleculaire, por H. Blume Ediciones, Madrid, España, en 1976, pre­ dijo el avance que lograría la biología molecular durante los años siguientes y decía: “En el dominio de los trastornos metabólicos, se puede esperar a que se esclarezca el origen genético de un número creciente de anomalías. Las aberraciones enzimáticas responsables



Secuencia didáctica

¿Qué tienes que hacer?

De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Cuáles fueron las primeras aportaciones de la biotecnología antigua y qué importancia tuvieron en la vida de los primeros grupos humanos?

7. ¿Cuáles son los beneficios que se han logrado en los di­ ferentes campos de aplica­ ción de la biotecnología? 8. Detecta las predicciones de Edward L. Tatum logradas por la biotecnología moderna. Intégrate a tu equipo y realicen las siguientes actividades. n Cada miembro del equipo dará a conocer los resultados de su investigación, de manera que tengan la posibilidad de inter­ cambiar y enriquecer los conceptos que tengan sobre las im­ plicaciones de la biotecnología en la vida moderna. n El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación para su presentación grupal.

2. ¿Con qué propósitos empezaron a practicar la reproducción selectiva de plantas y animales? 3. ¿Cuáles son las principales aportaciones de la biotecnología moderna y qué importancia tienen para el bienestar humano? Menciona cuando menos tres. 4. ¿Qué papel ha desempeñado la biotecnología moderna en la cien­cia forense, en el diagnóstico y tratamiento de trastornos here­ ditarios y en el Proyecto Genoma Humano? 5. ¿Qué ventajas ofrecen los organismos transgénicos? 6. ¿En qué consiste la tecnología del adn recombinante y cuál es su utilidad en ingeniería genética?



Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque, responde lo siguiente. 1. ¿Leí todo el contenido del bloque? 2. En la investigación respondí de manera clara y con argumentos teóricos todas las preguntas de la secuen­ cia didáctica. 3. ¿Tengo claro el concepto de biotecnología y las aportaciones de ésta en diversos campos? 4. Lo que me resultó más relevante de la biotecnología es lo siguiente (descríbelo): 5. ¿Explico los procesos por los cuales se crean las plantas y los animales transgénicos destacando sus bene­ ficios y riesgos? 6. ¿Argumento los beneficios y riesgos del empleo de la biotecnología en la vida diaria? 64



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3.1 Concepto de biotecnología Con mucha frecuencia nos enteramos, por los medios informati­ vos, sobre los nuevos descubrimientos biotecnológicos, como aportaciones al logro de una mejor calidad de vida. Sin embargo, sabemos que la biotecnología no es nueva, desde antes de que se descubrieran los microrganismos, los grupos humanos ya fabrica­ ban vino, queso, yogur, pan, cerveza. Pero, ¿qué es la biotecnología? De manera sencilla y amplia, es posible definirla como el proceso donde se utilizan los recursos biológicos, dígase organismos vivos, sus partes o los compuestos que producen para obtener bienes de utilidad para el ser humano. La definición que de este término da la Organización de Cooperación y Desarrollo Económico (ocde) es la siguiente: es la aplicación de procedimientos científicos y tecnológicos a la transformación de ciertas materias por agentes biológicos para producir bienes y servicios. Una de las formas en que se divide la historia de la biotecnología es: la época antigua y la moderna. La época antigua a su vez consta de un periodo primitivo y otro de la microbiología y en la etapa moder­ na quedan incluidos las aplicaciones de la ingeniería genética, el adn recombinante y la creación de los organismos transgénicos. Actividad de aprendizaje Elabora un breve resumen donde destaques el concepto de biotecno­ logía y los beneficios personales y familiares que has obtenido con las aportaciones de ésta en material de salud. Se evalúa en la página 82.

3.2 Aplicaciones de la biotecnología en la época antigua y moderna

Figura 3.1

La fabricación del pan es una actividad biotecnológica de la antigüedad.

se en vino, de las soluciones de malta fermentado la cerveza y de la alteración de la leche podía formarse el queso y el yogur. Hay in­ formación acerca de que en Medio Oriente ya se producía la cerve­ za 6000 años a. C., en China ya se fabricaban el queso y el yogur 4000 años a. C. y en Egipto se producía el pan 2300 años a. C.

Reproducción selectiva de plantas y animales Por reproducción selectiva (proceso que también se conoce como selección artificial) y cruza entre especies emparentadas, el ser huma­ no ha modificado la información genética de plantas y animales des­ de hace miles de años para obtener alimentos de mejor calidad y en mayor proporción. Con estas técnicas se han transferido genes de individuos de la misma especie o de especies relacionadas genética­ mente por medio de cruzas de los que han sido seleccionados por sus características sobresalientes, después de ciclos reproductivos sucesivos hasta obtener la generación con las características desea­ das, es decir, una nueva variedad. Evidentemente el ser humano apli­ caba estas técnicas en forma empírica, sin los conocimientos básicos del proceso, sólo guiado por la observación de los resultados.

Época antigua Periodo primitivo Elaboración de pan, vino, cerveza De acuerdo con la definición anterior, se puede decir que los gru­ pos humanos empezaron a utilizar la biotecnología desde las pri­ meras etapas de su organización social, particularmente en la producción de alimentos, cuando descubrieron que cultivando las plantas y domesticando a los animales que consumían, aseguraban su alimento por mayor tiempo, transformando así su vida de reco­ lectores y cazadores a la de agricultores y pastores. Otras aplicaciones biotecnológicas de la antigüedad fue el des­ cubrimiento de que el jugo de frutas fermentado podía convertir­

Figura 3.2

El maíz es una de las plantas mejoradas por reproducción selectiva.

65

3

BLOQUE

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Mediante la reproducción selectiva, esos primeros grupos empezaron a seleccionar los mejores individuos de cada especie, y lograron mejorar su alimentación al obtener nuevas variedades de plantas con más granos o frutos de mejor sabor y tamaño, como el maíz, el trigo, el arroz, el frijol, la calabaza y otros. Respecto a la cruza de animales, también los resultados fueron satisfactorios, se crearon generaciones con las características deseadas, como buenos proveedores de carne y de leche, o poseedores de otras cualidades útiles para el ser humano.

Periodo de la microbiología Una segunda etapa del desarrollo de la biotecnología se inicia con los trabajos de Louis Pasteur (1822-1895) en la identificación de los microorganismos causantes de la fermentación en la segunda mitad del siglo xix, lo que contribuyó a impulsar la incorporación de la técnica de fermentación en algunas áreas industriales. También aportó las bases de la asepsia, por medio de la esterilización del material quirúrgico, que hasta entonces no se practicaba; la creación del proceso de pasteurización para la conservación de la leche; la vacuna antirrábica en 1885 y la invalidación de la teoría de la generación espontánea, pues demostró su falsedad por medio de los experimentos con los matraces de cuello de cisne. Figura 3.3

Otro investigador de esta etapa fue Robert Koch (1843-1910), que también hizo importantes aportaciones a la bacteriología, por ejemplo, el descubrimiento de Vibrio cholerae, agente causal del cólera, el Bacillus antracis, causante del ántrax e introdujo la técnica para el cultivo de una sola cepa de bacterias en laboratorio. Louis Pasteur.

génicos, que generalmente reportan alguna utilidad a la especie humana. Mediante la tecnología del adn recombinante, que es un procedimiento de la ingeniería genética, se ha logrado transferir genes foráneos, previamente aislados, al genoma de células hospederas de otros organismos, que a veces son de especie distinta, para su expresión y así obtener las sustancias que se desean. Con esta tecnología se han elaborado diferentes fármacos por medio de la expresión de genes humanos que se han insertado en bacterias, también para la creación de organismos genéticamente modificados, llamados también transgénicos, así como en los procesos de biorremediación, que es la aplicación de sistemas biológicos en la reducción de la contaminación ambiental.

Elaboración de hormonas, antibióticos y más La insulina es una hormona que se requiere para el tratamiento de la diabetes; antes se obtenía del ganado que se sacrificaba en los rastros y, por ser algo diferente a la insulina humana, a veces causaba efectos secundarios. El gen humano que codifica para la insulina insertado en células bacterianas ha resuelto el problema, ya que la hormona sintetizada por las bacterias es idéntica a la que secreta el páncreas humano. La somatotropina, llamada también hormona del crecimiento, se suministra a los niños que no son capaces de producirla debido a alguna deficiencia para que de esta manera puedan crecer normalmente. Esta hormona también la producen las bacterias por medio de la tecnología del adn recombinante. Antes se extraía de la glándula hipófisis de los cadáveres; su inconveniente era que se tenía sólo en pequeñas cantidades y el extracto que se obtenía de la hipófisis a menudo resultaba contaminado por priones causantes de la enfermedad neurológica de Creutzfeldt-Jacob. Antibióticos. El primer antibiótico que se usó para combatir padecimientos de origen infeccioso fue la penicilina, producida por

Aplicaciones de la biotecnología moderna La biotecnología moderna tiene como antecedentes las bases genéticas de Gregor Mendel, redescubiertas en 1900; los conocimientos de la biología molecular que surgió en la década de 1950, en la que se descifró la estructura del adn (ácido desoxirribonucleico) como material hereditario y en el decenio siguiente se descubrieron los procesos por los cuales su información se traduce en proteínas. Más tarde (en los años setenta) se conoció el diseño de una tecnología comprendida dentro de un nuevo campo llamado ingeniería genética, que ha permitido aislar y manipular el material genético para incorporarlo a las células de otros individuos, incluso de distinta especie, y se logró la creación de los organismos trans66

Figura 3.4

Aplicación de insulina a un enfermo de diabetes.

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el hongo Penicillium notatum, descubierto por Alexander Fleming (1881-1955) en 1928; pero fue hasta en 1943 (durante la Segunda Guerra Mundial) cuando, por métodos de cultivo celular; se pudo industrializar, aunque en pequeña escala. Actualmente, por medio de la tecnología del adn recombinante se han logrado producir nuevos antibióticos, con menor grado Figura 3.5 de toxicidad y efectos secunda- Alexander Fleming, científico escocés. rios, al mismo tiempo con mayor eficacia y más específicos, para contrarrestar la acción patógena de los microorganismos que se han tornado muy resistentes a varios antibióticos.

Figura 3.6

Un producto transgénico.

Vacunas. Las vacunas tienen su fundamento en el reconocimiento como antígeno que hace el sistema inmunitario de las proteínas que el agente infeccioso trae en la superficie para producir anticuerpos que eviten el desarrollo de la enfermedad y de esta manera el individuo infectado queda protegido. La vacuna es una variación inocua del agente patógeno que estimula al sistema inmunitario del individuo para producir anticuerpos que eviten los síntomas de una infección posterior. Tradicionalmente, para la elaboración de las vacunas se han empleado agentes infecciosos atenuados (vivos con una mutación que los inocuos) o muertos. Actualmente por ingeniería genética se aísla el gen que determina la producción del antígeno (el cual se obtiene del agente infeccioso), se clona en un vector y se transfiere a las células hospederas inocuas (inofensivas), que son las vacunas que protegerán al individuo al producir como respuesta los anticuerpos específicos contra ese antígeno.

Animales transgénicos. Son a los que desde las primeras etapas de su desarrollo embrionario se les inserta el gen (por microinyección de adn en el pronúcleo del cigoto) a fin de modificar su genoma y lograr que se desarrollen las características deseables. En general, los animales transgénicos se han utilizado en las actividades experimentales en laboratorio para producir compuestos de importancia médica y otros fines. Por ejemplo, las vacas se han mejorado para producir mayor cantidad de leche, las ovejas para proporcionar más lana y los peces para aumentar su tamaño y soportar factores ambientales adversos. En cuanto a la producción de proteínas de importancia médica citamos los siguientes ejemplos: de las ovejas transgénicas se ha obtenido la enzima _-1-antitripsina, que se emplea en pacientes de enfisema pulmonar hereditario; en las vacas se ha incorporado el gen que codifica para la lactasa, de tal manera que la leche que produzcan quede libre de lactosa, para el consumo de las personas que no la toleran.

Organismos transgénicos

Biorremediación

Otra aplicación de la biotecnología moderna es la creación de organismos transgénicos, mediante la transferencia de genes ya sea de la misma especie o de una diferente, que van a determinar en ellos una nueva característica, generalmente para mejorarlos.

El uso de organismos vivos, en especial bacterias y hongos, para reducir la contaminación ambiental es lo que se llama biorremediación. Los microorganismos siempre han desempeñado un papel muy importante en la degradación de los desechos orgánicos y, conociendo esa acción restauradora de la calidad del ambiente, se han utilizado a partir del siglo xix para reducir la contaminación de los sistemas acuáticos y terrestres. En la actualidad se producen por medio de la tecnología del adn recombinante microorganismos transgénicos con mayor incremento en su actividad degradadora sobre los contaminantes. La biorremediación tiene su aplicación en tratamiento de aguas residuales o en suelos contaminados, fundamentalmente. Los contaminantes sobre los que actúan son principalmente los metales pesados como el mercurio y el plomo, y los derivados de hidrocarburos, cuyas fuentes son los derrames de petróleo que ocurren por accidente.

Plantas transgénicas. Han sido muy notables los avances de la producción de alimentos por medio de las plantas mejoradas por ingeniería genética, ya que aumenta la producción y se reduce el costo de inversión, las características que se incorporan en las nuevas variedades son las necesarias y la resistencia de las plantas mejoradas a los insectos y los herbicidas, contribuyen a mejorar las condiciones ambientales porque se hace innecesaria la utilización de agroquímicos. Los cultivos transgénicos que más se consumen son maíz, soya y algodón. Otros cultivos se encuentran en etapa experimental, en la que se les incorporan genes que expresen su mayor valor nutritivo.

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3

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Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Ciencia forense La biotecnología tiene una importante aplicación en el campo de la genética forense, que por medio de la huella genética, excluye a los ino­ centes e identifica a los delincuentes. Para ello se han desarrollado téc­ nicas que determinan las huellas genéticas de los individuos al analizar el adn de las pequeñas muestras de sangre, semen, pelo, piel o saliva, que se han dejado en la escena del acto delictivo y que se comparan con el adn que se obtiene de la muestra de los sospechosos. Al adn de la muestra encontrada en la escena del delito se le saca el número de copias que se desee con la técnica de reacción en cadena de la polime­ rasa (pcr por sus siglas en inglés). A lo largo del cromosoma de cada individuo hay secuencias de cuatro a seis pares de bases en el adn, por ejemplo, podría ser que en el adn de una persona sean las bases ga­ attc las que se repitan con mayor frecuencia; las enzimas de restric­ ción reconocen esas secuencias de bases y cortan el adn en todas las regiones donde se localice tal secuencia (en este ejemplo es la enzima de restricción Eco RI, obtenida de la bacteria Escherichia coli, la que re­ conoce y corta esa región). Dado que el número de repeticiones de estas regiones es distinto de una persona a otra, la longitud de los frag­ mentos que resultan de los cortes del adn también será diferente. Por eso, la coincidencia en las múltiples regiones del adn de la muestra recogida en el lugar del delito con la del sospechoso, es evidencia de que ambas pertenecen a la misma persona, ya que resulta improbable que dos individuos sean genéticamente iguales, con excepción de los hermanos gemelos. Esta técnica también se emplea para la identifica­ ción de cadáveres, en la confirmación de la paternidad, en la clasifica­ ción taxonómica de los organismos, la compatibilidad en la donación de órganos y otras investigaciones.

Diagnóstico y tratamiento de trastornos hereditarios Con el empleo de las técnicas de la ingeniería genética desarrolla­ das a partir de la década de 1970, fue posible aislar muchos genes

humanos e insertarlos en células hospederas para obtener proteí­ nas de interés terapéutico en organismos transgénicos, las cuales se emplean para el tratamiento de diversas enfermedades heredi­ tarias. Otra aportación a la ciencia médica ha sido el desciframien­ to de la secuencia del genoma humano, logrado por el Proyecto Genoma Humano, por cuyo informe nos enteramos de que el genoma humano consta de alrededor de 3 200 millones de nu­ cleótidos que forman un poco más de 30 000 genes y de la ubica­ ción de más de mil genes relacionados con enfermedades genéticas. Asimismo, se han descubierto variaciones de una base en la secuencia de nucleótidos del adn, resultado de pequeñas mutaciones. Estas variaciones de letras se presentan en toda la ca­ dena del adn, aproximadamente una en cada 500 a 1 000 nucleó­ tidos; se les llama polimorfismo de un solo nucleótido (snps, por sus siglas en inglés) y se les nombra comúnmente snips. Las combina­ ciones de los snips en el genoma de cada persona le confieren su individualidad, es decir, le proporcionan caracteres físicos y fisio­ lógicos como persona única. La medicina genómica, que es la nueva disciplina de la práctica médica, podrá identificar de manera rutinaria por medio del aná­ lisis genómico del individuo las variaciones que existen en su ge­ noma y que lo predisponen a padecer alguna enfermedad hereditaria o que hacen que sea resistente a ella, ya que de las combinaciones de los snips en el genoma depende también su susceptibilidad o resistencia a enfermedades como diabetes me­ llitus, hipertensión arterial, cáncer, obesidad y asma, entre otras. Sin embargo, también resulta importante tomar en cuenta los factores del ambiente y su estilo de vida en la propensión de éstas y de otro tipo de enfermedades. Una vez estudiado el análisis genómico, se proporcionará una aten­ ción más individualizada y preventiva a las personas predispuestas a estos trastornos hereditarios, para evitar las manifestaciones de dichas enfermedades o, cuando menos retrasarlas.

del sospechoso.

ADN

de la sangre encontrada en la ropa del sospechoso.

ADN

Figura 3.7

Resultados comparativos de las huellas genéticas entre el adn de la evidencia obtenida en el lugar del delito y el adn de la muestra del sospechoso.

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encontrado en la sangre de la escena del crimen.

ADN

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Por supuesto que habrá quienes se nieguen a que se les practique el análisis genómico, porque sencillamente no quieran que se descu­ bran los secretos que guardan o por temor a que se divulgue su po­ sible propensión a desarrollar determinada enfermedad y que esto sea motivo de discriminación en sus actividades. Sin embargo, uno  de los principios de la bioética es precisamente impulsar la protección de la privacidad referente a la información genética del individuo.

Terapia génica Las enfermedades causadas por genes defectuosos, como la hemo­ filia, la fibrosis quística y otras, son tratadas de por vida por medio de transfusiones, fármacos y dietas especiales libres de las sustan­ cias que el organismo del enfermo no pueda metabolizar. Actual­ mente se realizan importantes investigaciones para identificar los genes defectuosos y reemplazarlos por los normales, y así curar o prevenir la enfermedad. Gran parte de esta tarea ya es posible; gra­ cias a los adelantos científicos, se ha logrado identificar el gen de­ fectuoso de un gran número de enfermedades hereditarias. Esta estrategia se orienta hacia la introducción de genes normales en células somáticas del individuo con estas alteraciones, para susti­ tuir los genes mutantes y así corregir la función de las células. A diario se realizan enormes esfuerzos para que la terapia génica, que hoy se encuentra en sus etapas experimentales, muy pronto sea una realidad, a fin de que el tratamiento y la prevención de este tipo de padecimientos sea rutinario y eficaz.

Actividad de aprendizaje Contesta en tu cuaderno de forma breve lo siguiente: 1. ¿Con qué propósitos se realiza la reproducción selectiva de plan­ tas y animales desde la antigüedad? 2. Los primeros grupos humanos que aplicaban esta técnica no te­ nían los conocimientos básicos de genética. ¿En qué se basaban para hacerla? 3. ¿Qué importancia tuvieron las aportaciones de Louis Pasteur para la biotecnología, particularmente en el área industrial? 4. ¿Por qué es importante que las bacterias, por ingeniería genéti­ ca, produzcan las hormonas que algunas personas no son capa­ ces de producir? 5. ¿Qué ventajas y desventajas encuentras en las plantas y animales transgénicos, mejorados para una mayor producción? 6. ¿Qué es la biorremediación y qué aplicación tiene? 7. ¿Qué aplicación tiene la biotecnología en la ciencia forense? 8. ¿Cuál es el papel de la medicina genómica en el diagnóstico y tratamiento de los trastornos hereditarios?

Actividad de aprendizaje Redacta un resumen sobre el empleo de la biotecnología en las distin­ tas etapas de su historia, considerando sus ventajas e implicaciones biológicas y sociales. Con la información obtenida realiza una exposi­ ción frente a tu grupo. Se evalúa en la página 82.

3.3 Fundamentos de la técnica del adn recombinante y su utilización en la ingeniería genética La tecnología del

adn

recombinante

En los últimos años se ha desarrollado la tecnología del adn re­ combinante, que ha permitido analizar y manipular el adn como jamás se pensó hacerlo. Esta tecnología es un procedimiento de la ingeniería genética que tiene como objetivo insertar el adn forá­ neo al genoma de la célula hospedadora (generalmente de especie distinta), donde pueda replicarse y traducirse en proteínas. Para ello se aísla un segmento de adn correspondiente al gen que se desea clonar y se introduce en un vector, el cual se encarga de llevarlo a la célula hospedadora.

Enzimas de restricción y vector Los instrumentos básicos de esta técnica son las enzimas bacteria­ nas conocidas como enzimas de restricción, las que a manera de tijeras moleculares cortan las moléculas de adn que contiene el gen de interés en lugares específicos. Cada enzima de restricción, al reco­ nocer la secuencia de unos cuatro o seis pares de nucleótidos en el adn, hace el corte en ese sitio y en otros donde localice la misma frecuencia. Por tanto, las dos cadenas no se cortan a la misma altura y de esta forma ambos extremos del fragmento del adn terminan con bases complementarias. Esos extremos, llamados, cohesivos o pegajosos del fragmento pueden unirse con cualquier otra molécula de adn cortada por la misma enzima de restricción. Después que el fragmento específico del adn haya sido cortado por una enzima de restricción, ese fragmento se incorpora en una molécula vectora. Se emplea como vector el adn de bacteriófagos (virus que infectan a las bacterias), en cuyo genoma previamente se  inserta el gen para formar el adn recombinante que se desea clonar; este proceso se llama transducción. Otro vector es el plásmido, pequeña molécula circular de adn extracromosómico, que contiene unos cuantos genes y cuya replicación se realiza en forma independiente del cromosoma de la bacteria; la introducción del gen foráneo se llama transformación. El corte de la molécula vectora por la enzima de restricción utilizada para cortar las dos cadenas de adn también se realiza en la misma 69

3 BLOQUE

  Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología Figura 3.8

Eco Rl corta aquí G A A T T C T

T

G A A T T

C

C T

A A G

T

La enzima de restricción Eco RI reconoce su secuencia específica en una molécula de adn.

C

A A G

Eco Rl corta aquí Eco Rl digiere A A T T

G C T

T

Extremos pegajosos

A A T T T

G

G

C T

T

Separación de las cadenas

G C T

A A

A A T T

C

A A

C

G

G

C T

A A

C G

Extremos pegajosos A A T T

T

A A

C G

Unión entre extremos por enlaces de hidrógeno G

A A T T

C

C T

T

G

A A

Nuevas uniones covalentes por medio de ADN ligasa G A A T T C T

Figura 3.9

T

C Eco R1 0

A A G

Pst I

Hin III

Gen Ap r

Gen T r

Esquema del plásmido pBR322, de 4 300 pares de bases, es uno de los más empleados para la clonación. Contiene los genes Apr, que hacen que las bacterias sean resistentes a la ampicilina, además de Tcr, que les confiere resistencia a la tetraciclina. Se indican los sitios de corte de las enzimas de restricción Pst I, Eco R1 y Hin III.

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secuencia de nucleótidos, con lo que se forman además los extre­ mos cohesivos o pegajosos del vector y, por ser compatibles con los extremos pegajosos del adn correspondiente al gen aislado, se unen fácilmente aunque procedan de células distintas. Una vez apareados los extremos complementarios de cada fragmento,  la unión se sella por la enzima adn ligasa, y se forma así la molécula hí­ brida o adn recombinante. Después, éste se introduce en la bacte­ ria (que acepta el plásmido conocido como bacteria transformada). Para facilitar su identificación se emplean plásmidos portadores de genes que hacen a las bacterias resistentes frente a algunos antibió­ ticos. De esta forma, solamente aquellas bacterias en cuyos plásmi­ dos se ha acoplado el inserto y se ha cerrado el plásmido formando el adn recombinante, podrán presentar dicha resistencia al anti­ biótico. Así se comprueba que el ligamiento tuvo éxito. El gen de resistencia al antibiótico se llama gen reportero. Segmento cortado del plásmido

Corte realizado con enzimas de restricción para eliminar el segmento original del plásmido

Clonación del

adn

en bacterias

La clonación consiste en la producción de copias genéticamente idén­ ticas de un gen, una célula o un organismo. En la tecnología del adn recombinante la clonación se emplea para producir muchas copias del fragmento de adn mediante ciclos repetidos de replicación. Cuando la clonación se realiza a través de un plásmido que se in­ corpora a la bacteria, las moléculas de adn híbridas (formadas por el segmento de adn que se desea clonar y el adn del plásmido) se colocan junto con las bacterias en un medio de solución salina de calcio, que facilita la penetración de los plásmidos en las bacterias a través de su membrana plasmática, procedimiento llamado transformación. Después, las bacterias transformadas se cultivan en un medio que contiene el antibiótico de selección; de esta manera sólo aquellas bacterias que hayan adquirido el plásmido recombinante

Inserto (ADN foráneo)

Pegado del inserto hecho con una enzima llamada ligasa

Gen del plásmido que da a la bacteria la característica de resistencia a algún tipo de antibiótico

Plásmido con ADN recombinante

Bacteria hospedera (transformada)

Bacterias transformadas en división

Figura 3.10

Formación del adn recombinante en plásmido.

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3 BLOQUE

  Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

podrán crecer en este medio. Una vez creado el banco de genes se procede a identificar las líneas celulares o clonas adecuadas con al­ gún método de identificación, como el de hibridación del adn con sonda radiactiva, en el que se emplea la sonda marcada radiactiva­ mente y que es complementaria al adn del gen clonado, para que al aparearse al adn del gen objeto de estudio ocurra la hibridación, la cual podrá detectarse por la técnica de autorra­diografía. La expresión del gen clonado ha sido posible cuando se ha incor­ porado a las células bacterianas. Al trabajar con genes humanos, los investigadores han empleado un adnc (adn complementario), copiado de un arnm (arn maduro) por transcripción inversa, ya que las bacterias no disponen de las enzimas necesarias para proce­ sar en su forma madura el arnm primario, es decir, no pueden reti­ rarle los intrones y empalmar los exones para hacerlo funcional, como lo hace la célula eucariota; por eso se utiliza el gen contenido en un segmento de adnc que ya ha sido modificado. Así se ha lo­ grado producir en bacterias proteínas como la insulina y la hor­ mona del crecimiento, entre otras, en cantidades y a velocidades superiores a las del organismo humano.

Para tu reflexión

Las enzimas de restricción Las endonucleasas o enzimas de restricción reconocen una secuencia específica del adn de entre cuatro y ocho nucleótidos para hacer su corte. Esa secuencia de nucleótidos se llama secuencia de reconocimiento y los lugares donde se cortan se denominan sitios de restricción. Las enzimas de restricción son producidas por las bacterias y las utili­ zan en forma normal para protegerse del adn extraño; así degradan las moléculas del adn que hayan podido ingresar a su interior, procedentes de otras bacterias o de bacteriófagos. Por eso se llaman de restricción, porque restringen la replicación del adn extraño. Los nombres con los que se les identifica se derivan de los nombres de las bacterias de las cuales se obtienen, por ejemplo, Eco RI proviene de Escherichia coli, Hind III de Haemophilus influenzae. Las bacterias protegen su adn del ataque de las enzimas de restricción que ellas mismas producen, y lo logran por medio de modificaciones quí­ micas del adn por acción de enzimas, después de la síntesis de éste. Muchas enzimas de restricción correspondiente a distintas especies de bacterias se han purificado, por lo que existen más de 100 de estas en­ zimas en el mercado; reconocen secuencias específicas del adn, lo que ha permitido a los investigadores cortar el adn cromosómico en pe­ queños fragmentos y de forma controlada.

Reacción en cadena de la polimerasa o pcr (Polymerase Chain Reaction) Kary B. Mulli (1944 -  ) y sus colaboradores, investigadores de la  compañía estadounidense Cetus, en 1985, dieron a conocer 72

una nueva técnica que permite obtener en unas cuantas horas una enorme cantidad de copias del fragmento de adn que se desea es­ tudiar. Esta técnica, llamada reacción en cadena de la polimerasa (pcr, por sus siglas en inglés), por su sencillez y confiabilidad ha facilitado la investigación en los diferentes campos, como en biolo­ gía, medicina y arqueología. A diferencia de la clonación, la técnica de pcr no requiere el adn recombinante ni la multiplicación in vivo del segmento de adn que se desea analizar; en cambio facilita el aislamiento y el manejo de se­ cuencias específicas de nucleótidos del segmento de adn in vitro. Para ello se destruye primero la célula bacteriana o de tejido con detergentes especiales; después la muestra se procesa para separar el material genético de los residuos celulares mediante procedi­ mientos químicos o por ultracentrifugación. Una vez obtenidos los ácidos nucleicos, por acción de enzimas se degrada el que no se va a emplear; si se va a trabajar con adn se le aplican enzimas que de­ graden el arn y si se desea aislar arn se utilizan enzimas que degra­ den el ácido desoxirribonucleico. Para amplificar un segmento de adn (es decir, sacar muchas co­ pias) se requieren fundamentalmente: n Cebadores. Llamados también iniciadores o primers que son oligonucleótidos (fragmentos sintéticos de 18 a 30 o más nu­ cleótidos de largo), capaces de unirse uno en un extremo de una cadena de adn y otro en el extremo opuesto de la otra cadena e iniciar la síntesis de las dos cadenas. n Desoxinucleótidos trifosfatos. Son los nucleótidos precur­ sores que se aparean en forma complementaria con los nu­ cleótidos de las cadenas moldes preexistentes. n Enzima adn polimerasa. Taq adn polimerasa, que se obtie­ ne de la arqueobacteria termófila Thermus aquaticus que habi­ ta en los manantiales termales. Dicha enzima acopla los nu­ cleótidos de 1 en 1 en sitios correspondientes. Frente a la T de la cadena molde adiciona A en la cadena que se forma, frente a G aparea C, y viceversa. Los procedimientos básicos de esta técnica son los siguientes: 1. Desnaturalización térmica del adn (separación de las dos cade­ nas de la molécula sometiéndola a una temperatura de 94 °C). 2. Enseguida se hace descender la temperatura a 60 o 40 °C (se­ gún la longitud de los oligonucleótidos utilizados) para per­ mitir la unión de los cebadores al adn que sirve de molde, en el extremo 3’ de cada una de las cadenas que, como se sabe, se encuentran en posición antiparalela, para que la síntesis com­ plementaria de cada cadena se inicie a partir de cada cebador en dirección 5’ → 3’, opuesta a cada cadena que sirve de mol­ de, como sucede en una replicación normal. 3. Al colocar en el tubo de ensayo el adn utilizado como molde para amplificar el fragmento deseado, los dos cebadores aco­ plados, los desoxinucleótidos trifosfatos dATP, dTTP, dGTP y dCTP, iones magnesio (Mg++, que funcionan como coen­zi­ mas) y la enzima adn polimerasa (Taq polimerasa), la tempe­

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5’

3’

3’

5’

Segmento de ADN que se quiere amplificar

Desnaturalización

Figura 3.11

El ciclo de desnaturalización, acoplamiento de cebadores y duplicación del ADN por la técnica de PCR.

S e

5’

r e p i t e

5’

5’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

ratura se incrementa a 72 °C; con ello se inicia la síntesis de las nuevas cadenas de adn llevada a cabo por la enzima, al acoplar por complementariedad los desoxinucleótidos trifosfatados. 4. Elongación. La polimerasa cataliza la síntesis de las nuevas cadenas a partir de las originales desde los cebadores. A este proceso se le llama elongación del adn. El par de cadenas servirá como plantilla para otras copias en sucesivos ciclos de PCR; por eso se dice que la amplificación es exponencial, o sea 2n, siendo n el número de ciclos realizados. 5. Interpretación del material obtenido. El producto de la amplificación es sometido a electroforesis en gel de agarosa, que luego es teñido con una solución de bromuro de etidio (BrEt) y finalmente observado bajo luz ultravioleta. A este tipo de electroforesis en gel de agarosa se le denomina submarina, ya que el gel queda sumergido en una solución amortiguadora. Los productos se separan según su peso molecular. Durante la electroforesis el adn migra del polo negativo hacia el positivo, ya que al aplicarle corriente eléctrica estas moléculas se distribuyen separadamente por la diferencia de la velocidad con que migran dentro del gel. El producto de la amplificación es adn de doble cadena con un peso molecular determinado.

PCR Debido a que cada individuo posee su propia secuencia de nucleótidos, las aplicaciones que ya tienen estas técnicas son para la identificación de delincuentes (con una porción de semen, sangre, pelo, etc.), el parentesco entre las personas, el reconocimiento de la paternidad, el diagnóstico de enfermedades infecciosas y la clasificación taxonómica de los organismos.

Algunos usos de la

3’ Acoplamiento de cebadores y síntesis por ADN polimerasa

Molécula de ADN duplicada

Actividad con TIC Fundamentos de la técnica del ADN recombinante http://es.slideshare.net/Cristelayt/tecnologa-del-adn-recombinante-2907625 http://www.youtube.com/watch?v=kViyAA2-Cwl Elabora en equipo un resumen de la técnica del ADN recombinante, explica su utilidad y la impotancia que tiene. Se evalúa en la página 82.

3.4 Beneficios de la biotecnología en diferentes campos Biotecnología industrial Desde tiempos inmemoriales la biotecnología ha sido empleada por la humanidad, en especial en la industria alimentaria y farmacéutica tales como la panificadora, la producción de vino y queso. En la segunda mitad del siglo xviii se inició la elaboración de vacunas y, en 1928, A. Fleming descubrió la acción del hongo Penicillium notatum y con ello la producción de los primeros antibióticos. En estas actividades se involucra la participación de microorganismos como bacterias y hongos, así como también de virus. La biotecnología moderna no sólo maneja las células microbianas en los procesos de producción, sino también modifica la información 73

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  Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

genética de las células vegetales y animales, impulsando con ello el desarrollo de una nueva industria biotecnológica que abarca dis­ tintas actividades del quehacer económico. Son ejemplos de apli­ caciones en el uso industrial de la biotecnología la producción de insulina, hormonas del crecimiento y otros medicamentos por me­ dio del adn recombinante.

Biotecnología en agricultura y ganadería La invención de la agricultura y la domesticación de los animales permitió a los primeros grupos humanos obtener con mayor dis­ ponibilidad su alimentación de las plantas que aprendieron a cul­ tivar y de los animales que domesticaron, y no solamente de la caza, la pesca y la recolección de frutos, granos y raíces, como en un principio lo hacían. Con el tiempo, el agricultor y el pastor, sin proponérselo, fueron modificando a su conveniencia la información genética de plantas y animales, al practicar con ellos la selección artificial y la cruza en­ tre especies emparentadas, con el propósito de mejorar los cultivos y la crianza de los animales, procurando con ello nuevas variedades de alimentos con mejor calidad nutricional, mayor rendimiento y resistencia a las plagas de los cultivos. La actividad agropecuaria tradicional cubrió la demanda alimenta­ ria y de materia prima para la elaboración de diversos artículos de la población humana en sus primeras etapas de desarrollo, cuando su crecimiento no llegaba al límite que actualmente tiene. Se calcu­ la que hoy somos más de 6 000 millones de habitantes en la Tierra, de los cuales, según la Organización Mundial de la Salud, más de 840 millones padecen hambre. Esto resulta preocupante si consi­ deramos que la seguridad alimentaria mundial depende de la bio­ diversidad y ésta se encuentra en proceso de extinción; se calcula que sólo en el siglo pasado se perdieron cerca de tres cuartas partes de la diversidad genética de los cultivos. Por lo que la técnica agropecuaria tradicional resulta insuficiente para cubrir las necesidades alimentarias de la población humana que cada día crece más. Una de las alternativas, de seguro la más importante, para obtener a mayor velocidad de producción y de buena calidad el alimento humano son los cultivos transgénicos que se han logrado a partir de las técnicas del adn recombinante de la ingeniería genética.

Plantas transgénicas Las plantas transgénicas son aquellas que contienen genes de otra planta, casi siempre de especie diferente y que al expresarse le dan nuevas características. El interés en producir plantas con nuevas características a través de las técnicas del adn recombinante, manejadas por la agrobiotecno­ 74

logía, radica en que éstas satisfagan las necesidades de la población, aumenten su resistencia a las plagas y que el rendimiento de su pro­ ducción sea óptimo y de bajo costo. El vector que ha demostrado capacidad para aceptar genes forá­ neos e incorporarlos a su genoma, para luego insertarlos en el adn de la célula del vegetal y modificar su información genética, es la bacteria Agrobacterium tumefaciens que es infecciosa y produce tu­ mores en la planta al parasitar en ella. El procedimiento que los es­ pecialistas emplean para introducir el gen consiste en recombinarlo primero con el plásmido de la bacteria, que contiene los genes adnt (adn de transferencia), eliminar los que producen los tumo­ res para que éstos no se presenten y después incorporar el gen ex­ traño al genoma de los protoplastos (células somáticas sin pared celular) previamente cultivados in vitro que, ya transformados, re­ generarán a la planta transgénica. Los cereales, que son los granos que se encuentran en la base de la alimentación del ser humano, han ofrecido mayor dificultad para incorporar el gen recombi­nante a su genoma a través de la A. tumefaciens, lo que ha hecho necesario recurrir a otros procedimientos, como el empleo de los protoplas­ tos para fusionar una célula somática portadora del gen con otra receptora, procedente de una planta de distinta especie. Después se cultivan las células con los genes modificados en un medio que re­ úna las condiciones y nutrientes necesarios, para propiciar que los protoplastos sinteticen una nueva pared celular y se dividan para formar nuevas plantas con caracteres modificados. Otro procedi­ miento es por inyección del gen directamente al núcleo de las células.

Animales transgénicos Al animal a cuyo genoma se le incorpora un gen exógeno, que pro­ venga de un organismo de la misma especie o de otra diferente, se le llama transgénico y el procedimiento para introducir el gen se denomina transferencia. La técnica empleada consiste en la microinyección de los plásmi­ dos portadores del gen en el núcleo del oocito, que es la célula que da origen al óvulo por meiosis y después fecundarla in vitro (fusión de las células germinales: espermatozoide y óvulo dentro de un tubo de ensayo) para que, una vez formado el cigoto, se implante en una hembra previamente sometida a tratamiento hormonal para que adquiera su más alta capacidad de fertilidad. Otra alternativa es dejar que las hembras se fecunden en forma natural para extraer­ les los embriones unas horas después y, por medio de la microin­ yección, se incorpora el adn exógeno dentro del núcleo de una de las dos células del embrión, que de inmediato se reimplanta dentro del aparato reproductor de otra hembra ya preparada. A través del análisis del tejido de los hijos se comprueba si en el genoma de sus células se ha incorporado el adn exógeno; de ser así, se detecta si la información se expresa. Entre los animales más utilizados en este tipo de experimento están los ratones. Existen informes sobre tra­

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Cigoto o huevo con los dos pronúcleos

Microinyección que introduce el ADN exógeno en uno de los núcleos Microinyección que Microinyección introduce el exógeno Microinyección queADNque introduce ADN exógeno en uno de el los núcleos introduce el ADN exógeno en uno losde núcleos en de uno los núcleos

Cigoto o huevo con Cigoto opronúcleos huevo con los dos Cigoto o huevo con los dos pronúcleos los dos pronúcleos

Cigoto o huevo con los dos pronúcleos

Microinyección que introduce el ADN exógeno en uno de los núcleos

Los cigotos inyectados se transfieren quirúrgicamente LosLos cigotos inyectados se transfieren quirúrgicamente cigotos inyectados se transfieren quirúrgicamente a una hembra previamente preparada con hormonas a una hembra preparadacon con hormonas a una hembrapreviamente previamente preparada hormonas

Los cigotos inyectados se transfieren quirúrgicamente Los cigotos inyectados se transfieren a una hembra previamente preparadaquirúrgicamente con hormonas a una hembra previamente preparada con hormonas

De los ratones que nacen mediante biopsia de sus tejidos se extrae el ADN para confirmar si son portadores del gen exógeno

De los ratones que nacen mediante biopsia de sus tejidos se el ADN para confirmar si son portadores del gen exógeno De extrae los ratones que nacen mediante biopsia de sus tejidos se extrae el ADN para confirmar si son portadores del gen exógeno

Figura 3.12

Transferencia de genes en ratones.

De los ratones que nacen mediante biopsia de sus tejidos se De los el ratones que confirmar nacen mediante biopsia de del sus gen tejidos se ADN para si son portadores exógeno extrae extrae el ADN para confirmar si son portadores del gen exógeno

bajos realizados con cerdos, que ha consistido en introducirles el gen que especifica la producción de la hormona del crecimiento, con magníficos resultados. Este mismo experimento se ha realiza­ do con ratones, y se han obtenido descendientes de mayor tamaño que los que no son transgénicos.

Clonación de mamíferos En febrero de 1997, el Instituto Roslin, localizado cerca de Edim­ burgo, Reino Unido, anunció el nacimiento de la oveja Dolly, lo que

despertó el interés de los medios de comunicación por tratarse del primer mamífero clonado a partir de la célula de un organismo adulto. La técnica empleada en la clonación de Dolly fue la de transferencia nuclear. Ésta requiere la participación de dos células: una receptora que fue un ovocito sin fecundar, obtenida de los oviductos de una oveja de cabeza negra. A dicho ovocito le fue retirado el núcleo y la otra célula (con núcleo) fue la que proporcionó el material genéti­ co (en el caso de Dolly fue una célula de la glándula mamaria de una 75

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Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

oveja blanca). Utilizando una pipeta fina se absorbieron los cromo­ somas del ovocito, para que después la célula donante previamente cultivada se fusionara con el ovocito receptor, estimulada por im­ pulsos eléctricos. Se procuró que el adn de la célula donante no se estuviera replicando en el momento de la transferencia. De esta forma se crearon 277 cigotos, de los cuales sólo 29 llegaron hasta el estado de mórula o de blastocisto y se transfirieron al útero de 13 ovejas portadoras. Al parecer sólo un embrión llegó a su de­ sarrollo total, que fue el que dio origen a Dolly, que nació el 5 de julio de 1996, por lo que Dolly fue el resultado de la interacción de una célula donante de la glándula mamaria, que fue la que pro­ porcionó el material genético, y otra que fue el ovocito con cito­ plasma, pero sin núcleo, y además de la participación de otra oveja en la que se implantó el embrión para su incubación.

La producción de leche con fármacos en mamíferos Los experimentos que se realizaron sobre la clonación de mamífe­ ros tienen como objetivos mejorar la ganadería y obtener proteí­ nas  de valor terapéutico, por lo que con el empleo de la misma técnica de transferencia nuclear se clonan animales transgénicos (genéticamente alterados). Para ello se inserta a las células donan­ tes en cultivo un constructo de adn (segmento de adn que in­ corpora el gen deseado), para después fusionarlas con las células receptoras mediante estímulos de impulsos eléctricos. De esta manera se han producido ovejas y vacas transgénicas, por ejemplo, con el gen del factor IX humano, que es una proteína

Se obtienen células de las glándulas mamarias

Se obtienen quirúrgicamete los ovocitos

Se une la célula mamaria y el ovocito sin núcleo

Se retira el núcleo a los ovocitos

Una corriente eléctrica hace que las dos células se fusionen y se forme el cigoto

Figura 3.13

El embrión se transfiere en el útero de la madre receptora

La técnica de transferencia nuclear que se empleó para la clonación de la oveja Dolly.

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empleada en enfermos con trastornos de coagulación sanguínea, como la hemofilia B. Para identificar las células portadoras del gen deseado, se les incorpora también un gen de resistencia a los antibióticos, de tal manera que las que llegan a sobrevivir a la dosis tóxica del antibiótico (como la neomicina) son las que se utilizan como células donantes en la transferencia nuclear. Esta nueva tecnología permite a los científicos crear animales transgénicos capaces de producir proteínas terapéuticas en su leche.

Proyecto genoma: logros y limitaciones El genoma es el conjunto de genes contenido en las células de un organismo. El gen es la secuencia de nucleótidos del adn que tiene una función específica, como la de codificar para una proteína o para una molécula de ácido ribonucleico. El Proyecto Genoma Humano es un programa de investigación que inició a finales de la década de 1980, en que muchos investigadores internacionales unieron sus esfuerzos con el propósito de descifrar la secuencia de nucleótidos que conforman el adn del genoma humano para lograr la localización de los genes en los cromosomas y con esa información elaborar un mapa genético del organismo humano. Logros. En febrero de 2001, la secuencia definitiva del genoma humano (con 99.9% de confiabilidad) fue publicada en las revistas estadounidenses Nature y Science. Así nos enteramos de que el genoma humano tiene alrededor de 30 000 genes y no 80 000 o 100 000 como en un principio se creía. En los trabajos para descifrar y localizar las secuencias que conforman el adn de los genes se halló gran cantidad de secuencias de nucleótidos (aproximadamente 90%) consideradas basura, es decir, que no codifican información alguna. Algunos investigadores suponen que se derivaron de antiguos procesos evolutivos. Asimismo, se ha descubierto que tenemos genes similares a los de las bacterias, como los que regulan la síntesis de proteínas, lo que podría ser el resultado del proceso conocido como transferencia lateral u horizontal de genes, mediante el cual posiblemente se haya transmitido información genética de una especie a otra durante la evolución. Limitaciones. Sin embargo, no basta conocer la secuencia nucleotídica del adn de los genes y su ubicación en los cromosomas para saber su funcionamiento. Por esta razón, la ciencia genómica (que estudia el genoma de los organismos vivos) tiene dos grandes áreas: la estructural y la funcional. La primera se orienta hacia la localización de las secuencias de nucleótidos del adn de los genes y con esta información elabora el mapa genético. El área funcional está encaminada a descubrir cómo funcionan esos genes, tarea

que está en marcha y para la cual se impone la necesidad de emplear nueva tecnología que facilite a los investigadores conocer la fisiología de los genes y prevenir, diagnosticar y tratar las enfermedades hereditarias e infecciosas. Posiblemente también reemplazar genes defectuosos por sanos, que es lo que se llama terapia génica. Por eso se afirma que el desciframiento del genoma humano es apenas el comienzo de las investigaciones que descubrirán importantes aspectos biológicos del ser humano.

Bioética Las pruebas genéticas, basadas en el análisis del adn del individuo, han permitido detectar alteraciones relacionadas con enfermedades hereditarias y en diagnósticos prenatales de casos de embarazos de riesgo reproductivo, como la gestación de un ser con alteraciones morfológicas o fisiológicas que ponen en riesgo su existencia o de la madre. Por una parte, éstas son aportaciones beneficiosas de la biotecnología, ya que se pueden tomar las medidas preventivas que eviten el desarrollo de estas enfermedades. Pero por otra, la falta de privacidad en la información genética de la persona es considerada por muchos como un atentado a la intimidad personal que puede conducir a la discriminación en los empleos, en los seguros de vida o que a la información se le dé un mal uso. En estos casos se han establecido principios éticos, como: „Proteger la privacidad de la información genética. „Sobre casos de riesgos genéticos en el diagnóstico prenatal, se

opta por respetar la decisión de las personas sobre la continuación o interrupción del embarazo. En un principio, en algunas ciudades de Estados Unidos se prohibieron las investigaciones con la tecnología del adn recombinante, ante la posibilidad de que algún microorganismo escapara del control de los investigadores y desencadenara nuevas enfermedades. Sin embargo, hasta la fecha se han tomado las medidas necesarias para que los virus y las bacterias que se manejan se mantengan dentro de los laboratorios donde se realizan los experimentos. Asimismo, a través de la biotecnología moderna se obtienen cultivos con mejores propiedades nutricionales, disminuye el uso de fertilizantes y sin el empleo de herbicidas sintéticos, lo que constituye un avance significativo en la producción del alimento humano. Sin embargo, en distintas regiones del mundo se ha manifestado el rechazo al consumo de los productos transgénicos, ante la desconfianza de que los nuevos genes pudieran generar daños a la salud humana. Por ejemplo, como activadores de reacciones alérgicas o que pudieran transferirse a especies silvestres que produzcan cambios en los ecosistemas al alterar el equilibrio ecológico. Ante esta alarma social, diversos organismos han establecido las reglas de evaluación de cada caso, en especial la Organización para la Alimentación y la Agricultura de las Naciones Unidas (fao) y la Organización Mundial de la Salud (oms). 77

3

BLOQUE

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

La preocupación de la sociedad sobre el impacto que podrían te­ ner los adelantos de la genética, y en especial la ciencia genómica en la salud humana y en el ambiente en general, ha motivado la creación de la bioética, ciencia que ha tenido un rápido desarrollo. La bioética pretende examinar lo que es posible hacer y lo que no, aunque se disponga de los medios para hacerlo. Esta nueva ciencia tiene como objetivo “estudiar en forma sistemática la conducta hu­ mana en el campo de las ciencias de la vida y la salud, examinando esta conducta a la luz de los principios y valores morales”.

5. Describe en un breve resumen algún aspecto de la investigación que se realiza en ese centro que más te haya interesado y explica las razones.

Actividad de aprendizaje Relaciona ambas columnas, escribiendo en cada cuadro el número que corresponda a la respuesta correcta.

Figura 3.14

En los cultivos de maíz crecen también otras especies importantes para el equilibrio ecológico.

Actividad de aprendizaje Visita un centro donde se realizan investigaciones sobre genética o biotecnología en tu comunidad y con la información que obtengas re­ suelve el siguiente cuestionario:

1. Área estructural de la ciencia genómica

Proyecto en el que se descifra la secuencia de nucleótidos de adn de los genes de células humanas.

2. Área funcional de la ciencia genómica

Se orienta hacia la investigación de la fisiología de los genes.

3. El pan, el vino y el queso

Procesa organismos o sus deriva­ dos para obtener productos de usos específicos.

4. Producción de plantas y animales transgénicos

Tecnología por la cual se inserta un gen foráneo en la célula de otro or­ ganismo.

5.

Se emplean para cortar las molécu­ las de adn en sitios específicos.

adn

recombinante 6. Medicina genómica

Proceso por el cual se forman co­ pias de un gen, una célula o un or­ ganismo.

7. Terapia génica

Técnica que permite reproducir in vitro y en breve tiempo fragmentos de adn.

8. Genoma humano

Aportaciones de la biotecnología tra­ dicional.

9. Biotecnología

Puede ser una alternativa para con­ trarrestar el hambre de la población humana.

10. Enzimas de restricción

Pretende prevenir las enfermedades por medio del conocimiento de cómo funcionan los genes y proporcionar a las personas predispuestas a ellas una atención individualizada.

1. ¿Qué tipo de investigaciones se desarrollan en este centro?

2. Describe brevemente la técnica que se emplea.

3. ¿Cuáles son los aparatos que se utilizan?

11. Reacción en cadena de la polimerasa (pcr) 12. Clonación

4. ¿Qué utilidad aporta este tipo de investigación a la sociedad y al ambiente?

Actividad integradora Integra en un cuadro sinóptico la información sobre el empleo, benefi­ cios e implicaciones de la biotecnología. Se evalúa en la página 83.

78

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Evaluación Evalúa el objeto de aprendizaje 3.2 Instrucciones: Completa el siguiente esquema. Aplicaciones de la biotecnología

ÉPOCA __________

ÉPOCA MODERNA

Periodo primitivo

Periodo de microbiología

Elaboración de pan, __________, vino y __________.

Fermentación industrial, bases de la asepsia, pasteurización y descubrimiento de la bacteria causal del __________.

Tecnología del ADN recombinante

Producción de __________.

Organismos transgénicos

Biorremediación

Aplicaciones de la PCR

En ciencia __________

Reconocimiento de la __________ y grado de parentesco.

Diagnóstico y tratamiento de __________ hereditarios.

Terapia __________.

Clasificación taxonómica.

79

3 BLOQUE

  Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología



¿Sabías que…? El queso como producto biotecnológico de la época antigua, se elabora desde hace más de cinco mil años en regiones como Europa y Asia Central. Para ello, se usaba leche de diversas especies de mamíferos como cabras, borregos, camellos y búfalos. Probablemente, los prime­ ros descubrimientos del queso aparecieron con la descomposición de la leche, cuando por un inadecuado procedimiento de conservación se cortó y agrió, formándose en ella porciones de cuajada, lo que era fre­ cuente antes del periodo de descubrimiento de los microorganismos, diminutos seres que escapan a nuestra vista y de los cuales se desco­ nocían sus funciones en la naturaleza y las medidas higiénicas para evitar sus posibles daños a la salud y a los productos alimenticios. Sin embargo, el origen que se le atribuye a este producto lácteo es el que se refiere al pastor del Medio Oriente que para transportar en su travesía en el desierto un líquido para calmar su sed guardó un poco de leche en una bolsa for­ mada del estómago de un ca­ mello; cuando tuvo la necesidad de beberla, ésta se había trans­ formado en cuajada, porque la proliferación y colonización de las bacterias hizo que a la le­che se le coagularan sus proteínas y se separara su fase líquida que es el suero; lo que quizá sucedió por­ que en la pared interna del estó­ mago de la cría de los rumiantes en periodo de lactancia contiene la quimosina (conocida también como renina), enzima que cuaja la le­ che, más conocida como cuajo; por eso, el producto que se obtiene al exprimir esa masa coagulada y separarla del suero (líquido impregnado en el material coagulado) recibe el nombre de cuajada. Actualmente, la quimosina se produce por ingeniería genética en microorganismos por medio de la tecnología del ADN recombinante. La tecnología del ADN recombinante consiste en incorporar al genoma de las células bacterianas el gen del animal que codifica para la quimo­ sina y una vez cultivada las bacterias con el gen en un medio apropia­ do, produce la enzima en cantidades requeridas, de mejor calidad y a menor precio. En la actualidad se fabrica una enorme variedad de queso de distintos sabores, olores y textura; en el proceso de elaboración intervienen mu­ chos factores, entre los que desta­ can: la variedad de especie del ganado productor de la leche, su tipo de alimentación, el clima del medio donde se produce el queso y los dis­ tintos microorganismos que partici­ pan en su maduración.

80

Actividad experimental Propósito: elaborar queso fresco tipo panela. Materiales •  Litros de leche bronca de vaca (no industrializada) •  1 cucharada de bicarbonato de calcio •  3 ml de cuajo •  2 tazas con un cuarto de agua tibia cada una •  Sal (al gusto) •  1 lata de chiles jalapeños en rajas (opcional) •  2 ollas de acero inoxidable •  Pala de madera •  Paños limpios (tela de manta de cielo) • Termómetro • Molde • Cuchillo

Procedimiento 1. Hervir la leche a fuego lento (sin que se tire) de 5 a 10 minutos (80 a 90 °C). 2. Dejar enfriar la leche hasta que alcance 32 °C. 3. Disolver el bicarbonato en un cuarto de taza de agua tibia. 4. Disolver el cuajo en un cuarto de taza de agua tibia. 5. Agregar a la leche la solución del bicarbonato y luego la del cuajo, después mover con la pala de madera. 6. Dejar reposar por 20 minutos. 7. Verificar que se forme la cuajada y el suero. 8. Cortar la cuajada en trozos de 3 cm aproximadamente. 9. Calentar por 10 minutos sin hervir (fuego muy bajo). 10. Verter la cuajada a otro recipiente para colarla con la tela. 11. Amasar la cuajada añadiéndole sal. 12. Añadir los chiles si se desea y continuar amasando. 13. Colocar el queso en un recipiente a forma de molde y comprimir­ lo para eliminar el remante de suero. 14. Colocarlo en un lugar seco y limpio, libre de contaminantes, roe­ dores o insectos. 15. Al segundo día estará listo para su consumo. Fuente: Vázquez Conde y Vázquez López, Temas selectos de biología 1, Grupo Editorial Patria, 2009, pp. 176 y 177.





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Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­ vas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para heteroevaluación. 1. Relaciona ambas columnas, escribiendo en cada cuadro el número de la respuesta correcta.  1. Genes

Su ejemplo es el mejoramiento empírico del maíz realizado por los primeros pobladores de Mesoamérica.

 2. Clonación

Periodo de la biotecnología en el que se posibilita aislar y manipular el material genético y crear organismos transgénicos.

 3. Producir proteínas terapéuticas

Tecnología que ha permitido la inserción de genes humanos en bacterias para que éstas produzcan hormonas.

 4. Reproducción selectiva de plantas

Parte del agente patógeno utilizado por la biotecnología moderna para p­ roducir vacunas.

 5. Reproducción selectiva de animales

Técnica con la que se facilita obtener muchas copias del fragmento del adn en breve tiempo.

 6. Época antigua

Consiste en la utilización de microorganismos para reducir la contaminación ambiental.

 7. Época moderna

Mediante un análisis genómico identifica la predisposición de las personas a padecer alguna enfermedad hereditaria para proporcionarle una atención individualizada y preventiva.

 8. Medicina genómica

Nueva rama de la medicina que tiene como objetivo el reemplazo de genes defectuosos por sanos como procedimiento terapéutico.

  9. Terapia génica

Procedimiento por el cual se producen copias idénticas de un gen, una célula o un organismo.

10. Del adn recombinante

Es uno de los objetivos de la biotecnología moderna en la creación de vacas transgénicas.

11. Reacción en cadena de la polimerasa (pcr)

12. Biorremediación

81

3

BLOQUE

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Rúbrica

Bloque 3. Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología. Rúbrica para evaluar el resumen de la actividad con TIC. Fundamenta la técnica del ADN recombinante. Evalua el objeto de aprendizaje 3.3 Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Comprensión del tema

Demostró total comprensión del tema.

Relevancia en sus intervenciones

Sus aportaciones enriquecen Aporta ideas que aclaran las ideas de sus algunas dudas de sus compañeras/os. compañeras/os.

Sus intervenciones no fueron No participó durante claras ni ayudaron la actividad. a esclarecer el tema.

Actitud en su participación

Su participación siempre fue con una actitud propositiva y entusiasta.

Casi siempre colaboró en la actividad.

Ocasionalmente ayuda, muestra poco interés.

Se comportó indiferente a la actividad desarrollada.

Conducta

Siempre se mostró tolerante ante la crítica de los demás y respetó la opinión de sus compañeras/os.

Casi siempre toleró críticas y trató de respetar la diversidad de opinión de los demás.

Casi no acepta las críticas, no respeta del todo las ideas de los demás.

Fue intransigente en críticas y comentarios.

Conclusiones

Sus opiniones siempre fueron claras y congruentes a la actividad.

Sus opiniones, se entendieron y en su mayoría eran relacionadas con el tema.

Sus conclusiones son poco Sus opiniones no fueron claras, no están relacionadas claras ni acordes con el tema. con lo planteado.

Demostró buen entendimiento.

Muestra parcialmente comprensión del tema.

No comprende los aspectos principales del tema.

Rúbrica

Actividad de aprendizaje: Elabora un resumen sobre el concepto de biotecnología y los beneficios personales y familiares que has obtenido en materia de salud. Evalúa el objeto de aprendizaje 3.1. Actividad de aprendizaje: Redacta un resumen sobre el empleo de la biotecnología en las distintas etapas de su historia, considerando sus ventajas e implicaciones biológicas y sociales. Realiza una exposición frente a tu grupo. Evalúa el objeto de aprendizaje 3.2. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

82

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Calidad de información

La información está claramente relacionada.

La información da respuesta a las preguntas correspondientes.

La información requerida no La información tiene poco contiene todos los elementos o nada que ver con solicitados. lo solicitado.

Organización

La información está muy bien organizada.

La información está organizada con pocos datos faltantes.

La información está desordenada.

La información no parece estar organizado.

Tiempo de entrega

La información requerida cumple con los tiempos estipulados.

Se presenta la información 1 o 2 días después del tiempo estipulado.

Se entrega la información 3 o 4 días después de lo estipulado.

Se entrega la información después de lo estipulado.

Participación del alumno

El alumno o la alumna domina el tema.

El alumno o la alumna muestra aprendizajes sobre el tema.

El alumno o la alumna no domina el tema en su totalidad.

El alumno o la alumna no domina el tema.

Grupo Editorial Patria®

Lista de cotejo

Lista de cotejo para evaluar la actividad integradora de la página 78 del tercer bloque. Evalúa el objeto de aprendizaje 3.4. Se solicita que el alumno integre en una tabla (por ejemplo un cuadro sinóptico), la información sobre el empleo, beneficio e implicaciones de la biotecnología y para evaluar la consulta de investigación documental y las aportaciones propias logradas por el alumno en esta actividad, se sugiere el empleo de la presente lista de cotejo.

Cumple Criterio

Observaciones Sí

No

1. Describe las aplicaciones de la biotecnología que se han dado desde la antigüedad.

Contenido

2. Identifica algunas aplicaciones de la biotecnología moderna. 3. Señala a la ingeniería como herramienta de la biotecnología moderna. 4. Explica los procesos mediante los cuales se crean las plantas y los animales transgénicos. 5. Argumenta sobre los beneficios y riesgos del empleo de la biotecnología en la vida diaria. 6. El trabajo tiene una carátula con el título de la actividad, nombre de la materia, fecha de entrega y datos de identificación del elaborador.

Forma

7. La información desarrollada es la adecuada.

8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos

9. El informe facilita la comprensión del tema.

10. El trabajo se entregó oportunamente.

83

3

BLOQUE

Valoras las aportaciones más relevantes de la biotecnología

Coevaluación

Nombre del alumno:

Puntuación:

c) Intercambia el periódico mural y la hoja donde redactas­ 1. Resuelve los siguientes problemas. te lo solicitado entre tus compañeros de manera aleatoria a) Reúne artículos periodísticos, de revistas de divulgación o conforme a las instrucciones de tu profesor. científica o información de internet, las aplicaciones ac­ d) Efectúa una coevaluación de acuerdo con los criterios tuales de la biotecnología, la técnica del adn recombi­ que se especifican en el punto 3. nante y su utilización en la biotecnología, los procesos biotecnológicos por los cuales se crean las plantas y los e) Preparar una copia de la coevaluación para entregarla animales transgénicos. cuando el maestro o el estudiante evaluador la solicite. b) Con este material diseña un periódico mural donde dedi­ 3. Criterios para coevaluar. ques una sección a cada tema. La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo c) En una sección final incluye una breve explicación sobre en su conjunto participan de manera simultánea en la valora­ los beneficios y riesgos que representa el empleo de la ción del aprendizaje logrado. Este tipo de evaluación permite biotecnología en nuestra vida diaria. lo siguiente. 2. Logística. n Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de crí­ ticas constructivas en la comparación del nivel de apren­ a) Reúne con anticipación los artículos que contengan la dizaje de los compañeros de grupo. información solicitada y el material necesario para el di­ seño del periódico mural. n Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de mane­ ra responsable. b) Distribuye la duración de una sesión de clase para ocupar 60% del tiempo en resolver los problemas (diseño del pe­ n Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales riódico mural y redacción sobre los beneficios y riesgos y de grupo. de la biotecnología) y 40% restante para la coevaluación. Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio.

Elementos

Niveles

10

5

1

Interpretación del problema

Comprendió todas las especificaciones para diseñar el periódico mural y la breve explicación solicitada.

Comprendió sólo parte de las especificaciones.

No comprendió las especificaciones.

Diseño del periódico mural

El periódico mural contiene los elementos solicitados y funciona de manera eficiente.

El periódico mural funciona aunque no tiene todos los elementos.

El periódico no cumple su función.

Puntos

Explicación sobre los beneficios y riesgos de la biotecnología

No tiene faltas de ortografía.

Tiene faltas de ortografía.

Demostró dominio de los Demostró conocer los temas. conocimientos básicos del tema.

No conoce el tema.

Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

La calidad del trabajo evaluado supera la del desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es inferior a la del trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es similar a la del trabajo desarrollado por el evaluador.

Total

Comentarios:

Nombre del evaluador: 84

Fecha:

Grupo Editorial Patria®

Rúbrica de heteroevaluación

Modelo de rúbrica para evaluar los reportes de las prácticas de laboratorio.

Aspecto a evaluar

Nombre del alumno:

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Presentación

Elaboró el reporte usando un procesador de texto con una buena impresión, bien redactado y sin faltas de ortografía. Cuenta con una carátula que incluya al menos: • nombre de práctica • nombre de la materia • fecha de entrega • nombre de todos los integrantes del equipo. • nombre del profesor

Elaboración del reporte a mano con buena caligrafía, bien redactado y sin faltas de ortografía. Cuenta con una carátula pero omite uno de los siguientes datos: • nombre de práctica • nombre de la materia • fecha de entrega • nombre de todos los integrantes del equipo. • nombre del profesor

Elaboración del reporte a mano con regular caligrafía, redacción regular pero sin faltas de ortografía. Cuenta con una carátula pero omite dos de los siguientes datos: • nombre de práctica • nombre de la materia • fecha de entrega • nombre de todos los integrantes del equipo. • nombre del profesor

Elaboración del reporte a mano con mala caligrafía, mal redactado y con faltas de ortografía. Cuenta con una carátulapero omite más de dos de los siguientes datos: • nombre de práctica • nombre de la materia • fecha de entrega • nombre de todos los integrantes del equipo. • nombre del profesor

Objetivo e introducción teórica

Indica claramente cuál es el objetivo de la práctica. Presenta un resumen de los conceptos teóricos que se ocuparán durante el desarrollo de la práctica.

Indica claramente cuál es el objetivo de la práctica. Presenta un resumen incompleto de los conceptos teóricos que se ocuparán durante el desarrollo de la práctica.

Indica cuál es el objetivo de la práctica. Presenta un resumen incompleto de los conceptos teóricos que se ocuparán durante el desarrollo de la práctica.

No indica claramente cuál es el objetivo de la práctica. Presenta un resumen incompleto de los conceptos teóricos que se ocuparán durante el desarrollo de la práctica.

Material y equipo empleado

Indica el material y el equipo que requirió para realizar la práctica.

Indica el material y el equipo que requirió para realizar la práctica.

Indica el material y el equipo que requirió para realizar la práctica.

No indica todo el material y el equipo que requirió para realizar la práctica.

Desarrollo

Explica detalladamente todos los pasos (procedimiento) llevados a cabo durante la realización de la práctica indicando condiciones especiales que se debieron satisfacer (tales como temperatura, tiempo, etc.)

Explica detalladamente todos los pasos (procedimiento) llevados a cabo durante la realización de la práctica pero no indica las condiciones especiales que se debieron satisfacer (tales como temperatura, tiempo, etc.)

Explica superficialmente los pasos (procedimiento) llevados a cabo durante la realización de la práctica y no indica las condiciones especiales que se debieron satisfacer (tales como temperatura, tiempo, etc.)

No explica todos los pasos (procedimiento) llevados a cabo durante la realización de la práctica ni indica las condiciones especiales que se debieron satisfacer (tales como temperatura, tiempo, etc.)

Resultados experimentales

Todos sus resultados experimentales son correctos dado que los procedimientos se realizaron correctamente.

Algunos desus resultados experimentales son incorrectos dado que los procedimientos se realizaron incorrectamente.

Algunos de sus resultados experimentales son incorrectos dado que los procedimientos se realizaron incorrectamente.

Sus resultados experimentales son incorrectos dado que los procedimientos se realizaron incorrectamente.

Conclusiones

Indica si se cumplió el objetivo de la práctica. En caso de que no se haya cumplido o se haya cumplido de manera parcial explica por qué. Contesta correctamente todas las preguntas planteadas.

Indica si se cumplió el objetivo de la práctica. En caso de que no se haya cumplido o se haya cumplido de manera parcial explica por qué. Contesta incorrectamente algunas de las preguntas planteadas.

Indica si se cumplió el objetivo de la práctica. En caso de que no se haya cumplido o se haya cumplido de manera parcial no explica por qué. Contesta incorrectamente varias de las preguntas planteadas.

No indica si se cumplió el objetivo de la práctica. No contesta las preguntas planteadas.

Nota: Los porcentajes para cada una de los rubros indicados los establecerá el profesor al inicio del curso. 85

Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies

4

Tiempo asignado: 9 horas

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

4.1 Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace

4.2 Principales causas de la va­ riabilidad genética y del cam­ bio evolutivo (mutación, flujo de genes, deriva génica, interacción con el ambiente, apareamiento no aleatorio, selección natural) 4.3 Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones 4.4 Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial

Competencias a desarrollar n n n n n n

n

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología 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. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

n n n

n

Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica de los seres vivos. Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.

¿Qué sabes hacer ahora? Contesta de manera breve lo siguiente. 1. Explica las diferencias entre las teorías fijista y transformista.

2. ¿Por qué se considera un error el principio lamarckiano que señala que los caracteres que se adquieren se heredan a las siguientes generaciones?

3. Explica en qué se fundamenta la teoría de Darwin y Wallace sobre la evolución por selección natural.

4. ¿Cuáles son las aportaciones de la teoría sintética a la teoría evolutiva de Darwin y Wallace?

5. ¿Qué importancia tienen los procesos de mutación y recombinación génica en la variación de caracteres?

6. Define el concepto de especie.

Desempeños por alcanzar

7. Define el concepto de adaptación.

Aplica el concepto de evolución biológica. Interpreta el flujo de genes entre poblaciones como un factor que cambia las frecuencias de los alelos.

8. ¿En qué consiste la especiación alopátrica?

Ejemplifica los sucesos fortuitos que pueden cambiar las frecuencias de los alelos en las poblaciones (deriva genética). Valora la biodiversidad de los organismos que lo rodean y los beneficios que representa dicha biodiversidad. Distingue las principales evidencias de la evolución biológica, relacionando la selección natural y artificial con la biodiversidad de las especies en nuestro planeta. Describe las principales causas de la variabilidad genética y del cambio evolutivo. Valora los mecanismos biológicos que permiten la adaptación de los organismos a los cambios ambientales.

9. ¿En qué consiste la especiación simpátrica?

10. Describe algunas evidencias de la evolución.

  4 BLOQUE



  Describes los principios de la evolución biológica...

Situación didáctica

¿Cómo lo resolverías?

¿A qué atribuyó Darwin la diferenciación de las características de los organismos que habitan en cada una de las islas de las Ga­ lápagos? Sin lugar a duda, las observaciones realizadas por Darwin en el ar­ chipiélago de las Galápagos, fueron las que más contribuyeron al desarrollo de su teoría de la evolución. A Darwin le sorprendió la gran diversidad de organismos en el archipiélago, en cada isla se hallaban especies de reptiles, aves y plantas; aunque diferían de una isla a otra, tenían cierta similitud con especies que vivían en tierra continental. Por ejemplo, las especies de pinzones, unos pájaros que habitaban en esas islas, eran parecidas entre sí y parecidas a las del continente; sin embargo, había diferencias entre las de una isla a otra, especialmente en el tamaño y grosor del pico.



Secuencia didáctica

¿Qué tienes que hacer?

Para contestar la pregunta central de la situación didáctica, realiza las siguientes actividades. De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Cómo se define la evolución biológica? 2. ¿Qué diferencia hay entre el fijismo y el transformismo? 3. ¿Cómo explicas la teoría del uso y desuso de los órganos y la herencia de los caracteres adquiridos de Lamarck? 4. ¿En qué consiste la teoría de la evolución de Darwin y Wallace y cuál ha sido su relevancia en la ciencia contemporánea? 5. ¿Cuáles son las principales evidencias de la evolución? 6. ¿Cuáles fueron los factores que dieron lugar a la teoría de la evolución propuesta por Darwin y Wallace? 7. ¿Cuáles son las principales causas de la variabilidad genéti­ ca y el cambio genético? Cita ejemplos. 8. ¿Cuál es la teoría que se origina de la relación del principio de la selección natural con la genética de poblaciones y cómo se explica? 9. ¿Cuáles son las causas y los objetivos de la evolución por selección natural y artificial? 10. ¿Cómo se explica la especiación alopátrica y simpátrica? Cita ejemplos.

88

Intégrate a tu equipo y realicen las siguientes actividades. n Cada miembro del grupo dará a conocer los resultados de su in­

vestigación, de manera que tengan la posibilidad de intercam­ biar y enriquecer los conceptos que tengan sobre los principios de la evolución biológica y su relación con la biodiversidad.

n El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación

para su presentación grupal.





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Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque, realiza lo siguiente. 1. Define el concepto de evolución y cita ejemplos mediante una lluvia de ideas. 2. En un cuadro sinóptico describe los fundamentos de la teoría de la evolución de Darwin y Wallace. 3. Mediante la elaboración de un collage, expresa la contribución de las evidencias de la evolución en la construcción de su teo­ ría actual. 4. Relaciona el principio de la selección natural con los concep­ tos genéticos que le dan sustento a la teoría sintética de la evolu­ ción. 5. Explica cómo opera la selección direccional en la reproduc­ ción por selección artificial y cita ejemplos. 6. Explica en qué consiste el fenómeno cuello de botella que se presenta por deriva génica en una población donde ha dismi­ nuido su número de individuos. 7. Mediante un organizador gráfico describe las principales cau­ sas de la variabilidad genética y los factores de cambio en las poblaciones incluyendo ejemplos. 8. Explica las desventajas que se presentan en el apareamiento no aleatorio.

9. Por medio de un organizador gráfico cita ejemplos de la selec­ ción natural y artificial, y explica la importancia de la selección natural para la biodiversidad y las ventajas y desventajas de la selección artificial. 10. Elabora un dibujo o una maqueta que ejemplifique el proceso de especiación alopátrica y explica su importancia para la bio­ diversidad.

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4.1 Antecedentes y teoría de la evolución de Darwin y Wallace

emplean se desarrollan más y los que no se usan se atrofian y de­ saparecen, así los órganos desarrollados por su uso o desapareci­ dos por no usarse se transmiten por medio de la reproducción a los descendientes.

La evolución se define como cambio genético en una población a través de generaciones, como consecuencia de diversos procesos como mutación, selección natural, deriva génica y flujo de genes.

Charles Robert Darwin (1809­1882) nació el 12 de febrero de 1809 en Shrewsbury, Shropshire, Inglaterra. Era hijo del destacado médico Robert Darwin y nieto del también médico y naturalista Erasmus Darwin (1731­1802). Desde muy pequeño demostró su afición a observar y colectar insectos, plantas, flores y piedras. Al principio no destacó como estudiante, pues su padre quería que él continuara con la profesión de la familia y lo envió en 1825 a la Uni­ versidad de Edimburgo para que estudiara la carrera de medicina, la cual abandonó dos años después ante el pavor que sen­ tía por las intervenciones qui­ rúrgicas que se practicaban en aquella época, ya que aún no se conocía la anestesia. En 1827, a petición de su padre ingresó a la Universidad de Cambridge para estudiar la carrera de ministro eclesiásti­ co, en la que tampoco demos­ tró gran interés. En cambio, su inclinación hacia las ciencias naturales iba en aumento, so­ Figura 4.2 Charles Robert Darwin. bre todo por el estímulo que recibía de John S. Henslow, su maestro de botánica, y Adam Sed­ gwick, su profesor de geología, con quienes mantenía lazos de amistad, además del interés que despertó en él la lectura de las obras del geobotánico Alexander von Humboldt (1769­1859).

Antes de que surgieran las ideas evolucionistas, predominó, duran­ te mucho tiempo la creencia de que el mundo era estático, que las plantas y los animales jamás han cambiado. Esta teoría conocida como fijista, también se le relaciona con una concepción creacionis­ ta, la cual sostiene que el mundo y los seres vivos fueron creados por un ser divino. A partir de la segunda mitad del siglo xviii muchos naturalistas dan a conocer por medio de sus escritos las primeras ideas sobre el transformismo, que son cambios que ha presentado la Tierra y los organismos en el transcurso de los tiempos geológicos. En el siglo xix Jean Baptiste Lamarck (1744­1829), naturalista francés, fue el primero en proponer una teoría coherente sobre la transformación de los organismos. Lo hace en su obra La filosofía zoológica, publicada en 1809, en ella concebía la evolución de los animales en forma lineal; creía que en ellos había un impulso inter­ no hacia la perfección, el cual los hacía capaces de adaptarse a las circunstancias (condiciones del medio), de tal manera que los cambios evolutivos de los organismos más sencillos para dar ori­ gen en forma gradual a las especies más complejas estaban deter­ minados por los factores ambientales; de donde se derivaron sus dos leyes: el uso y el desuso de los órganos y la herencia de los ca­ racteres adquiridos, lo que se interpreta que los órganos que más se

En 1831, a invitación del almirantazgo británico, formó parte como naturalista en la expedición científica a la Patagonia, Tierra de Fuego y las islas del Pacífico. La expedición, que duró cinco años, salió el 27 de diciembre de 1831 de Inglaterra en el barco M. J. H. Beagle, cuyo capitán era Robert Fitzroy. Libros de botánica, zoología y geología formaban parte del equipaje del joven Darwin, entre ellos la obra del geólogo inglés Charles Leyll, Principios de Geología, donde explica que la acción de las fuerzas que han opera­ do sobre la Tierra es la que ha provocado los cambios en los estra­ tos geológicos, desde que se formó el planeta, hace miles de millones de años, hasta nuestros días. Actividad de aprendizaje

Figura 4.1

Según Lamarck a las jirafas le habían crecido el cuello y las patas delanteras porque su antepasados los habían estirado de manera persistente gradualmente para alcanzar las hojas de los árboles altos y estas características se heredaron a la descendencia.

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Investiga en equipo las diferencias entre la teoría fijista y la transformista, así como los fundamentos de las teorías evolucionistas de Lamarck y de Darwin. Con la información reunida expón frente a tu grupo cada una de las teorías. Se evalúa en la página 125.

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En Sudamérica desenterró fósiles de muchos animales como del toxo­ don, parecido al actual hipopótamo; los restos de un armadillo gi­ gante, del mylodon, semejante al elefante actual y del guanaco, parecido a la llama actual, pero del tamaño de un camello. Estos restos de animales eran bastante parecidos a los actuales, y debido a que Darwin ya conocía la teoría de Lamarck y las ideas transfor­ mistas que se divulgaban en su época, supuso que esos fósiles eran las evidencias de un cambio gradual de los organismos, resultado de un largo proceso evolutivo. En su ascenso a los Andes halló restos de conchas marinas a 3 000 me­ tros de altura, lo que concordaba con lo expuesto por Lyell en su obra Principios de Geología. Quizá los trabajos más divulgados sobre el viaje de Darwin y los que aportaron más pruebas a la evolución fueron los realizados en el archipiélago de las Galápagos, localizado a 800 kilómetros de Ecuador, donde abundan unas enormes tortugas que dieron nom­

Pinzón pequeño de árbol

bre al archipiélago, además de grandes iguanas y unas pequeñas aves llamadas pinzones que, a pesar de ser parecidas, en cada 1 de las 10 islas que forman el archipiélago presentaban diferencias de forma y grosor del pico, dependiendo de su tipo de alimento. Así, los que partían semillas tenían un pico grueso y fuerte; en cam­ bio, los que atrapaban insectos poseían picos pequeños. La visita a las Galápagos dejó impresionado a Darwin, pues obser­ vó cierta semejanza de los animales que habitaban en las islas con los de tierra firme, y de las diferentes asociaciones vegetales y ani­ males de cada isla, quedando plenamente convencido de que las especies de organismos no son inmutables, que presentan cambios graduales y se diversifican a través de millones de años a partir de ancestros comunes. Sin embargo, sentía que a esta idea le hacía fal­ ta algo que diera la clave para fundamentarla y darle coherencia. A su regreso a Inglaterra, el 2 de octubre de 1836, Darwin traía su diario, en el que había anotado con mucho cuidado todas las

Pinzón de la Isla de Cocos Pinzón gorjeador

Pinzón de mangle

Pinzón mediano de árbol Pinzón carpintero

Pinzón grande de árbol

Se alimentan principalmente de insectos

Pinzón terrestre pequeño

Pinzón vegetariano Se alimentan principalmente de semillas

Se alimentan de brotes y frutas

Pinzón terrestre mediano Pinzón terrestre de pico afilado

Pinzón terrestre grande

Pinzón de cactus común

Se alimentan de cactus

Pinzón grande de cactus

Figura 4.3

Formas de picos de los pinzones adaptados a su tipo de alimento, observador por Darwin en el archipiélago de las Galápagos.

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Describes los principios de la evolución biológica...

observaciones del viaje, además de su colección de fósiles, rocas, plantas y animales disecados. Ya instalado nuevamente en su casa, se dedicó a preparar el diario del viaje para su publicación y a orde­ nar el material colectado. El diario se publicó en 1839 con el título Journal of the Voyage of the Beagle (Diario del viaje del Beagle). A pesar de los serios problemas de salud que empezó a padecer (al­ gunos lo atribuían a los mareos sufridos a bordo del Beagle y otros al mal de Chagas, enfermedad que tal vez le haya sido transmitida por la chinche negra de las pamas, vector del Trypanosoma cruzi, protozoario flagelado que produce esta enfermedad), Darwin se dio a la tarea de escribir una obra que se llamaría Zoology of the Bea­ gle (Zoología del Beagle). Por aquel tiempo llegó a sus manos el libro An Essay on the Principle of Population (Ensayo sobre el principio de la población), de Thomas Malthus (1766­1834), economista inglés, donde Darwin halló la clave que habría de dar coherencia a su teoría. Malthus propo­ nía en su obra que la población humana tendía a crecer más ace­ leradamente que la producción de los alimentos. La población tiende a crecer en progresión geométrica: 1, 2, 4, 8, 16, 32, etcétera, en tanto que el alimento lo hace en forma lineal, en progresión arit­ mética: 1, 2, 3, 4, 5, 6, etcétera, lo que le sugirió los conceptos de la lucha por la existencia entre los organismos y opera entre ellos como consecuencia una selección natural, dando como resulta­ do la sobrevivencia de los individuos favorecidos. Esto motivó a Darwin a elaborar un bosquejo de su teoría, que posteriormente amplió en un primer ensayo, pero que no se atrevía a publicar, quizá por temor a causar polémica, como de hecho sucedió dos décadas más tarde y que después de un siglo sigue siendo motivo de contro­ versias. Las ideas de Darwin se resumen en los siguientes conceptos: n El mundo no es estático, sino que ha sufrido una serie de transformaciones a través del tiempo. n Las especies han variado durante un proceso evolutivo gradual y continuo, en el que unas se extinguen y otras se originan. (Las causas de la variación no fueron conocidas por Darwin, a pesar de que ya se habían publicado los trabajos de Mendel, en 1865.) Estos dos principios concuerdan con la teoría de Lamarck; en cambio, difieren de ella en los siguientes: n Para Darwin, la semejanza entre las especies era un indicio de que estaban emparentadas y descendía de un antepasado co­ mún. En cambio, para Lamarck cada ser vivo o especie se deri­ vaba de una línea evolutiva separada, cuya procedencia se re­ montaba a los primeros organismos más simples, originados por generación espontánea y que a través de un impulso inter­ no tendían hacia la perfección. n Para Darwin el cambio evolutivo era resultado de la selección natural, que operaba sobre la variabilidad de los caracteres que 92

presentan los seres vivos, per­ mitiendo así la supervivencia de los poseedores de las ca­ racterísticas favorecidas por el medio en una continua lu­ cha por la existencia, y no como resultado de un impul­ so misterioso, como señalaba Lamarck.1 A mediados de 1858 sucedió algo inesperado; una de esas coinciden­ cias fuera de lo común. Darwin recibió un manuscrito de Alfred Russell Wallace (1823­1913), na­ turalista inglés más joven que él, Figura 4.4 quien en unas cuantas páginas lle­ Caricatura de la época que ridiculizaba gaba a las mismas conclusiones a Darwin por su teoría. que Darwin. Acompañaba al manuscrito una carta en la que solici­ taba a Darwin revisara aquel trabajo y, si lo consideraba de valor, lo hiciera llegar a Lyell y a la Sociedad Linneana para su posible publicación. Después de la enorme sorpresa que le causó esta coin­ cidencia, envió el manuscrito a Lyell, conocedor del trabajo de Darwin junto con el botánico Joseph Hooker (1817­1911) con quien también mantenía estrecha relación. Ambos le sugirieron que publicara el trabajo en forma conjunta con Wallace. Así, en julio de 1858, fueron presentados ante la Sociedad Linneana de Londres el artículo de Wallace y el resumen de las ideas de Darwin, este último ya había sido publicado años antes. El resumen que Darwin presentó le sirvió de base para estructurar el libro On the origin of species by means of natural selection, or the preser­ vation of favoured races in the struggle for life (El origen de las especies por medio de la selección o la conservación de razas favorecidas en la lu­ cha por la existencia), que se publicó un año después, en una edición de 1 250 ejemplares que se agotaron el mismo día de su aparición. Esta obra, conocida hoy simplemente como El origen de las especies, es sin lugar a dudas la más revolucionaria aportación a los conoci­ mientos biológicos del siglo xix. Con ella nacieron los nuevos con­ ceptos sobre esta ciencia, muy a pesar de las distintas fuerzas que sistemáticamente se han opuesto a los avances del conocimiento científico en general y de esta disciplina en particular. Actividad de aprendizaje Contesta en forma breve lo siguiente. ¿Cómo defines el concepto de evolución?

1

Mayr, E., “Evolution” Scientific American, 239(3), 1978, pp. 46­55. Miró Esteban Fdo. Evolución. Alhambra, Madrid, España, 1981, pp. 11­12.



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¿De qué manera influyó el libro Ensayo sobre el principio de la población de Thomas Malthus en la teoría de Darwin?

  ¿Por qué no se acepta el concepto de la herencia de los caracteres adquiridos de Lamarck?

   

    ¿Cómo interpretó Darwin el parecido que tenían los fósiles de animales desenterrados en Sudamérica con los actuales?

    ¿Qué causa atribuyó Darwin al hecho de que, a pesar del parecido que tenían los animales del archipiélago de las Galápagos con los de tierra firme, los que habitaban en cada isla presentaban cierta diferencia?

   

Principales evidencias de la evolución Organismos característicos de las eras geológicas La Tierra no ha tenido siempre la misma forma que ahora tiene; ha sufrido y sigue sufriendo cambios continuos. Las elevadas mon­ tañas y las depresiones que presentan los continentes están parcial­ mente cubiertas por s­ edimentos, en forma de estratos o capas de roca, que tuvieron su origen del fango y la arena depositados en lo que algún tiempo fue el fondo de mares y océanos. Los cambios geológicos hicieron que extensas áreas de la super­ ficie terrestre se hundieran o se elevaran, por colisiones de las pla­

 

Cuadro 4.1  Etapas geológicas y orgánicas del tiempo Era

Periodo

Hace años

Duración

Vida vegetal

Vida animal

Cenozoica

Cuaternario

2

2

Decadencia de las plantas leñosas, aparición de las hierbas.

Aparición del hombre.

Terciario

60

58

Adaptación de las plantas con flores, desarrollo de los bosques modernos.

Rápido desarrollo de los mamíferos superiores y aves.

Cretácico

130

70

Aparecen y dominan las plantas con flores; decadencia de las coníferas.

Aparición de: mamíferos primitivos y pájaros modernos. Los dinosaurios se extinguen.

Jurásico

175

45

Primeras angioespermas: dominan las coníferas.

Primeras aves; reptiles voladores, abundantes dinosaurios.

Triásico

225

50

Dominan las coníferas; desaparecen los helechos.

Primeros mamíferos, primeros dinosaurios.

Pérmico

275

50

Decadencia de excopodios y colas de caballo.

Mamíferos con aspectos de reptiles; insectos modernos.

Carbonífero

350

75

Grandes extensiones carboníferas; licopodios y colas de caballo.

Primeros reptiles; insectos comunes.

Devónico

410

60

Las plantas terrestres se adaptan, primeras coníferas.

Primeros anfibios; abundantes ­tiburones; lirios acuáticos.

Silúrico

430

20

Dominan las algas, primera evidencia definitiva de las plantas terrestres.

Primeros animales de respiración aérea, primeros insectos.

Ordovícico

500

70

Probablemente primera aparición de plantas terrestres: abundantes algas marinas.

Primeros peces.

Cámbrico

600

100

Algas marinas.

Abundan los invertebrados, dominan los trilobites.

Precámbrica

2 700

2 100

Primitivas plantas acuáticas: algas, hongos.

Invertebrados marinos; protozoarios.

Azoica

?

?

Sin evidencias directas de vida.

Sin evidencias directas de vida.

Mesozoica

Paleozoica

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cas tectónicas o por actividades del manto terrestre, lo que originó nuevos mares y nuevas áreas continentales; por eso es que en capas o estratos de rocas de áreas elevadas se han hallado fósiles de ani­ males que habitaron los mares hace más de 500 millones de años. Esas capas de rocas, formadas a partir de los sedimentos acumu­ lados en la superficie de la Tierra, se han podido distinguir unas de otras tanto por el material del cual se formaron como por los fósiles que cada capa contiene. Las capas más recientes se ubican sobre las más antiguas, porque es evidente que los sedimentos más jóvenes se hallan encima de los más viejos y, por tanto, las rocas de las capas inferiores son las que contienen los fósiles más antiguos. En un principio se calculaba la antigüedad de estas capas de rocas y sus fósiles tomando en cuenta sólo esa posición relativa. Sin embargo, se sabe que éstas no representan una fuente fidedigna de informa­ ción, ya que movimientos geológicos pueden cambiar la posición de las capas. Con el descubrimiento de la radiactividad, se han desarrollado los métodos de datación radiométrica, que posibilitan el estableci­ miento de la edad absoluta, que es la estimación más precisa de los fósiles y de las rocas que las contienen, situándolos en un verdade­ ro calendario geológico.

Datación radiométrica Los métodos de datación radiométrica se basan en el comporta­ miento de los radioisótopos contenidos en muchos minerales que forman parte de las rocas. Los radioisótopos son elementos cuyos núcleos son inestables, es decir, que se desintegran espontáneamente, liberando alguna for­ ma de energía (partículas o radiaciones) y al hacerlo producen nuevos elementos a una tasa fija, proceso conocido como degra­ dación radiactiva. Por ejemplo, el uranio 238 se transforma en plo­ mo 206, el carbono 14 en nitrógeno 14, etcétera. Cada radioisótopo tiene su propio tiempo de degradación. Se lla­ ma vida media el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos de una muestra de cualquier radioisótopo. Por ejemplo, la vida media del uranio 238 se ha calculado en 4 500 millones de años, en tanto que el carbono 14 sólo en 5 730 años. Una vez conocida la vida media de un radioisótopo, se ha podido calcular el tiempo en que se formó la roca que lo contiene. Para ello, se mide la cantidad que queda de radioisótopos más la can­ tidad de los productos degradados y convertidos en otros elemen­ tos acumulados en la roca. Por tanto, la edad de un mineral resulta de la relación de la cantidad de radioisótopos y de los productos finales. De los radioisótopos más utilizados para determinar la edad de las rocas antiguas se encuentran el rubidio 87 con una vida media de 47 000 millones de años y como producto de desintegración el es­ 94

troncio 87, el uranio 238 con una vida media de 4 500 millones de años y producto de desintegración el plomo 206 y el potasio 40 cuya vida media es de 1 300 millones de años y como producto de desintegración el argón 40.

Principales acontecimientos biológicos en el tiempo geológico Con el registro de fósiles de los estratos de rocas de la superficie terrestre se ha elaborado una tabla del tiempo geológico donde se resumen los principales acontecimientos biológicos. Para ello, el  tiempo geológico se ha dividido en eras, éstas en periodos y épocas. Al analizar el calendario de la evolución se pueden detectar los tres mil millones de años que se calcula hayan sido de vida unice­ luar, cinco millones de años de creatividad de formas de vida ani­ mal (fenómeno conocido como explosión del cámbrico) y más de 500 millones de años de diversidad derivada de esas formas que se establecieron.

Era paleozoica En los demás periodos de la era paleozoica aparecieron y prospera­ ron los peces y los anfibios; también se originaron los primeros grupos de plantas sin flores.

Era mesozoica Ésta fue la era de los grandes reptiles (dinosaurios). Aparecieron las aves y los primeros mamíferos, también las plantas con flores y prosperaron los insectos.

Era cenozoica Fue la era de los mamíferos y de la especie humana y se diversifica­ ron las plantas con flores.2

El registro fósil Los fósiles son restos o cualquier vestigio conservado en los estra­ tos de la corteza terrestre que demuestran la presencia de organis­ mos que existieron en las etapas geológicas pasadas. La disciplina biológica encargada de su estudio es la paleontología. Se reconoce al científico francés Georges Cuvier (1769-1832) el mérito de haber realizado los primeros estudios importantes sobre fósiles de animales. Al relacionarlos con las formas vivientes elabo­ ró su teoría de las creaciones sucesivas. 2

Jay Gould S., “La evolución de la vida en la Tierra”, Investigación y ciencia, núm. 219, diciembre de 1994, Barcelona, pp. 55-61.



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Los fósiles son la evidencia directa de la continuidad y evolución de la vida, ya que son restos de los organismos que dejaron prue­ bas de su existencia en las rocas sedimentarias de los estratos de la corteza terrestre. Se conoce un número reducido (alrededor de 1%) de las especies que han existido. Según algunos cálculos sólo representa una mínima parte de la gran cantidad de especies que poblaron la Tierra en sus diferentes etapas. Algunas de ellas, qui­ zá por estar formadas de partes blandas, no pudieron conservarse como fósiles. Otras, aunque se fosilizaron, fueron destruidas por la erosión o aún no se tiene acceso a ellos.

¿Qué son los fósiles?

Figura 4.5

Los amonitas. Aunque aparecieron en el periodo devónico de la era paleozoica, alcanzaron su mayor desarrollo en el jurásico y cretáceo de la era mesozoica; sin embargo, desaparecieron a finales del cretácico. Se les considera fósiles índices, ya que por haber evolucionado rápidamente y presentar amplia distribución geográfica en un tiempo geológico relativamente corto, caracterizan a determinados periodos en diferentes lugares.

Para que los organismos se fosilicen es necesario que sus restos queden enterrados en sitios propicios que les permitan preservar­ se. Así, las sustancias químicas de la capa terrestre harán que los restos del vegetal o animal sean reemplazados por minerales y los transformen en partes endurecidas. Se ha dicho que el mejor registro fósil de los organismos terrestres ha sido el de las rocas sedimentarias, en tanto que el de los organis­ mos marinos son los sedimentos de poca profundidad.

Figura 4.6

Un fósil petrificado del ictiosaurio, un reptil marino del jurásico inferior; el esqueleto se encuentra permineralizado en tanto que la carne es una película de carbón.

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La paleontología se auxilia de la geología para estudiar los diferentes estratos de rocas sedimentarias conjuntamente con los fósiles que caracterizan a cada estrato, lo que ha conducido al desarrollo de la estratigrafía (del latín stratum: lecho, y el griego grafos: descripción), que es la disciplina encargada de ordenar el material que forman los estratos o capas de la corteza terrestre y los fósiles característi­ cos de cada estrato para calcular la edad.

Fósil

Tipo: pieza ósea, molde, cuerpo petrificado o impresiones de huellas

Etapa geológica

Un fósil puede ser: n

La parte dura que no ha sido alterada, como una concha, un diente o cierta porción de una pieza ósea como los huesos del cráneo, que hayan pertenecido a organismos que vivieron en etapas geológicas pasadas.

n

El molde que deja el organismo sobre la roca al disolverse por el agua, quedando sólo la cavidad que revela su forma ori­ ginal.

n

La petrificación, como su nombre lo indica, es el cuerpo del organismo que ha sido reemplazado por minerales, conser­ vándose no sólo su forma sino con frecuencia también los de­ talles finos de sus estructuras internas.

Además, las huellas de los animales en el barro endurecido revelan si eran bípedos o tetrápodos, su forma y tamaño, así como la mane­ ra de desplazarse. Los coprolitos, que son los excrementos fósiles de los animales, revelan su tipo de alimentación. Los cuerpos de los mamuts lanudos en la tundra de Siberia y Alaska, del rinoceronte lanudo conservado en una chapopotera en Polonia y los insectos atrapados en el ámbar, que es una resina fósil, son vestigios de la fauna que pobló la Tierra en algunas de sus etapas. Al norte del país, en Baja California, Sonora, Chihuahua, Coahuila y Nuevo León se han encontrado restos fósiles y evidencias indi­ rectas, como coprolitos y pisadas, que nos hablan de un área rica en especies de dinosaurios, tortugas, cocodrilos, moluscos, palmas, zingeberiales, entre otros. En esa región las marcas de antiguas oleajes y huracanes permiten suponer un ambiente con fuerte influencia marina un clima cálido con abundantes lluvias.

Cuestionario 1. ¿Cuál es la definición de fósil? 2. ¿Cuál es la rama de la biología que estudia a los fósiles? 3. ¿Por qué no se dispone de los fósiles de muchas especies que habitaron la Tierra? 4. ¿Qué revelan las huellas de las pisadas de los animales que existieron en eras pasadas? 5. Comenta con tus compañeros la importancia de los fósiles citando ejemplos. Después redacten en media cuartilla sus conclusiones.

Actividad experimental

Simulación sobre la formación de fósiles

Aplica lo que sabes

Los fósiles son restos de organismos que desaparecieron hace mucho tiempo, los cuales se conservan en los estratos de la corteza terrestre. Puede ser una parte dura como un hueso o un diente, el molde de sus estructuras que haya quedado sobre las rocas o las huellas de sus pisadas.

Junto con tus compañeros de equipo visiten un museo de historia natural y realicen las siguientes actividades.

Material n

Dos conchas

n

Un recipiente para mezclar el yeso

n

Un pincel

n

Platos de cartón

n

Dos huesos de pollo

n

Un agitador (puede ser una cuchara)

Procedimiento

n

Un kilogramo de yeso

n

Aceite de cocina

Identifiquen algunos fósiles, anotando en los espacios correspondientes la etapa geológica en que vivieron y el tipo de su estructura.

n

Dos hojas

n

Una barra de plastilina

n

Agua

Materiales Cuaderno y lápiz

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Procedimiento

10. Repitan el proceso con las demás muestras.

En equipo realicen la siguiente actividad para simular el proceso de fosilización.

Guía de observaciones

1. Extiendan una capa de plastilina de aproximadamente 1 cm de grosor y de superficie plana en el fondo del plato. 2. Utilizando el pincel cubran con aceite la superficie de plastilina y las dos conchas. 3. Coloquen una de las conchas con la cara externa sobre la plastilina y presiónenla un poco para después separarla, de tal forma que sólo deje su molde en la plastilina. 4. Coloquen la segunda concha sobre la superficie plana de la plastilina, mostrando su cara externa. 5. Háganle un borde de 1 cm de alto a la superficie de la plastilina. 6. Mezclen el yeso con agua en el recipiente procurando que la mezcla quede un poco espesa. 7. Viertan de manera uniforme el yeso sobre la superficie de la plastilina hasta que cubra totalmente la concha (un espesor aproximado de 4 cm). 8. Esperen hasta que el yeso se seque para después separarlo con cuidado de la plastilina. 9. Separen también la segunda concha.

a) Dibujen los modelos obtenidos. b) ¿Qué diferencias creen que exista entre esta simulación y la fosilización? c) Intercambiando opiniones entre los integrantes del equipo, elaboren un resumen acerca de la importancia de los fósiles y el método más usual para determinar su edad.

Embriología comparada El embrión de los metazoarios (animales pluricelulares) se forma por división celular del cigoto, que es la célula diploide que resulta de la fecundación del óvulo por el espermatozoide. Los embriones jóvenes de diversos grupos de animales presentan mu­ chos rasgos semejantes; conforme crecen, éstos desaparecen y gra­ dualmente se originan los caracteres que diferencian a cada especie. En las primeras etapas de su desarrollo embrionario los vertebra­ dos, como peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, desarrollan hendiduras branquiales, arcos aórticos y corazón de dos cámaras.

Figura 4.7

a

b

c

d

Etapas del desarrollo embrionario de los vertebrados: a) reptil, b) humano, c) mamífero, d) ave.

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Describes los principios de la evolución biológica...

Estos caracteres persisten en el pez adulto. En la rana (que es un anfibio) solamente en la fase larvaria, en la que posee forma de pez y vive en el agua. Al transformarse en rana se le desarrollan los pul­ mones para respirar aire y desaparecen las branquias y las hendidu­ ras branquiales. Los arcos aórticos se transforman en la organización de la rana adulta y el corazón adquiere una estructura de tres cavi­ dades. En los reptiles, aves y mamíferos, las hendiduras branquiales se cierran; en la especie humana, una de ellas se transforma en un tubo que conecta el oído con la garganta. Los arcos aórticos tam­ bién se transforman en la organización del organismo y en el cora­ zón se forman tres cavidades y, posteriormente, cuatro en aves y mamíferos. Estas características comunes en las primeras etapas del desarrollo embrionario sugieren la posibilidad de que los verte­ brados acuáticos precedieron a los terrestres y que pudieron haber derivado de un antepasado común.

turas homólogas a las que presentan especies diferentes y que po­ seen semejanzas significativas.

Anatomía comparada

El tiburón (pez), el pingüino (ave) y el delfín (mamífero) presentan similitudes en su morfología externa llamadas estructuras homo­ plásicas o análogas, ya que por evolución convergente se han adap­ tado a la vida acuática. Al respecto, Theodosius Dobzhansky (1900­1975) explica: los vertebrados terrestres descienden de an­ tepasados que llevaron una vida acuática, los delfines y las ballenas retornaron a una existencia en el agua, mas no por eso volvieron a ser peces.3

La anatomía comparada es la ciencia que ha servido para estudiar desde hace mucho tiempo las semejanzas y diferencias de las es­ tructuras anatómicas de los organismos de distinta especie. Apoya a la evolución al explicar que las similitudes anatómicas que com­ parten esos organismos pueden demostrar que derivan de un an­ cestro común. Por ejemplo, los vertebrados se han adaptado a vivir en diferentes ambientes, donde han desarrollando diversas estruc­ turas en su proceso evolutivo. Aunque en las aves y los mamíferos sus miembros anteriores desempeñan distintas funciones, las es­ tructuras internas son notoriamente semejantes y con similar ubi­ cación. A estas estructuras se les llama homólogas.

Estructuras homólogas Son aquellas cuyas semejanzas se fundamentan en el grado en que comparten la información genética que controla su desarrollo y que heredaron de un ancestro común. Por tanto, se llaman estruc-

Aleta de ballena Aleta de ballena

Aleta de ballena

La comparación de estructuras homólogas de especies vivientes con los registros fósiles ha demostrado que estas estructuras tuvie­ ron su origen en las formas ancestrales. Así, entre mayor es el grado de similitud que haya entre las estruc­ turas homólogas, más cercana es la relación filogenética que habrá entre las especies que las poseen, es decir, que evolutivamente se­ rán parientes más cercanos. Estas estructuras tienen el mismo origen embrionario y aunque sean muy semejantes, no necesariamente desempeñan la misma función.

Estructuras homoplásicas o análogas

Las estructuras homoplásicas o análogas son aquellas que presen­ tan especies no emparentadas. Pueden tener alguna similitud y rea­ lizar la misma función, pero son diferentes en cuanto a su patrón estructural y origen embrionario por ejemplo, el ala de las aves y el de los insectos. Aunque ambas están adaptadas para volar, no com­ parten la misma relación estructural ni tienen el mismo origen em­ brionario. Estos órganos adaptados a desempeñar una  misma función desarrollan esa semejanza porque las especies que los po­ Aleta ballena Aleta de ballena de pájaroEn este Ala de pájaro seendeestán adaptadas a condiciones ambientales Ala similares. caso se trata de una evolución convergente.

Ala de pájaro Ala de pájaro Miembro anterior de león Miembroanterior anterior de Miembro deleón león

Ala de pájaro

Brazohumano humano Brazo

Brazo humano

Figura 4.8

Órganos homólogos que presentan diversos grupos de vertebrados. 3

98

3

Dobzhansky, T. Genetics of the Evolutionary Process, Columbia University Press, Nueva York, 1970. Dobzhansky, T., Genetics of the Evolutionary Process, Columbia University Press, Nueva York, 1970.

a)

a)

b)

b)

a) b)

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c)

c)

Figura 4.9

Órganos homoplásicos o análogos que tienen por su forma de pez: a) el ictiosaurio (reptil fósil), b) el tiburón (pez) y c) el delfín (mamífero).

b)

Estructuras vestigiales

Bioquímica comparada

Son aquellas que algunos organismos poseen y que se piensa que carecen de alguna función. En cambio, en otras especies afines, es­ tos órganos desempeñan ciertas funciones. Así, se deduce que los c) organismos poseedores de los órganos vestigiales evolucionaron de un ancestro cuyo órgano similar era funcional y que ha ido de­ generando en el proceso evolutivo hasta convertirse en un vestigio. Son ejemplos de órganos vestigiales del ser humano: el apéndice, el cóccix (que en otras especies de mamíferos sirve de base para el desarrollo de la cola) y los tercios molares o “muelas del juicio”.

En composición del material que forma a todos los seres vivos par­ ticipan los elementos esenciales como el carbono (C), el hidróge­ no (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N). Utilizan los mismos 20 aminoácidos para construir sus proteínas. Asimismo, en sus fun­ ciones metabólicas como nutrición, respiración y excreción, se identifican muchos procesos similares, y en cuanto a la regulación de su herencia se sabe que desde los microorganismos hasta un mamífero, pasando por la gran diversidad de plantas y animales que forman la biodiversidad, transmiten su información heredita­ ria a través de los ácidos nucleicos adn y arn, características que unifican a todos los seres vivos ante la posibilidad de que se hayan originado a partir de un ancestro común.

Biogeografía c)

La biogeografía también proporciona evidencias a la evolución con el estudio de la distribución geográfica de los seres vivos. En los diversos medios naturales de la Tierra se observa una gran va­ riedad de especies, tanto vegetales como animales, que se han adaptado a vivir en condiciones climáticas similares. Sin embargo, existen especies que sólo se localizan en determinadas regiones de la Tierra. Por ejemplo, en las islas volcánicas de las Galápagos, Darwin encontró varias especies de unas pequeñas aves llamadas pinzones, las cuales tenían alguna semejanza con las de tierra conti­ nental más cercana, aunque las condiciones ambientales eran dis­ tintas. Esto le hizo suponer que los pinzones del archipiélago derivaban de ancestros que llegaron de tierra firme y al adaptarse al ambiente de cada isla se diferenciaron gradualmente de la especie ancestral hasta formar nuevas especies. Otro ejemplo lo constituyen las poblaciones de monotremas y marsupiales de Australia, que raras veces se localizan en otras regio­ nes del mundo, aunque éstas dispongan de condiciones ambienta­ les similares. Se sabe que hace 200 millones de años Australia se encontraba unida formando una gran masa continental. Al sepa­ rarse gradualmente de los otros continentes, los monotremas y marsupiales se diversificaron sin la presencia de los mamíferos pla­ centeros con quienes en otros lugares de la Tierra compitieron y predominaron. El ajolote (Ambystoma mexicanum), el zacatuche (Romerolagus diazi), el ocelote (Leopardus pardalis) son especies animales que sólo se desarrollan en México.

Hibridación del adn Por medio de las secuencias de nucleótidos del adn también se ha obtenido importante información sobre el grado de parentesco de los organismos. Una de las técnicas empleadas para tal propósito es la hibridación del adn, que consiste en obtener una cadena sencilla del adn de dos especies que se van a estudiar. Al unirlas se forma una doble cadena híbrida, sus bases se aparearan y la proporción de pares de nucleótidos que difieren en ambas cadenas señalará el gra­ do en que las dos especies se encuentran separadas en sus relacio­ nes evolutivas, y mientras  mayor porcentaje de secuencias de nucleótidos tengan en común las moléculas de adn de ambas es­ pecies, se considerarán más estrechamente relacionadas.

Actividad de aprendizaje Intégrate a tu equipo y diseñen un periódico mural con las principales evidencias de la evolución: fósiles, embriología comparada, anatomía comparada: estructuras homólogas y análogas, estructuras vestigiales, biogeografía, bioquímica comparada e hibridación del adn. Bajo la coordinación del profesor(a) organicen un debate sobre las evidencias respetando las opiniones del grupo.

99

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4

Describes los principios de la evolución biológica... Figura 4.10

Relaciones evolutivas deducidas a partir de las diferencias detectadas en los adn, de la secuencia del adn mitocondrial obtenida del hueso del brazo de un Neandertal. Svante Pääbo y colaboradores informan la diferencia de esta especie respecto a los humanos y chimpancés.4

Chimpancés

Neandertal

Hace 4-6 millones de años

550 000 a 690 000

120 000 a 150 000

Humanos

Actividad de aprendizaje Completa el siguiente cuadro anotando lo que falta en cada caso, ya sea la evidencia, sus características o la forma como apoyo a la evolución. Evidencia

Características

Forma de apoyo a la evolución Son evidencias directas.

Embriología comparada. Estructuras homólogas. Estructuras homoplásicas (análogas). Las especies que sólo se localizan en determinadas regiones demuestran que evolucionaron al adaptarse a las condiciones de ese medio. La composición química de los seres vivos. Apareamiento de cadenas de bases complementarias entre el adn de distintas especies y forman una doble hélice híbrida.

4

Kahn Patricia y Ann Gibbons, “Research news. dna From an Extinct Human”, Science, 11 de julio, 1997, pp. 176­178.

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Factores que dieron lugar a la teoría de la evolución propuesta por Darwin y Wallace Los principios de la teoría Darwin y Wallace sobre la evolución por selección natural se resumen en los siguientes puntos: n Todas las especies de seres vivos tienen la capacidad de pro­ crear a un mayor número de descendientes del que llega a so­ brevivir en la madurez. n A pesar de la tendencia de las poblaciones a aumentar en pro­ gresión geométrica, en la naturaleza se observa que general­ mente se mantienen más o menos constantes. n De ello se deduce que entre los integrantes de las poblaciones opera una competencia, que es la lucha por la sobrevivencia, por medio de la cual muchos individuos son eliminados. n Todos los seres vivos presentan variación, aun si pertenecen a la misma especie. Darwin afirmaba que estas diferencias en­

tre los individuos eran heredadas, aunque nunca haya cono­ cido los mecanismos hereditarios, pues aún se ignoraban los descubrimientos sobre genética hechos por Gregor Men­ del, pese a que los principios básicos de esta ciencia ya ha­ bían sido publicados en la revista Historia Natural de Brünn (1865). n

Los individuos cuyas variaciones propician una mejor adapta­ bilidad a su medio, es decir, aquellos que presentan combina­ ciones de caracteres ventajosas sobre los demás, tienen mayo­ res posibilidades de subsistir y reproducirse, lo cual genera un proceso de selección natural entre los organismos y favorece a los mejor adaptados a su ambiente.

n

Los organismos cuyas variaciones son favorables para una mejor adaptabilidad al medio transmiten a sus descendientes dichas características. Así, los caracteres seleccionados que le confieren al ser vivo capacidad de adaptarse mejor al medio predominan con el tiempo en la especie.

Teoría de Darwin y Wallace La población con un alto potencial reproductivo

Competencia por la sobrevivencia

Variabilidad heredada

Por selección natural los organismos con caracteres ventajosos subsisten y dejan más descendientes

Los caracteres favorecidos con el tiempo se incrementan en la población

Figura 4.11

La evolución de las jirafas según la teoría de la selección natural. Darwin creía que en un principio este grupo de animales presentaba variaciones en la longitud del cuello. Ante la escasez del alimento, la selección natural favoreció a los de cuello largo porque tenían ventajas para alcanzar las ramas más altas, por lo mismo tuvieron mayores posibilidades de sobrevivencia y transmitieron el carácter seleccionado a las generaciones siguientes.

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  Describes los principios de la evolución biológica...

Para tu reflexión El papa Juan Pablo II (1920-2005), en 1996, aceptó la teoría evolucionista de Charles Darwin. Lo que se interpretó como una muestra más de la reconciliación entre la Iglesia y la ciencia, Juan Pablo II reconoció que el cuerpo humano tuvo su origen en la evaluación de la materia viva. En cambio, aclaró, el alma del hombre fue creada por Dios. Este hecho resulta importante porque apoya la reconciliación no sólo de la Iglesia, sino de la sociedad en general con la ciencia, ya que desde que se publicó la obra de Darwin su teoría sobre la evolución por selección natural fue severamente criticada y reiteradamente rechazada por un importante sector de la sociedad y del clero de la segunda mitad del siglo xix. La idea de que el hombre y los demás primates compartían el mismo origen, propuesta en la obra The Descent of Man (El origen del hombre), causó escándalo entre la sociedad y la Iglesia de la época, a tal grado que la Asociación Británica para el Progreso de la Ciencia organizó en Oxford, en junio de 1860, un debate público en el que algunos científicos, sobre todo el obispo anglicano de Oxford, Samuel Wilberforce, defendieron la postura de la Iglesia y trataron de ridiculizar la teoría de Darwin en tanto que la defensa de la teoría evolucionista estuvo a cargo del conocido zoólogo Thomas H. Huxley (18251895). Hoy ha quedado fuera de duda que el hombre y el simio evolucionaron a partir de un mismo ancestro y la obra de Darwin, El origen de las especies, ha salido fortalecida ante los continuos ataques de ciertos grupos sociales durante más de cien años después de su primera publicación. ¡Qué lejos ha quedado el debate entre el obispo S. Wilberforce y T. H. Huxley! Todo sea por el bien del desarrollo científico.

4.2  Principales causas de la va­ riabilidad genética y del cambio evolutivo (mutación, flujo de genes, deriva génica, interacción con el ambiente, apareamiento no alea­ torio, selección natural) Se ha considerado que las causas de la variabilidad en las poblacio­ nes son las siguientes: Fuentes de la variabilidad • Mutaciones •  Recombinaciones génicas

Factores de cambio en las poblaciones

•  Deriva génica •  Flujo genético •  Interacción con el ambiente •  Apareamiento no aleatorio •  Selección natural

Variaciones por acción de las mutaciones Las mutaciones son cambios que se presentan en el adn de los ge­ nes y son heredables. Constituyen la fuente original de las variacio­ 102

nes, sobre las cuales operan otras fuerzas que generan el proceso evolutivo en las poblaciones. Las mutaciones por sí solas pueden generar nuevos alelos. Se presentan por alteraciones en los cromo­ somas (delección, inversión, duplicación, translocación) o por cambios en la secuencia de bases del adn de un gen (mutación puntual: por sustitución, adición o supresión de bases). Algunas mutaciones pueden conducir a alteraciones en los caracteres físi­ cos, fisiológicos o de conducta del organismo. Cuando éstas son de acciones severas que provocan la muerte se les llama mutaciones letales. Otras, llamadas mutaciones neutras, generan variaciones genéticas en la población que no producen ventajas ni desventajas selectivas en los organismos, por lo que no están sujetas a la selec­ ción natural. En cambio, hay pequeñas mutaciones benéficas que favorecen la adaptación de los organismos al medio, aunque no se manifiesten en forma inmediata en la frecuencia génica de la pobla­ ción, se incorporan al igual que las neutras al acervo génico y más tarde, ante los cambios de las condiciones ambientales, pueden de­ terminar caracteres ventajosos que permitan a los organismos en­ frentar con éxito esos cambios. Las mutaciones ocurren en forma impredecible y espontánea, esto es, que no se conocen los procesos físicos y químicos que los pro­ ducen. No se puede saber cuándo la secuencia nucleotídica del adn de un gen presentará cambios al replicarse; tampoco llevan una dirección, se presentan sin que se sepa si generarán caracteres que beneficien o no a los organismos. Por tanto, no aparecen como una respuesta adaptativa ante la influencia del medio, sino que su cualidad adaptativa sólo se manifiesta una vez que se presentan.4

Variaciones por acción de las recombinaciones genéticas Durante la profase 1 de la meiosis se aparean estrechamente los cro­ mosomas homólogos, proceso conocido como sinapsis. En este apareamiento las cromátidas homólogas pueden intercambiar ma­ terial genético; cuando esto sucede se rompen en el mismo lugar las cromátidas homólogas y sus extremos se unen entrecruzados, por eso es que a esta rotura y reunión de segmentos de cromátidas se llama entrecruzamiento (crossing over), lo que propicia el inter­ cambio de fragmentos, transformándose en dos cromátidas re­ combinantes. La importancia de las recombinaciones génicas radica en que, a través de ellas, se reordenan y se redistribuyen en los gametos las formas alélicas no manifestadas en varias generaciones para formar una enorme cantidad de combinaciones de genes a partir de un reducido número de alelos diferentes, localizados en pocos locus de cromosomas homólogos heredados de los progenitores. De este modo, la información que lleva cada gameto que se forma en la meiosis se ha recombinado y, al fusionarse éstos en la fecunda­ 4

Ayala, J. F., “Mecanismos de la evolución”, Investigación y ciencia, núm. 76, no­ viembre, 1978, Barcelona, España, p. 21.





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A A

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A

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b

a

b a a

B

A

b

a

B

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b

B

A A

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B b B

a a

b

Figura 4.12

Recombinación de genes entre cromátidas homólogas. Se obtienen al final del proceso dos cromátidas recombinantes más dos que mantienen inalterables los genes de las líneas de ambos progenitores.

ción, aumenta en mayor proporción la variabilidad genética en la descendencia que se reproduce sexualmente. Actividad de aprendizaje Investiga en qué forma las mutaciones y las recombinaciones génicas promueven la variabilidad, elabora una síntesis de tu investigación y comparte los resultados con tus compañeros de grupo. Se evalúa en la página 126. Actividad de aprendizaje 1. ¿Qué importancia tienen las mutaciones en la evolución biológica?

2. ¿Qué consecuencia tiene el intercambio de material genético entre cromosomas homólogos que suele ocurrir durante el entrecruzamiento de las cromátidas en la profase I de la meiosis?

Variaciones por deriva génica La deriva génica es el aumento o la disminución de un rasgo a tra­ vés de las generaciones en una población, debido a las combinacio­ nes aleatorias de un gen. El efecto de las fluctuaciones al azar de las frecuencias génicas a tra­ vés de sucesivas generaciones puede ser insignificante en poblacio­ nes grandes. En cambio, cuando se trata de una población pequeña y aislada pueden incorporarse al acervo génico de la población y manifestarse con sus beneficios o perjuicios. En las poblaciones grandes el número de parejas reproductoras equilibra las alteraciones de dichas combinaciones génicas al azar y por ello su efecto es poco o nulo. De este modo, la mayor propor­ ción de variaciones por las combinaciones al azar de las frecuencias génicas se aprecia más entre los miembros de pequeñas poblacio­ nes que se entrecruzan. Éste es el caso de las especies que por algún fenómeno catastrófi­ co o por sobreexplotación disminuyen en número, como las po­ blaciones en peligro de extinción. Cuando los sobrevivientes se reproducen llegan a manifestarse rasgos controlados por nuevas frecuencias de alelos, diferentes a los de la población que se restaura. 103

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4

Describes los principios de la evolución biológica...

Estos grupos pasan por una transición llamada cuello de botella, por ejemplo, entre la población de venados de California que, a consecuencia de su paso por un cuello de botella genético, se le ha incrementado el rasgo de una quijada disminuida, lo cual no le fa­ vorece para pastar.

a) a)

b) b)

Otro caso de cuello de botella que revela las fluctuaciones fortuitas de la frecuencia de los genes en una población humana, atribuida a la acción de la deriva génica e identificada como efecto fundador, se encuentra en el estudio realizado en 1950 por Bentley Glass (1906­2005), en la población Dunker, del condado de Franklin, en Pennsylvania. Sus miembros descienden de una secta religiosa compuesta por 50 familias que emigraron de Alemania Occidental a principios del siglo xviii, y se mantuvieron aislados con sus cos­ tumbres y vestimentas; diferentes a los demás habitantes de la re­ gión; raras veces llegaban a casarse con personas ajenas al grupo. Estudios de los tipos sanguíneos de los Dunkers mostraron una elevada frecuencia de tipo A y un considerable descenso del tipo B. Al comparar las proporciones de los tipos sanguíneos con los ac­ tuales habitantes de la región del Rhin, en Alemania Occidental, de donde procedían sus antepasados, y con los pobladores estadouni­ denses de las zonas aledañas, se encontró una notoria diferencia. Esto hace suponer que la frecuencia génica pudo haber cambiado en algunas de las primeras generaciones, cuando el número de in­ dividuos que formaban la población Dunker era muy reducido. Quizá nació mayor cantidad de niños portadores de genes para el tipo A y menor para el B, lo que propició que en la reserva génica de la población, a través de las siguientes generaciones, se elevara la frecuencia de alelos que determinan el tipo sanguíneo A y una baja en la frecuencia del tipo B.

Variaciones por flujo genético El flujo genético está formado por los procesos migratorios, que son otra de las causas de cambio en la frecuencia génica de la pobla­ ción. La migración consta de los movimientos de inmigración (que es el ingreso de los individuos a la población) y la emigración o sa­ lida de los que la dejan. Tal vez los cambios más importantes en las frecuencias génicas sean los originados por la migración de la espe­ cie humana a lo largo de la historia: grupos de lejana procedencia han invadido poblaciones de diferente raza, que al reproducirse han generado cambios en la frecuencia génica de la población invadida, originándose del mestizaje nuevas razas humanas.

Interacción con el ambiente Las variaciones somáticas (corporales), también llamadas fenotípi­ cas por poseer rasgos físicos que son observables en el individuo, causados por influencias del ambiente, generalmente son de tipo adaptativo. Esto significa que tales variaciones contribuyen a que los organismos mantengan un mejor acomodo en su medio y 104

c) c)

Figura 4.13

La variación fenotípica de la sagitaria según el medio donde crece: a) como planta terrestre, b) parcialmente sumergida en el agua y c) totalmente sumergida.

que puede ser ventajoso ante la fuerza selectiva de la naturaleza. Así, es frecuente observar que tanto plantas como animales presen­ tan cambios fenotípicos dependiendo de las condiciones ambienta­ les donde viven. Estas variaciones que se adquieren por influencias del medio (también llamadas de plasticidad fenotípica), no se here­ dan, aunque obviamente poseen una base genética, es decir, que resultan de la interacción del genotipo de la especie con el medio donde ésta vive. Un ejemplo de plasticidad fenotípica lo encontra­ mos en la planta cola de golondrina sagitaria (Sagittaria sagittifolia) que presenta variaciones morfológicas dependiendo de su creci­ miento en tierra, parcialmente sumergida en agua o completamen­ te sumergida.

Apareamiento no aleatorio Este tipo de apareamiento es el que por regla general ocurre en la mayoría de las poblaciones, ya que sus individuos no tienen igual oportunidad de aparearse al azar y eligen sus parejas por su feno­ tipo, haciendo que cambie la frecuencia de los genotipos que re­ gulan estas características y que pueden repercutir en la evolución de la población. La endogamia, que es el apareamiento entre individuos con paren­ tesco cercano, es un ejemplo de apareamiento no aleatorio; ocurre cuando los individuos se localizan en la misma zona, por que su movilidad se encuentre restringida, como en el caso de los animales

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que habitan en las islas, lo que conlleva al apareamiento entre in­ dividuos más cercanos y en muchas ocasiones emparentados, es decir, genéticamente similares. En las plantas se observa este fe­ nómeno en aquellas que se autopolinizan. En la endogamia se dis­ minuye la proporción de heterocigosis y se incrementa la de homocigosis. El aumento de este comportamiento en algunas po­ blaciones ocasiona la depresión endogámica, a la cual se atribuyen trastornos regulados por los alelos recesivos. Apareamiento selectivo. Es otro ejemplo de apareamiento no alea­ torio, se presenta cuando los animales escogen pareja guiados por las características fenotípicas, ya sea por el color de piel, de plumaje, de estatura o por su jerarquía social en el grupo. En algunas pobla­ ciones de animales son frecuentes las confrontaciones por ocupar una jerarquía de dominio en el grupo, lo que permite que algunos machos triunfadores se apareen con las hembras y de esta manera dejan mayor número de descendientes en la población; son ejem­ plos de este tipo de comportamiento los elefantes marinos (Mi­ rounga spp) y el borrego cimarrón (Ovis canadensis). Al igual que los casos de endogamia, también el apareamiento se­ lectivo promueve la homocigosis, con la consecuente modifica­ ción de las frecuencias genotípicas de las poblaciones.

Selección natural Después de la variabilidad el siguiente componente de la teoría evolutiva de Darwin es la selección natural, cuyo fundamento es que los organismos “sanos y vigorosos” prolongan más su existencia y dejan mayor cantidad de descendientes que los débiles y enfermos. La idea no era nueva: cinco siglos antes de Cristo, Empédocles en cierta forma se había referido a este principio al suponer que los seres vivos habían surgido por partes, que al combinarse al azar da­ ban a los organismos diversas formas, y sólo sobrevivían los que habían sido estructurados en forma favorablemente funcional.5 Darwin interpretaba la evolución como una permanente lucha por la sobrevivencia. El hecho de que las especies tengan mayor núme­ ro de descendientes que los que alcanzan la edad reproductiva lo llevó a la conclusión de que la naturaleza opera sobre ellos como una fuerza selectiva, favoreciendo a los organismos mejor adapta­ dos a cada ambiente en ciertos periodos y eliminando a los que no tienen esa capacidad. La Tierra ha sido el escenario en el que han surgido diversas formas de vida. A través del tiempo algunas se han transformado, originando nuevos grupos y otras han desapa­ recido, lo que demuestra la acción de los factores ambientales so­ bre las alternativas génicas de cada población, al favorecer aquellas formas alélicas que han propiciado la adaptación de sus individuos a cada medio en las distintas etapas del desarrollo del planeta. La selección natural no genera los cambios genéticos, sino que ac­ túa sobre ellos cuando ya están presentes, favoreciendo aquellos que poseen mayor capacidad de adaptación, lo que conduce a la diver­ sidad biológica de cada espacio y tiempo.

Los tres tipos de selección

Figura 4.14

Un ejemplo de apareamiento selectivo.

Actividad de aprendizaje ¿Por qué pueden ser ventajosas, para los organismos, las variaciones fenotípicas causadas por influencias del medio?

Las respuestas adaptativas de las formas alélicas de la población a los cambios ambientales determinan la orientación evolutiva; así, de la interacción del genotipo y el ambiente se origina el fenotipo. En este proceso se identifica la acción de tres tipos de selección: estabilizadora, direccional y disruptiva. Los rasgos de la mayoría de los individuos de una población casi siempre se localizan cerca del promedio y forman una curva en for­ ma de campana, llamada curva de la distribución normal, donde la mayor proporción se sitúa cerca de la media y en los extremos los individuos que difieren del rango promedio, donde las frecuencias van en disminución.

Selección estabilizadora ¿Qué desventajas se presentan por la homocigosis que se incrementa con el apareamiento no aleatorio?

Se presenta en una población bien adaptada a su medio y que con­ serva estable la frecuencia génica por un periodo prolongado. La selección favorece a los individuos que fenotípicamente estén 5

Dobzhansky, Ayala, Stebbins y Valentine, Evolución, Omega, Barcelona, 1988, p. 97.

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  Describes los principios de la evolución biológica... En estas poblaciones la elevada proporción de heterocigotos se en­ cuentra alrededor de la media de la curva y los homocigotos en los extremos.

Selección direccional La selección direccional es la que favorece algunas formas alterna­ tivas de los genes disponibles en el acervo genético de la población por su capacidad de adaptación a un nuevo ambiente. De esta for­ ma se selecciona a los individuos alejados de la normalidad, locali­ zados en algunos de los extremos de la curva. Tanto en la selección estabilizadora como en la direccional es favorecida una forma aléli­ ca del gen, con la consecuente discriminación de los alelos no favo­ recidos de ese mismo gen; por eso las tasas de selección de los alelos favorecidos son similares en ambos tipos de selección.

Figura 4.15

Selección estabilizadora.

situados en un rango promedio y elimina a los situados en los ex­ tremos, por lo que su tendencia es mantener constante la especie. Ejemplos: n

Estudios de sobrevivencia de niños al nacer respecto a su peso, demostraron que los de peso mediano (entre 2.8 y 3.6 kg) tu­ vieron mayores posibilidades de sobrevivencia en los prime­ ros 28 días; en cambio, los muy pequeños y los muy pesados tuvieron menos, los primeros por no estar suficientemente desarrollados y los segundos por ofrecer dificultades en el par­ to. De esta manera, la selección natural mantenía el fenotipo de peso mediano como el mejor adaptado.

n

Se sabe que ciertas enfermedades y alteraciones genéticas per­ manecen en las poblaciones humanas por el tipo de selección estabilizadora, cuando en sus portadores heterocigotos la efi­ ciencia biológica resulta ser superior que en los dos homoci­ gotos. Tal es el caso de la anemia de células falciformes o ane­ mia drepanocítica, enfermedad muy frecuente en las poblaciones africanas y cuyo origen es la homocigosis del gen mutante HbS, que produce la hemoglobina S en vez de la nor­ mal A. (Estudio de la composición de la hemoglobina falcifor­ me demostró que en un sitio de cada cadena beta, la valina re­ emplaza al ácido glutámico.) Los heterocigotos HbAHbS, portadores de la enfermedad, sobreviven más tiempo y se re­ producen más al no padecer la enfermedad y estar protegidos ante el paludismo, en comparación con los homocigotos nor­ males HbAHbA que son atacados por el paludismo mortal de estas regiones y los homocigotos enfermos de la anemia falci­ forme HbSHbS que generalmente mueren antes de llegar a la edad reproductiva.

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Son ejemplos de selección direccional la selección artificial para obtener mejoras en productividad vegetal y animal, la resistencia de las bacterias a los antibióticos y de los insectos a los insecticidas. Los antibióticos casi nunca logran exterminar a todas las bacterias, y menos si no se suministran en forma adecuada o si se interrumpe el tratamiento. Las pocas bacterias que sobreviven se reproducen y procrean descendientes con resistencia al antibiótico. Algo similar ocurre con los insectos que sobreviven a la acción de los insectici­ das: al reproducirse dan origen a descendientes resistentes a estos tóxicos. Los casos de melanismo industrial aparecidos en Inglate­ rra a mediados del siglo xix son también ejemplos de selección natural direccional.

Figura 4.16

Selección natural direccional.

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Un ejemplo de variación adaptativa de la frecuencia génica de una población es el llama­ do melanismo industrial. La polilla o mariposa Biston betularia, de color claro o gris moteado, era bastante común en Gran Bretaña, hasta que a mediados del siglo xix apare­ ció en Manchester una polilla negra de esta misma especie. Se descubrió que la forma alélica que determinaba el color oscuro era dominante respecto al típico gris o blanco moteado. Así, el carácter oscuro, que en un principio representaba solamente 1% del to­ tal de la población, en muy poco tiempo alcanzó gran proporción, de manera especial en las cercanías de las zonas industriales y a finales del siglo llegó a ser la más común. Investigaciones posteriores demostraron las causas del cambio de color en esta pobla­ ción. Varias especies de aves se alimentan de los insectos, por esta razón las polillas mo­ teadas encontraron buen refugio en los troncos de los árboles de color gris moteado (por la presencia de líquenes), pero con la Revolución Industrial el humo de las fábricas ennegreció los troncos de los árboles y mató los líquenes, lo que favoreció que las aves capturaran con facilidad a las polillas moteadas que reposaban sobre los troncos enne­ grecidos, mientras que las polillas oscuras pasaban inadvertidas, por lo que tuvieron una mayor probabilidad de sobrevivencia y, en consecuencia, dejaron mayor cantidad de descendientes que las del color claro o gris moteado.

a) a)

A ese incremento de polillas oscuras en las zonas industriales se le llamó melanismo in­ dustrial, en tanto que en las zonas rurales las polillas moteadas seguían dominando al encontrar refugio en los troncos grisáceos.

Selección disruptiva La selección natural disruptiva es opuesta a la estabilizadora. Las presiones selectivas di­ vergentes actúan sobre una población adaptada a un ambiente y favorecen los fenotipos de los individuos situados en los extremos de la curva, que forman grupos con nuevas normas adaptativas y discriminan a los intermedios. Un ejemplo de selección disruptiva

b) b) Figura 4.17

a) Las polillas o mariposas moteadas se confundían y las negras eran visibles sobre el tronco gris. b) Las negras se confundían mientras que las moteadas eran visibles sobre el tronco ennegrecido.

Figura 4.18

Selección disruptiva.

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4

Describes los principios de la evolución biológica...

es el polimorfismo de la mariposa africana de cola de golondrina Papilio dardanus, que sirve de alimento a los pájaros porque no tie­ ne mal sabor. Las  hembras presentan diversas formas miméticas que las hacen semejantes a diferentes especies de mariposas con mal sabor, lo que les da una mayor posibilidad de sobrevivencia que a las hembras no miméticas, de manera que la imitación que hace la mariposa de cola de golondrina de otras especies ha propiciado el polimorfismo de su población por las presiones selectivas. Actividad de aprendizaje Elabora un resumen en el que expliques lo siguiente. a) La forma en que la selección natural regula la variabilidad. b) ¿Cuál de los tres tipos de selección natural (estabilizadora, direccional y disruptiva) favorece más a la evolución y por qué? c) ¿Cuál es más ventajosa para mejorar determinados rasgos en una población?

4.3 Principio de la selección natural y su relación con la genética de poblaciones A la teoría de la evolución por selección natural le faltaba explicar el mecanismo por el cual se transmite la herencia. Darwin y Wallace no llegaron a enterarse sobre los trabajos de genética de Gregor Mendel ya que éstos fueron ignorados hasta principios del siglo xx en que fueron redescubiertos. En el decenio de 1930 y principios de 1940  los investigadores combinaron los principios genéticos con la teoría de la selección natural de Darwin y Wallace, lo que permitió explicar la manera en que se heredan las características de los individuos de las poblaciones y la forma en que se transmiten esas características de una generación a la siguiente, con lo que se conoció el origen de las variaciones sobre las cuales actúa la selec­ ción natural. La incorporación de los principios de la genética mendeliana a la teoría de la evolución de Darwin y Wallace dio origen al neo­ darwinismo o teoría sintética (este último nombre se debe a que en esta teoría se resumen partes de varias teorías para integrar una unidad).

Teoría sintética En la primera mitad del siglo xx se sentaron las bases del neodarwi­ nismo, que más tarde adoptaría el nombre de teoría sintética de la evolución, término introducido por Julian Huxley (1887­1975), en su obra Evolution: The Modern Synthesis, publicada en 1942. Esta 108

nueva forma de interpretar la evolución, encabezada por el genetis­ ta estadounidense de origen ruso Theodosius Dobzhansky (1900­ 1975), el zoólogo estadounidense de origen alemán Ernst Mayr (1904­2005), especializado en sistemática, el paleontólogo esta­ dounidense George Gaylord Simpson (1902­1984) y el biólogo inglés Julian Huxley (1887­1975), entre otros, incorpora a la teoría de Darwin las bases genéticas, que son las fuentes de los cambios evolutivos de las poblaciones y consolida los principios de la evolu­ ción por selección natural, al aceptar que de la diversidad de carac­ teres que heredan los organismos permanecen aquellos que propician su adaptación al medio, y tienden a incrementarse de una generación a otra, mientras que los no favorecidos disminu­ yen. Con el descubrimiento de la estructura del adn en el decenio de 1950­1959 y la del código genético en la década de 1960, nació la biología molecular, que influyó en el desarrollo de la recién naci­ da teoría sintética al apoyarla con los estudios moleculares del ma­ terial hereditario. La teoría sintética rechazó en forma definitiva el principio lamarckiano de la herencia de los caracteres adquiridos; en cambio, reconoce las mutaciones y las recombinaciones génicas como procesos generadores de los graduales cambios de la evolu­ ción. Además, admite la importancia de la acción de la selección natural y del aislamiento reproductivo. Las mutaciones y las recombinaciones génicas son las principales fuentes de la variabilidad genética en la población de fecundación cruzada, es decir, son los mecanismos mediante los cuales los orga­ nismos heredan caracteres diferentes aunque sean de la misma es­ pecie (variación individual) o entre poblaciones (variación geográfica). Sobre esa gama de caracteres actúan la selección natu­ ral y el aislamiento reproductivo, que encauzan la adaptación diná­ mica de los organismos hacia los diferentes medios. La teoría sintética nació con la aportación de tres ciencias: la gené­ tica, con el conocimiento de los principios que regulan la transmi­ sión de los rasgos que se heredan de padres a hijos; la sistemática, que agrupa a los organismos por su parentesco evolutivo en los ni­ veles taxonómicos: especies, géneros, familias, órdenes, entre otros, y la paleontología, con el análisis de los fósiles, que son restos de organismos que existieron en las diferentes etapas de las eras geoló­ gicas. Con el apoyo de estas disciplinas se dio prioridad al estudio de los organismos como integrantes de poblaciones y no en forma aislada. Actividad de aprendizaje Investiga cómo se relaciona la teoría de Darwin y Wallace con el neodarwinismo o teoría sintética y da a conocer tus conclusiones a los compañeros de grupo. Se evalúa en la página 127.

Completa el mapa conceptual de la página siguiente:

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TRANSFORMISMO

Su concepto de la herencia de los caracteres adquiridos ha sido rechazado:

El libro de Malthus le sugirió el concepto de la lucha por la existencia entre los organismos:

Son evidencia directa de organismos que existieron en etapas geológicas pasadas:

Teoría que surge al incorporar los principios genéticos al darwinismo:

Concepto de acervo génico (poza génica) Se conoce como acervo génico, caudal genético o poza génica, al conjunto de genes presentes en una población en un momento dado. Está formado por los alelos (formas alternativas de los genes) de todos los individuos que integran la población. Del acervo géni­ co obtiene sus genes la siguiente generación. La evolución es con­ secuencia de cambios que se presentan en la composición genética de varias generaciones de la población. Por eso resulta importante conocer la genética de poblaciones. En las poblaciones naturales los genes no se manifiestan uniforme­ mente, los alelos que determinan los caracteres recesivos por lo general no se expresan en el fenotipo porque los ocultan los alelos dominantes. Cuando los alelos determinan caracteres que propi­ cian una mejor adaptación de los individuos al medio, éstos se de­ sarrollan con mayor éxito, prolongan el tiempo de su existencia y dejan mayor número de descendientes, lo que hace que esos alelos incrementen su frecuencia a través de sucesivas generaciones, en tanto que los que no se expresaron disminuyen su frecuencia; estos alelos recesivos se almacenan en el acervo génico, pero ante un cambio ambiental pudieran ser favorecidos y determinar nuevos fenotipos de mejor adaptación a ese ambiente. La evolución que se presenta en una población se llama microevolución. Con el apoyo de la biología molecular se interpretó la evolución por selección natural de la forma siguiente: los individuos de una población pueden ser poseedores de una y otra forma variante de los genes en sus cromosomas, que es lo que se llama alelo. Cuando algunas de esas formas alternativas de los genes o alelos tienen la capacidad de una mejor adaptación, los organismos prolongan su

existencia y procrean más descendientes que los no poseedores de esas constituciones génicas, lo que conduce a una mayor frecuen­ cia de los alelos que controlan los caracteres de mejor adaptación al medio. Al respecto, George L. Stebbins (1906­2000) y Francisco J. Ayala (1934 ­ ) opinan: puesto que los alelos de un mismo gen son por­ tadores de información alternativa y cada cromosoma sólo contiene uno de ellos; cualquier aumento del número de individuos portadores de un alelo de un gen concreto implica necesariamente la reducción de la fre­ cuencia de los restantes alelos. Así, cabe decir que los alelos compiten entre sí por la supremacía en el acerco genético de una población, al conferir efectos adaptativos a sus portadores.6

¿Qué pasa con los alelos que no son favorecidos por la selección natural? Se cree que los alelos no favorecidos que se producen continua­ mente son almacenados en el acervo genético de la población como genotipos preadaptados (ya que no fueron adaptativos en ese momento o en ese medio), porque entre ellos pueden encon­ trarse las formas alélicas que sean capaces de afrontar los nuevos retos de la población ante los cambios frecuentes del ambiente, y así dar lugar a las generaciones con nuevos caracteres adaptativos que sean favorecidos por la selección natural, incrementándose su frecuencia gradualmente hasta convertirse en el genotipo domi­ nante. La carencia de genotipos preadaptados conduce a la extin­ ción del grupo, dado que su acervo  genético, también llamado reserva genética o lote genético común, no dispone de las for­ mas alternativas de  los genes con capacidad de adaptación a las 6

Stebbins, G. L. y Ayala, F. J., “The Evolution of Darwinism”, Scientific American, 253 (1) 2, 1985, p. 64.

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Describes los principios de la evolución biológica...

nuevas condiciones del ambiente. La supremacía de la heterocigo­ sis (Aa) en la manifestación de los diferentes rasgos de la población explica la permanencia de los alelos no favorecidos por la selección natural, por ejemplo, la heterocigosis del gen mutante de la anemia falciforme.

el valor de las literales, obtenemos las frecuencias genotípicas de esa población: (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1 (A + a)2 = AA + 2Aa + aa = 1 AA = (0.40)2 = 0.16 2(Aa) = 2 (0.40) (0.60) = 0.48 aa = (0.60)2 = 0.36 Total: 1.00

La ley de Hardy y Weinberg En los primeros años del siglo xx, recién descubiertos los trabajos sobre genética de Mendel, se pensaba que al cruzar aleatoriamente a los individuos de una población que diferían en un carácter las proporciones fenotípicas 3:1, obtenidas según las reglas mendelia­ nas en la generación F2, se conservaban a través de las generacio­ nes sucesivas, es decir, que la frecuencia de los genotipos 1 AA (homocigoto dominante), 2 Aa (heterocigotos) y 1 aa (homocigo­ to recesivo) permanecía en las mismas proporciones en las siguien­ tes generaciones. Godfrey H. Hardy (1877­1947), matemático inglés, sostenía que para que esta regla se cumpliera, ese cruce mo­ nohíbrido tendría que derivar de progenitores con una frecuencia de 50% de alelo dominante y 50% recesivo, para que así los indi­ viduos de la generación F1 fuera heterocigotos (Aa) respecto a ese rasgo. En 1908, Godfrey H. Hardy y el médico alemán, Wilhelm Wein­ berg (1862­1937), descubrieron por separado el principio de la fre­ cuencia de los genes de una población. Este principio sostiene que en una población grande con apareamiento aleatorio, los alelos tien­ den a equilibrarse y a permanecer más o menos en la misma fre­ cuencia, cuando no se presenta la selección natural ni otros mecanismos como mutación o migración que hagan cambiar la frecuencia génica de la población. Así, se propuso que la segregación del par de alelos (Aa) en el cruzamiento monohíbrido quedaba representada de la manera siguiente: (A + a)2 = 1AA + 2Aa + 1aa = 1, y de forma más general: (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1, con lo que se expresa el estado de equi­ librio de las frecuencias genotípicas: (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1 Donde: P2 q2 homocigotos 2

(A + a) = AA + 2(Aa) + aa = 1 Donde: 2pq heterocigoto Supongamos que 36% de los individuos de una población presenta un carácter recesivo respecto a un rasgo (aa), y de 64% restante de­ seamos calcular cuántos son homocigotos dominantes (AA) y cuántos heterocigotos (Aa). Dado que los homocigotos recesivos (aa) son 36%, para calcular la frecuencia de ese gen y saber el valor de a se extrae la raíz cua­ drada de esa cantidad, pero en decimales: 0.36 = 0.60; por tanto, el valor de la frecuencia del gen A se obtiene de la diferencia de la unidad y 0.60, A = 1 – a; es decir, A = 1 – 0.60 = 0.40. Sustituyendo 110

A = 0.40 a = 0.60

Actividad de aprendizaje Realiza la actividad experimental Algunos rasgos genéticos de la población humana donde analices la biodiversidad de tus compañeros de grupo y los beneficios que conlleva. Actividad experimental

Algunos rasgos genéticos de la población humana La ley de Hardy y Weinberg propone que las frecuencias génicas de una población pueden permanecer constantes en sucesivas generaciones, siempre que se trate de una población grande, con apareamiento de sus integrantes al azar, sin selección natural ni otros mecanismos que hagan cambiar la frecuencia génica de la población como mutación o migración. A continuación vas a calcular, aplicando la ecuación de Hardy y Weinberg, las proporciones genotípicas de los siguientes caracteres de tus compañeros de grupo.

Material n

Papel PTC (feniltiocarbamida)

n

Calculadora

n

Cuaderno y lápiz

Procedimiento Investiga si tus compañeros de grupo poseen los siguientes rasgos dominantes. De ser así, pueden ser homocigóticos dominantes (AA) o heterocigóticos (Aa) respecto a cada rasgo. En caso de no poseerlos, significará que son recesivos (aa). Ve anotando el fenotipo (los rasgos observables) de cada uno y con letras los posibles genotipos para cada rasgo. (Debes emplear diferentes letras.) Observa si el dedo pulgar sólo se puede separar del índice para formar un ángulo no mayor de 45°.

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Fenotipo: Posibles genotipos: Que saquen la lengua y la enrollen sobre sí misma en forma de “U”. Fenotipo: Posibles genotipos: Observa si el cabello nace hasta la mitad de la frente en forma de V (lo que se llama pico de viuda). Fenotipo: Posibles genotipos: Observa si los lóbulos de las orejas están separados de la cabeza (que no estén adheridos a ella). Fenotipo: Posibles genotipos: Detecta en cada uno de ellos el sabor amargo del PTC en un trozo de papel impregnado con esta sustancia. Fenotipo: Posibles genotipos: De cada carácter o rasgo obtén el porcentaje que presenta el carácter recesivo (aa) y del restante calcula, aplicando la ecuación de Hardy y Weinberg, cuántos son homocigotos dominantes (AA) y cuántos heterocigotos (Aa). Elabora un informe y comenta los resultados obtenidos con tus compañeros.

ciendo que sobrevivan, se reproduzcan y hereden estas variaciones a sus descendientes. Los individuos con variaciones menos ade­ cuadas, tienen pocas posibilidades de sobrevivir y consecuen­ temente de heredar sus características a la descendencia. Por lo que el factor mediante el cual las poblaciones son modificadas como respuesta a los cambios ambientales es la selección natural; sin em­ bargo, se sabe que no tiene una finalidad específica, como la selec­ ción artificial; resulta de la interacción entre los organismos y su ambiente, Darwin la describía como una consecuencia de la lucha por la existencia. Son características adaptativas que las plantas desarrollan en un ambiente árido para sobrevivir y reproducirse: poseer raíces pro­ fundas y ramificadas, la transformación de sus hojas en espinas y la formación de una gruesa cutícula que cubre su tallo, las cuales favo­ recen la absorción del agua y la reducción de la pérdida de este lí­ quido por transpiración. En los animales, su mejor adaptación puede relacionarse con la fuerza del individuo que propicie su triunfo en el combate o su ra­ pidez para ponerse a salvo, también el desarrollo de una coloración que se asemeje a la de su entorno, lo que le ayuda a ocultarse de sus depredadores o su elevada percepción olfativa que le facilite detec­ tar a gran distancia la presencia de la presa. En la década de 1940 en que se empezó a utilizar la penicilina como el primer antibiótico para combatir las enfermedades bacterianas, era bastante eficaz en cantidades reducidas. Su uso excesivo y mu­ chas veces para infecciones leves, hizo que perdiera el grado de efi­ cacia que tenía en un principio, debido a que las pocas bacterias que sobrevivían de cada dosis, al reproducirse iban formando ce­ pas de bacterias resistentes a los antibióticos, haciendo cada vez menos eficientes el empleo de este tipo de fármacos en tratamien­ tos de enfermedades bacterianas. Algo semejante ha sucedido con los protozoarios como el Plasmo­ dium, causante del paludismo que ha desarrollado resistencia ha­ cia los medicamentos que se emplean para combatirlos. Al igual que con los insectos que también han creado resistencia a los insec­ ticidas.

4.4 Causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial

Selección artificial es el mecanismo por el cual los humanos mo­ difican la frecuencia genética de las poblaciones de animales domés­ ticos o plantas cultivadas para favorecer algunas de las formas alternativas de sus genes y obtener ciertas variaciones en las gene­ raciones siguientes. La selección artificial, entonces, es una evo­ lución dirigida, cuya finalidad la propone la persona que va a crear o experimentar, es quien elige de las poblaciones domésticas de animales o de plantas cultivadas a los individuos del grupo repro­ ductor.

La selección natural es el proceso que regula la composición de las poblaciones, al favorecer a los organismos con variaciones que propicien su mejor adaptación a un determinado ambiente, ha­

El proceso se lleva a cabo, con los animales, por medio de cruzas controladas de ejemplares seleccionados; con los vegetales, median­ te el cultivo de semillas o plantas portadoras de las características

Fuente: Green-Bobrowsky, Laboratorio de Biología, Investigaciones. Rasgos genéticos en el hombre, pp. 207-212. Publicaciones Cultural, 1974.

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Describes los principios de la evolución biológica...

La bioética y la selección artificial Como ya se ha referido, en la selección artificial es el ser humano (el criador de animales o el agricultor) el que escoge las variaciones que pretende incrementar en las poblaciones de plantas o animales en las siguientes generaciones; con este proceso altera la frecuencia genética de las poblaciones, con la finalidad de obtener las varieda­ des que sean útiles o simplemente con fines estéticos. Dado que la naturaleza ha seleccionado las características que cada especie de organismo ha heredado y que le permiten sobrevivir y reproducirse en su ambiente, el seleccionador debe encauzar los cambios, no solamente guiado por sus conocimientos y el interés que se tenga por los rasgos que logre obtener del proceso, sino tam­ bién tomar en cuenta los principios de valoración moral del acto y las consecuencias que puedan derivar de esas modificaciones. Por ejemplo, por medio de la inseminación artificial se han producido variaciones del ganado bovino con características adaptativas a condiciones ambientales distintas o que las variaciones selecciona­ das causen trastornos colaterales a las nuevas generaciones. Figura 4.19

El Bull terrier se obtuvo de la cruza del Bulldogs y el Terrier.

que se desea incrementar y de esta manera se modifican las caracte­ rísticas de los organismos domesticados y se incrementa en la po­ blación la cantidad de poseedores de los rasgos deseables. Este procedimiento es muy antiguo, Darwin recibió de él una im­ portante idea para interpretar el proceso de la evolución biológica por selección natural. La selección artificial es muy utilizada en las actividades agrope­ cuarias, como la agricultura, la ganadería, la producción de aves de corral y en otras. En muchas ocasiones las generaciones con los ca­ racteres modificados llegan a presentar enormes diferencias con los individuos de la misma especie, adquieren rasgos distintos a los que tienen las especies de las que derivaron. Muchas plantas que hoy conocemos fueron reproducidas por se­ lección artificial; por ejemplo, se sabe que la coliflor, la col, las coles de Bruselas y el colinabo se derivaron de la mostaza silvestre; y en cuanto a los animales también se han creado nuevas razas, particu­ larmente en la ganadería, en la crianza de perros y en la producción de aves de corral. Actividad de aprendizaje Investiga en tu comunidad cuáles son las adaptaciones desarrolladas por las plantas y los animales que le han permitido sobrevivir y reproducirse con eficiencia en su medio ambiente.

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Por eso, al escoger las variaciones que reportan alguna utilidad al ser humano, se debe procurar que éstas no sean tan pronunciadas que obstaculicen las funciones normales del organismo, ya que se trata de características que la naturaleza diseñó en un largo proceso evo­ lutivo, que permiten a los organismos adecuarse con eficiencia en su medio y que los humanos pretenden cambiar en pocas genera­ ciones, muchas veces sin considerar las implicaciones que acarren para las nuevas generaciones de organismos que se quiere crear. Actividad de aprendizaje Explica las ventajas y desventajas de la selección artificial y cita ejemplos sucedidos en tu comunidad. Se evalúa en la página 127.

Origen de las especies Se han explicado que la interacción del genotipo y el ambiente da lugar al fenotipo mediante mecanismos de selección natural y otros factores de cambio en las poblaciones. Debido a las características heterogéneas que tienen las localidades del ambiente, esas interac­ ciones también se diferencian. Las formas alternativas de los genes (alelos), que forman la frecuencia génica (que es la incidencia en que los genes se manifiestan) de una población adaptada a un espa­ cio y tiempo determinados, pueden ser diferentes en otra localidad en cierto lapso si las condiciones climáticas y edafológicas (del sue­ lo) de esa localidad son diferentes, ya que la heterogeneidad de ese nuevo ambiente físico actúa sobre la población como una fuerza selectiva diferencial del genotipo de sus integrantes, encauzando el desarrollo de sus nuevos caracteres fenotípicos a los que dota de una eficiente capacidad de adaptación a ese nuevo ambiente físico.



Esta diferenciación a veces puede conducir a la población hacia la formación de nuevas especies, siguiendo nuevas líneas evolutivas que con mucha frecuencia reciben el nombre de radiación adaptativa. Se denominan especies politípicas aquellas que exhiben mayor diferenciación geográfica, lo que no se puede confundir con el polimorfismo ya que éste es una diversificación dentro de las mismas poblaciones y la politípica es una variabilidad entre pobla­ ciones.

Concepto de especie El concepto biológico de especie se define como un grupo de po­ blaciones cuyos miembros tienen la capacidad de cruzarse entre sí en la naturaleza y tener descendientes fértiles. Sus integrantes se encuentran reproductivamente aislados, sin posibilidad de inter­ cambiar genes con otros de distinta especie, lo que propicia que su acervo génico se encuentre separado de los acervos de otras espe­ cies. Cuando los individuos de una especie llegan a cruzarse con los de otra especie, la descendencia híbrida generalmente es estéril, es decir, no fértil. Esta definición de especie es la más usual, aun cuando tiene sus limi­ taciones. Una de ellas es que sólo se refiere a organismos de repro­ ducción sexual, que se cruzan entre sí y no toma en cuenta a los de reproducción asexual, como las procarióticas y muchos protistas unicelulares, cuyos miembros de sus especies no se cruzan entre ellos en la reproducción. La más conocida transferencia de genes que pudiera compararse con una forma rudimentaria de sexuali­ dad es la conjugación, proceso por el cual se transfieren genes de un organismo a otro por medio de un puente que se forma entre ambos. La especie en estos organismos se define por las caracterís­ ticas externas, de comportamiento y bioquímicas que presentan. Cuando los miembros de una población poseedora de un acer­ vo génico con suficientes alelos preadaptados invaden nuevas lo­ calidades, la fuerza selectiva diferencial de ese nuevo ambiente favorece la formación de grupos locales con cierto grado de dife­ renciación, pero conservan la capacidad de entrecruzarse. A estas subpoblaciones se les identifica como razas o subespecies. Cuan­ do éstas llegan a presentar una marcada divergencia con otras sub­ especies al grado de limitar el intercambio de genes (entrecruzarse) y se aislan reproductivamente un grupo de otro, se dice que alcan­ zan la categoría de especie. Los mecanismos de aislamiento repro­ ductivo son los que impiden ese intercambio de genes.

Especiación alopátrica y simpátrica Especiación alopátrica Alopátrica (del gr. Alo, de diferente y patri, patria). Es uno de los mecanismos de aislamiento reproductivo más frecuentes que se origina por aislamiento geográfico. Éste puede ocurrir por la for­

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mación de una cordillera, el cambio del cauce de los ríos o cual­ quier otro obstáculo físico que divida y aísle geográficamente a la población en dos o más subpoblaciones, los cuales no tendrán po­ sibilidades de entrecruzarse. Cada subpoblación puede adaptarse a las nuevas condiciones de su ambiente local, siempre que su acervo génico se lo permita. Por influencias de la selección natural y otros factores de cambio, como la deriva génica, las subpoblaciones se irán diferenciando de manera gradual formando razas o subespe­ cies, pero aún con posibilidades de reproducirse entre sí. La diferenciación genética a través de mucho tiempo puede condu­ cir al aislamiento reproductivo. Es decir, que i­ mpida la reproducción de los miembros de un grupo con los de otros. Lo que demuestra la evolución de cada ­grupo de manera independiente, formando una nueva especie. La especiación de esta forma por diferenciación de poblaciones separadas geográficamente se llama especiación alo­ pátrica. En ella se reconocen tres etapas: la primera es la división de la población por alguna barrera geográfica; la segunda es la diferen­ ciación y por influencias de la selección natural la formación de ra­ zas o subespecies, y la tercera es la formación de nuevas especies.

Ejemplo de especiación alopátrica Un ejemplo lo tenemos con la especiación de los pinzones en las islas Galápagos. La barrera que aisló reproducti­vamente a los an­ cestros de estas aves que colonizaron el archipiélago fue el mar. La lejanía de las islas de tierras continentales y la ausencia de competi­ dores o depredadores hicieron que las primeras poblaciones de pinzones que llegaron a las Galápagos encontraran las condiciones que favorecieron su adaptación y rápida diversificación en 13 espe­ cies diferentes a través del proceso de radiación adaptativa. Las características excepcionales adquiridas por la fauna de Austra­ lia, a través de millones de años de evolución, son otro ejemplo de la especiación alopátrica. Según la teoría de la deriva de los conti­ nentes, propuesta por Alfred Wegener (1880-1930) en 1912, hace aproximadamente 200 millones de años, en el periodo triásico de la era mesozoica, los continentes se encontraban unidos en uno solo llamado pangea. En los siguientes millones de años de la era mesozoica, esta enorme masa continental se fragmentó en distin­ tas porciones que al separarse formaron los actuales continentes. Durante el periodo cretácico de esa misma era, hace más o menos 100 millones de años cuando, según esta hipótesis, Australia, Áfri­ ca, América del Sur y la Antártida estaban unidas, los primeros ma­ míferos se extendieron en las superficies que más tarde habrían de corresponder a estos continentes. Se cree que de esta forma llega­ ron los primeros marsupiales a Australia, y al quedar aislados geo­ gráficamente por el desplazamiento de las masas continentales invadieron las diversas localidades disponibles de ese medio, origi­ nándose tras un largo proceso evolutivo los marsupiales que hoy son únicos de esa región. 113

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  Describes los principios de la evolución biológica... Población ancestral Población ancestral

Una especie Una especie

Una especie Una especie El río es la causa Eldel ríoaislamiento es la causa delgeográfico aislamiento geográfico

Una especie, dosUna subespecies especie, dos subespecies Subespecies Subespecies

Dos especies Dos especies

Especies Especies

Las adaptaciones se llevan a cabo Las adaptaciones durante se llevangrandes a cabo periodos durante grandes periodos

Subespecies Subespecies

Una especie no puede fecundarse Una especie no confecundarse la otra puede con la otra

Entre los posibles factores ambientales que favorecieron el desa­ rrollo evolutivo de los marsupiales en Australia destaca una escasa competencia con los mamíferos placentarios, contrariamente a lo que ocurrió en otros lugares donde el desarrollo evolutivo de éstos fue más exitoso.

Figura 4.20

Especies Especies

Son barreras de aislamiento precigótico. n

Aislamiento ecológico o de hábitat. Se presenta cuando las especies ocupan distintos hábitats en la misma región, por ejemplo, el roble Quercus mohriana es propio de suelos cal­ cáreos o calizos, mientras que Quercus havardi se restringe a los suelos arenosos, pero en áreas de superposición de los dos ti­ pos de suelo; con frecuencia se originan híbridos.

n

Aislamiento estacional o temporal. Sucede entre especies con diferentes tiempos de apareamiento cuando se trata de animales, o de floración si son plantas. Como ejemplo nos re­ feriremos a dos especies de sapos cuyo aislamiento no sólo es temporal sino también de hábitat: mientras que el Bufo ameri­ canus, que vive en zonas boscosas, se reproduce en primavera, el Bufo fowleri que habita en pastizales lo hace un poco des­ pués. Cuando ambas especies coinciden en áreas donde el hombre ha transformado el bosque en terreno de cultivo, se han entrecruzado, dando origen a híbridos.

n

Aislamiento etológico o sexual. Lo forman los modelos de conducta (etología es el estudio del comportamiento animal)

Especiación simpátrica Simpátrica (proviene del griego: sym, juntos y patri, patria). Es la especiación donde el mecanismo de aislamiento reproductivo lo forman las barreras biológicas que impiden el intercambio de ge­ nes con poblaciones de distinta especie, aunque estén emparenta­ das y cohabiten en el mismo ambiente. Este tipo de especiación es más frecuente en plantas donde ha sido de mucha importancia. Los mecanismos de aislamiento reproductivo se clasifican en precopulatorios o precigóticos y poscopulatorios o poscigóticos. En tanto que los primeros impiden la formación de híbridos entre po­ blaciones diferentes, los segundos limitan la viabilidad o fertilidad de los posibles híbridos. Ambos tienen la misma función: limitar el intercambio génico en poblaciones de diferente especie. 114

Principales etapas de la especiación alopátrica.

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propios de cada especie animal antes de la cópula y que se per­ ciben a través de los sentidos, por ejemplo, el trino de algunas aves o el vistoso plumaje de otras, el canto de los grillos y las cigarras, entre otros, desempeñan una función muy importan­ te durante el cortejo. Los saltamontes Chorthippus brunneus y Chorthippus biguttulus son casi idénticos, pero de especies di­ ferentes. Las hembras sólo responden al llamado de aparea­ miento de los machos de su especie, lo que evita que se crucen con machos de otra especie. Con la grabación del llamado del macho de una especie se ha podido engañar a su hembra para aparearse con un macho de distinta especie, lo que ha origina­ do híbridos. n

Aislamiento mecánico. Se presenta cuando la diferencia de forma o tamaño de los genitales o de las estructuras florales de cada especie o raza impiden la cópula en los animales y la polinización en los vegetales, por ejemplo, es muy frecuente observar que un perro de una raza sea atraído por una perra de raza distinta, pero que ante la diferencia de tamaño se les difi­ culte realizar la cópula. Las flores, según su estructura, aroma y color, propician diversos medios específicos de polinización, es decir, el transporte del polen de la antera donde se produce al estigma, que es la estructura del gineceo que recibe el polen para que éste pueda fecundar al óvulo. Un importante medio de polinización de las flores es a través de la acción de los in­ sectos. Algunas flores que tienen sus órganos reproductores en la parte externa facilitan la polinización por diversas espe­ cies de insectos, incluso por otros animales, por eso algunas veces se les llama promiscuas; en cambio, existen otras con una forma, un aroma o un color tan particular que sólo pue­ den atraer determinadas especies de animales; por ejemplo, las plantas que tienen flores rojas brillantes y de forma tubular,

como algunas especies del género Penstemon. Su polinización la realizan principalmente pequeñas abejas o los colibríes. Otro mecanismo de aislamiento por polinización es el que se presenta en ciertas especies de orquídeas, que pueden atraer a los machos de algunas especies de avispas y abejas, ya que una estructura de la flor adquiere la forma de la hembra del insec­ to, lo que propicia que el macho llegue a la flor y transfiere su polen mediante una acción semejante a la cópula con la su­ puesta hembra configurada por la flor. n

Aislamiento gamético. Se origina por la falta de atracción en­ tre los gametos femeninos y masculinos de organismos de distinta especie. Muchas especies de animales del medio ma­ rino son de fecundación externa, o sea que tanto el óvulo como el espermatozoide son depositados en el agua, donde son atraídos durante la fertilización. En animales de fecunda­ ción interna, el espermatozoide de un macho de una especie dentro del aparato reproductor de una hembra de distinta es­ pecie generalmente resulta desfavorable, y se observan a veces las llamadas reacciones de inseminación. Asimismo, los gra­ nos de polen no siempre son funcionales en el estigma de una flor de diferente especie.

Son barreras de aislamiento poscigótico. n

Inviabilidad de los híbridos. Los cigotos híbridos no se de­ sarrollan o el organismo híbrido no alcanza la edad reproduc­ tiva.

n

Esterilidad de los híbridos. Los gametos producidos por los híbridos no son funcionales.

n

Degradación de los híbridos. En los descendientes de los híbridos se presenta una viabilidad o fertilidad reducida.

a)

b)

a) Figura 4.21

Barrera de aislamiento precigótico. a) Las flores de lavanda de M. Iewisii son polinizadas por abejorros, que con su probóscide llegan al estigma y a las anteras localizadas en el tubo de la corola. b) Los híbridos presentan el estigma fuera del tubo y los estambres dentro, lo que dificulta su polinización natural.

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4

Describes los principios de la evolución biológica...

Figura 4.22

La mula es un ejemplo de esterilidad cromosómica. Es un híbrido que se obtiene de la cruza de asno y yegua.

Especie A 2n = 4

Especie B 2n = 6

Gametos

n=2

n=3

Híbrido estéril No hay homología entre los cromosomas y por tanto no se aparean en la meiosis Figura 4.23

Barrera de aislamiento poscigótico.

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En la acción de estos tres tipos de barreras de aislamiento repro­ ductor poscigótico queda manifestada de manera general la desarmonía en la interacción genética, que consiste en la incapacidad de funcionamiento armónico de los genes de las dos especies dife­ rentes que los híbridos heredan. La unión de los gametos de distinta especie no garantiza el desarrollo normal del cigoto híbrido que podría formarse, ya que la vida de éste puede interrumpirse en cualquiera de sus etapas. Desde su segmentación, que es la serie de divisiones celulares del cigoto por mitosis hasta su formación de embrión, como generalmente sucede con los embriones híbridos obtenidos por la cruza de di­ versas especies de mamíferos, por ejemplo, la cruza de la cabra y la oveja. En híbridos de progenitores de distinta especie (interespecíficos) o de razas de una misma especie se presenta con mucha frecuencia la esterilidad, que no se debe a la debilidad del híbrido, como se cre­ yó en un principio, sino a un funcionamiento anormal de los órga­ nos de reproducción, en especial los testículos, en cuyos tejidos se presentan alteraciones en el proceso de espermatogénesis, por ejemplo, el burdégano (Equus caballus × Equus asinus; Equus hin­ nus) es un híbrido de la cruza de caballo (Equus ferus caballus) y burra (Equus africanus asinus). Las células diploides (2n) del caballo tienen 64 cromosomas, por lo que sus gametos (n) son de 32 cro­ mosomas, en tanto que la burra tiene células diploides de 62 cromosomas y gametos de 31, lo que hace que las células diploides del burdégano sean de 63 cromosomas. Esta situación dificulta el apareamiento y la segregación normal de los cromosomas en la ga­ metogénesis; la misma situación se presenta con las mulas (Equus mulus; producto de la cruza de una yegua con un asno). Por eso, estos híbridos pueden ser físicamente vigorosos, pero son total­ mente estériles. Algunos investigadores como Dobzhansky dividen la esterilidad de los híbridos en génica y cromosómica, dependiendo si la desar­ monía se debe a alteraciones a nivel de genes o de cromosomas. George L. Stebbins (1906-2000) propuso (1969) los términos esterilidad de desarrollo en vez de génica y esterilidad segregacional en lugar de cromosómica. Se sabe que muchos casos de esterilidad de los híbridos se deben a una combinación de ambas causas. La esterilidad génica o de desarrollo es más frecuente en los anima­ les. La desarmonía génica de sus células causa la atrofia (desarrollo anormal) de sus gónizadas y los reducidos testículos no producen suficientes espermatozoides. Situación similar ocurre en los vege­ tales híbridos, con la formación de estambres muy pequeños y ca­ rentes de polen. La esterilidad segregacional, aunque se presenta en animales como en el caso de la mula, es más común en vegetales. Se manifiesta como anormalidades en el apareamiento de los cromosomas du­

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rante los meiosis por la falta de homología entre ellos. Es decir, los cromosomas heredados de las dos especies progenitoras son tan diferentes que durante la sinapsis cada uno no encuentra la pareja adecuada para formar los cromosomas bivalentes (tétradas), lo que impide que al final de la meiosis se segreguen en forma regular en los gametos en formación. Esto propicia la formación de gametos portadores de genes no armónicos.

Especiación por poliploidía Se llama poliploidía al aumento del número de juegos completos de cromosomas. Es más frecuente en plantas que en animales y repre­ senta un mecanismo muy importante en la formación de especies vegetales con nuevas características, como flores y frutos de mejor calidad. Hay quienes calculan que entre un cuarto y un tercio de las fanerógamas actuales se formaron por poliploidización. Este pro­ ceso puede ser por autopoliploidía y por alopoliploidía. Autopoliploidía. Se forma cuando los conjuntos de cromosomas que se agregan, cuyo número es múltiplo de la cantidad básica, pro­ ceden de la misma especie. Por tanto, son casi homólogos y tienen posibilidades de aparearse. Sus orígenes pueden ser: a) Por duplicación cromosómica de células somáticas en la flor, lo cual las convierte de diploides (2n) a tetraploides (4n). Sus ga­ metos ya no serán haploides (n) sino diploides (2n) y sus cigo­ tos, en vez de diploides (2n), serán tetraploides (4n). b) Por la unión de gametos diploides (2n) que por una división meiótica aberrante no hayan sufrido la reducción cromosó­ mi­ca, con la consecuente formación de cigotos tetraploides (4n). Cuando se trata de plantas que se autofecundan, la autopoliploidía no ofrece dificultad alguna para la reproducción; en cambio, cuan­ do la fecundación es cruzada se requiere la participación del otro gameto diploide formado por el mismo proceso en la flor de la otra planta. Estos organismos, llamados tetraploides por haber duplica­ do su condición original de diploides, cuando se retrocruzan con algunos de sus progenitores diploides originan híbridos triploides, que generalmente son estériles, ya que los grupos de tres que for­ man sus cromosomas homólogos (en vez de pares normales) pre­ sentan una segregación irregular. Son ejemplos de autopoliploidía: las papas, los cacahuates, el café y la alfalfa. Alopoliploidía es la poliploidización en las plantas híbridas que por la diferenciación de sus juegos cromosómicos son estériles. Como ya se explicó, cuando en el híbrido los cromosomas de las dos especies progenitoras son diferentes no ofrecen la suficiente homología para aparearse en la meiosis y su distribución en los ga­ metos se realiza en forma irregular, causando la esterilidad. Pero, al  igual que en los autopoliploides, esta incompatibilidad puede 117

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4

Describes los principios de la evolución biológica...

Especie A 2n = 4

Especie B 2n = 6

Especie A 2n = 4

2n = 4

Gametos diploides

Gametos diploides funcionales

Gametos 2n = 4 n=2

Híbrido tetraploide 4n = 8

n=3

Híbrido estéril

Se duplica el número de cromosomas en sus células somáticas Figura 4.24

a) Autopoliploidía

b) Alopoliploidía

Especiación por poliploidía: a) autopoliploidía y b) alopoliploidía.

solucionarse con la duplicación cromosómica en las células so­ máticas, o a través de la formación de gametos diploides que al fusionarse durante la fecundación originarán organismos alopoliploides. La combinación de caracteres de las dos especies parentales y otros distintos proporcionados por su condición intermedia dan impor­ tancia evolutiva a los alopoliploides, que en su aislamiento repro­ ductivo llegan a formar especies nuevas en sólo dos generaciones. Son ejemplos de alopoliploides: el tabaco: Nicotiana digluta (por cruza de N. tabacum y N. glutinosa), el algodón: Gossypium hirsutum (cruza de G. arboreum y G. thurberi) y la radocol Raphanobrassica sp (cruza del rábano: Raphanus sativus y la col: Brassica oleracea). Qui­ zá el ejemplo más divulgado de alopoliploidía sea la cruza del rába­ no (Raphanus sativus) con la col (Brassica oleracea). Cada especie posee 18 cromosomas en sus células diploides y en la meiosis for­ man normalmente nueve pares, pero los 18 cromosomas que el híbrido hereda (nueve del rábano y nueve de la col) son tan dife­ rentes que no se aparean; la mayoría de los 18 permanece como univalentes y unos cuantos como bivalentes, por lo que la segrega­ ción de los cromosomas en los gametos es al azar e irregular, lo que origina plantas híbridas estériles, pero la unión de gametos no re­ ducidos (diploides) con los 18 cromosomas cada uno origina un 118

organismo tetraploide (4n) con 36 cromosomas (18 pares de cro­ mosomas homólogos), lo que hace que su proceso meiótico sea normal y, por tanto, este híbrido conocido como radocol pertene­ ciente al género Raphanobrassica, es fértil, pero no puede cruzarse con alguna de las especies parentales ya que sus cromosomas han perdido la homología con los de esas especies. Cuando en el alopo­ liploide el comportamiento de la división celular por meiosis es tan normal como el de un diploide, a estos poliploides se les llama anfiploides o anfidiploides. Cuando los híbridos son fértiles forman nuevas combinaciones génicas con un distinto valor adaptativo que puede ser superior o inferior al de las dos líneas parentales, según el funcionamiento ar­ mónico de los genes en sus células y en las de sus descendientes. Actividad de aprendizaje

Parte I Elabora un dibujo o maqueta que ejemplifique el proceso de especiación alopátrica. Redacta una síntesis de este proceso, señalando las fuentes de la variabilidad, los factores de cambio en las poblaciones y las principales etapas de este tipo de especiación.

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Parte II

3. El aislamiento mecánico es por:

Completa en forma breve las siguientes expresiones. 1. Tipo de especiación donde son barreras biológicas las que aíslan reproductivamente a distintas especies, aunque éstas compartan el mismo espacio: 2. Aislamiento precigótico que ocurre cuando las especies ocupan distintos medios en la misma zona:

4. La esterilidad cromosómica de los híbridos se debe a:

5. Tipo de poliploidía que se genera cuando los juegos completos de cromosomas que se agregan proceden de la misma especie:

Completa el siguiente mapa conceptual. Evaluación TEORÍA SINTÉTICA

Son fuentes originales de las variaciones:

Ejemplo de selección direccional:

Importancia de las recombinaciones genéticas:

Ejemplo de la variación por deriva génica:

Importancia de las migraciones en los cambios genéticos:

Tipo de especiación que operó con los pinzones de las Galápagos:

Tipos de especiación que ocurre en la misma región que ocupan las especies progenitoras:

Causas que generan la especiación por poliploidía:

Para tu reflexión

Macroevolución

riores a la especie, a diferencia de los procesos evolutivos causados por modificaciones de las frecuencias génicas a nivel de población denominados microevolución.

La macroevolución orienta sus estudios a los grandes cambios evolutivos ocurridos a lo largo de las etapas geológicas en categorías supe-

Modelos: gradual y del equilibrio intermitente o puntuado. El modelo del equilibrio intermitente o puntuado no acepta que los grandes cambios

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  Describes los principios de la evolución biológica...

El controvertido tema de la evolución evolutivos de la macroevolución hayan ocurrido conforme al modelo gradualista, que concuerda con la propuesta de Charles Darwin sobre el origen de las especies y adoptado por el neodarwinismo o teoría sintética, en el sentido de que los cambios evolutivos se deben a la acumulación lenta y uniforme de pequeñas variaciones en el transcurso del tiempo que conducen a la formación de nuevas especies. Según la teoría del equilibrio intermitente, en la evolución se han presentado largos periodos sin cambio o de “status” para después tener breves fases muy activas de cambio, dando origen a nuevas especies. Un apoyo a este modelo es la falta de fósiles transicionales en la evolución de algunas especies en otras. Evolución convergente. En el nivel macroevolutivo, la selección natural puede generar especies lejanamente relacionadas que en un mismo ambiente comparten características muy similares. Un ejemplo está en el tiburón que es un pez, el pingüino un ave y el delfín un mamífero, que presentan similitudes en su morfología externa, ya que por evolución convergente se han adaptado a la vida acuática. Las estructuras que les dan la apariencia similar se llaman homoplásicas o análogas, y pueden tener la misma función pero difieren en su patrón estructural y origen embrionario. Evolución divergente. Ésta ocurre cuando las poblaciones se separan físicamente, sin la posibilidad de cruzarse entre sí, adaptándose a medios diferentes. Los grupos separados divergen de esa forma, hacia cursos evolutivos distintos. Entre sus miembros se incrementan marcadas diferencias morfológicas a través de nuevas recombinaciones alélicas en su frecuencia génica, haciendo diferente a cada grupo. Los vertebrados terrestres son un ejemplo de este tipo de evolución. Se cree que las aves y los mamíferos evolucionaron de los reptiles ancestrales, razón por la cual resulta notorio el grado de similitud de sus estructuras internas respecto al grupo del que divergieron. Estas estructuras se denominan homólogas, porque aunque sean de especies diferentes comparten semejanzas significativas que sugieren un de­sarrollo controlado por una información genética similar que heredaron de un ancestro común. Radiación adaptativa. Por el registro fósil se sabe que en este tipo de evolución se presentó una diversificación rápida que dio origen a muchas especies a partir de un ancestro común. Por ejemplo, se cree los pinzones de Darwin, que proceden de ancestros provenientes de tierra continental. Por presión selectiva y por efecto fundador de la deriva génica, los grupos se fueron diferenciando y adaptándose a las con­ diciones de su nuevo ambiente. Cuando la diferenciación genotípica llegó al límite de aislar reproductivamente a cada grupo, éste se convier­ te en una nueva especie. El fenotipo evidente desarrollado por cada es­ pecie es la forma particular del pico, que va de acuerdo con su tipo de alimento. Otro ejemplo lo constituye la rápida diversificación de los ma­ míferos en varias especies, cuando se extinguieron los dinosaurios. Extinción. Se sabe que la mayoría de las especies que habitaron la Tierra se han extinguido. Estudios realizados al respecto revelan que existe un tipo de extinción constante y lenta, llamada extinción de fondo. En cambio, hay otro en el que se presentan periodos de desaparición significativa de especies denominada extinción masiva. La más estudiada de éstas es la que involucra la desaparición de los dinosaurios hace 65 millones de años, lo que propició la diversificación de los mamíferos que sobrevivieron explotando los espacios disponibles.

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El tema de la evolución siempre ha despertado polémica; incluso entre los propios biólogos hay posiciones ideológicas. El hecho de que sean procesos que se desarrollaron durante miles y millones de daños, la vida del ser humano no es suficiente para palpar los cambios, y a veces las evidencias, aun teniendo bases científicas, no logran convencer. Por otra parte, entre los investigadores evolucionistas existen diver­ sas tendencias respecto a los procesos que han dado origen a los cambios genéticos en las poblaciones. Por ejemplo, hay defensores del modelo gradualista en contraposición con los del equilibrio intermitente. Hay quienes incluso restan importancia a la acción de la selección natural en la diversificación de las poblaciones, como el astrónomo Fred Hoyle (autor de la teoría del estado estacionario y el más notable oponente de la teoría del Big Bang sobre el origen del universo), quien afirmaba que era poco probable el origen y la evolución de la vida por acción de la selección natural como que un tornado que  azotara un depósito de chatarra ensamblara en Boeing 747. Para Hoyle (1915-2001), el origen de la vida y su evo­ lución no puede atribuirse sólo a la fuerza selectiva; creía en la exis­ tencia de una inteligencia sobrenatural que dirigía la evolución de los seres vivos y de todo el universo. Él aseveraba: el universo es ob­ viamente la elaboración de un diseño. Hay demasiadas cosas que parecen accidentales y no lo son. Sin embargo, lo que es innegable es el proceso evolutivo, ya que son muchas las evidencias que sugieren un origen común de todos los organismos. Cualquiera que sea tu postura respecto a los proce­ sos que dieron origen a la diversidad biológica y de la cual tú for­ mas parte, debes tomar en cuenta que tales procesos se realizaron durante un largo periodo. Además, si esa diversidad es la fuente di­ recta de los recursos que mantienen nuestras vidas, lo menos que podemos hacer es respetarla aplicando los preceptos del desarrollo sustentable; es decir, usar los recursos para que satisfaga nuestras nece­ sidades, pero sin comprometer su capacidad de reproducción para que generaciones futuras puedan satisfacer las propias a través de ellos.



Actividad con TIC Causas de la variabilidad genética http://www.youtube.com/watch?c= eOcJQR8vQI http://www.youtube.com/watch?c=JupjwLygtto http://www.youtube.com/watch?c=XcPo2duUzrE Realiza un ensayo sobre los factores que incrementa la variación en la población. 







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Actividades complementarias Fijismo Carlos Linneo (1707-1778) Georges Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788) Georges Cuvier (1769-1832)

Charles Lyell (1797-1875)

Jean Baptiste Lamarck (1744-1829)

PRINCIPALES IDEAS FIJISTAS Y TRANSFORMISTAS QUE ANTECEDIERON A LAS IDEAS EVOLUCIONISTAS Esta teoría sostiene que el mundo es estático, que los seres vivos son inmutables (no cambian), se le asocia con la tendencia vitalista (la vida se originó por acción de una fuerza espiritual o vital) y también con la teoría creacionista (el mundo y los seres vivos fueron creados por un ser divino). Dividió a los seres vivos en géneros y especies, y promovió el uso del sistema binomial (de dos nombres, el primero es el género y el segundo la especie). Aseguraba que las especies eran constantes e invariables y que existen precisamente tantas especies iguales a las creadas en el comienzo. Partidario del origen por generación espontánea de algunos animales como las tenias, ascárides y varios insectos. En un principio, apoyó la teoría fijista, después se convenció del carácter cambiante de las especies. Decía que la Tierra y el clima presentaron profundos cambios a través del tiempo y que la flora y la fauna se originaron gradualmente. Sugirió que la cebra, el caballo y el asno pudieron haber derivado del mismo tronco. También, señaló que muchos fósiles son restos de especies perdidas y le atribuía a la Tierra una edad mayor que la que calculaban los creyentes de su época. Fundador de la Anatomía Comparada, autor del principio de la correlación o conexión, que señala que los órganos que forman al ser vivo no funcionan aisladamente, sino como integrantes de una unidad. Al descubrir la semejanza entre los fósiles de animales y los órganos que éstos tenían en esa época, llegó a la conclusión de que las especies fueron creadas conforme a un plan único concebido por el creador, lo que le motivó elaborar su teoría de las creaciones sucesivas, según la cual el origen de la vida es el resultado de un proceso cíclico de grandes cataclismos (catastrofismos) que provocaron la aniquilación de la vida, después de los cuales se crearon especies con mayor grado de perfección. Esta teoría llegó a interpretarse como una prueba del diluvio universal, pero el descubrimiento de fósiles en diferentes estratos de la corteza terrestre hizo suponer a los geólogos que era imposible atribuírselos a una serie de diluvios universales. Desarrolló junto con James Hutton y John Plyfair la teoría actualismo o iniformismo, que señala que las fuerzas geológicas que actuaron en épocas pasadas eran similares a las actuales, es decir, que los cambios que ha presentado la Tierra tuvieron su origen en la acción de diversos agentes como el agua, el viento, los volcanes, etc., semejantes a los que influyen actualmente sobre los estratos geológicos. Por tanto, los cambios de la Tierra son consecuencia de su proceso evolutivo, mas no de grandes cataclismos. Sin embargo, su posición fijista quedó manifestado cuando dijo: “los conjuntos de seres vivos de otras épocas han sido semejantes a los actuales”. Conocido solamente como Lamarck fue propiamente el fundador del transformismo, rechazó la idea de inmutabilidad de los organismos al afirmar que los seres vivos han sido producidos por la naturaleza en forma gradual y sucesiva. Desde los más simples, según él, formados directamente por generación espontánea, hasta los más complejos, obtenidos durante largos periodos. Él concebía la evolución de los animales en forma lineal, por medio de series. Contrariamente a como hoy se interpreta, a través de líneas evolutivas derivadas de una ramificación. Lamarck creía que en los seres vivos había un impulso interno hacia la perfección, el cual los hacía capaces de adaptarse a las circunstancias (condiciones del medio). Que sus cambios evolutivos para dar origen en forma gradual a las especies de mayor grado de complejidad estaban determinados por los factores ambientales. Asimismo, pensaba que las necesidades, hábitos y acciones de los animales más complejos eran los que determinaban la forma de sus cuerpos y sus órganos (lo que se interpreta como la función crea al órgano). Afirmaba que los órganos que más se emplean se desarrollan más y los que no se usan se atrofian y desaparecen. Así, el rasgo de órganos desarrollados por su uso o desaparecidos por no usarse se transmite a través de la reproducción a los descendientes. A este principio se le conoce como herencia de los caracteres adquiridos. Por ejemplo, como falta de uso de órganos durante varias generaciones mencionaba las siguientes: 1. El topo tiene ojos pequeños o rudimentarios por vivir en lugares oscuros. 2. Muchos insectos no tienen alas o éstas son muy rudimentarias porque han perdido el hábito de volar. En cambio, hizo referencia a los siguientes cambios por el uso “excesivo” de un órgano: 3. Algunas aves acostumbradas a nadar, como el pato, han desarrollado las membranas interdigitales que les facilitan realizar esta función. 4. En cambio, las que tienen el hábito de hundir sus patas dentro del agua o del lodo para capturar a sus presas tienen las patas y el cuello largos. 5. Las jirafas tienen que estirar el cuello para alcanzar el follaje de los árboles. Al cabo de numerosas generaciones, este esfuerzo provocó que al animal se le alargaran el cuello y las patas delanteras. A la luz de posteriores investigaciones, especialmente en el campo de la genética, muchos de sus conceptos, como la herencia de los caracteres adquiridos, fueron severamente cuestionados y rechazados, aunque se le reconoce haber propuesto la primera teoría evolutiva, fundada en la adaptación de los organismos al medio. Para demostrar que la transmisión de los caracteres adquiridos durante la vida eran una ficción, en 1880, August Weismann cortó la cola de los descendientes de una familia de ratones durante 22 generaciones y comprobó que todas las crías nacían con cola. La teoría evolucionista de Lamarck se fundamenta en los siguientes principios. 1. Los organismos más simples se forman por generación espontánea, es decir, a partir de material inanimado. 2. Los seres vivos poseen una tendencia interna a adaptarse a los cambios que presenta el medio. 3. Los seres vivos crean necesidades que propician en ellos la aparición de nuevos órganos en su proceso de adaptación al ambiente. 4. El uso o desuso de los órganos motiva su desarrollo, reducción o desaparición; es decir, la función crea al órgano y los caracteres que los organismos adquieren son heredados a las siguientes generaciones. A Lamarck se le identifica más por el principio erróneo de su teoría en el que afirma que los caracteres que se adquieren se heredan. Se sabe que esta creencia, que él introdujo en su obra, ya estaba muy arraigada en la cultura de su época. El concepto del uso y desuso de los órganos ha sido rebatido, pues actualmente se sabe que los caracteres físicos (fenotipo) son producto del material genético de los progenitores (genotipo) y la influencia de los factores del ambiente. Aunque esta teoría no tiene un fundamento científico válido por carecer de pruebas, se reconoce la aportación de Lamarck a la evolución por lo siguiente: 1. Fue el primero en presentar una teoría más detallada sobre el transformismo o mutabilidad de los seres vivos. 2. Supuso que la base del proceso evolutivo de los seres vivos es su adaptación al ambiente.

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Describes los principios de la evolución biológica...

Contesta el siguiente crucigrama.

5 1 1 3 2

2

4

3 4

5

Horizontales: 1. Especiación que se origina por aislamiento geográfico. 2. Nombre del archipiélago donde Darwin obtuvo más pruebas de la evolución. 3. Estructuras que, aunque sean de especies diferentes, compar­ ten información genética que controla su desarrollo y fueron heredadas de un ancestro común. 4. Nueva interpretación de la evolución que incorpora a la teoría de Darwin bases genéticas como fuentes de los cambios evo­ lutivos. 5. Pequeñas aves cuyas diferencias fue objeto de estudio de Darwin en el archipiélago.

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Verticales: 1. Cambios que se presentan en el ADN de los genes y son here­ dables. 2. Autor de las leyes del uso y desuso de los órganos y de la he­ rencia de los caracteres adquiridos. 3. Son restos de organismos que existieron en etapas geológicas pasadas. 4. Conjunto de poblaciones cuyos individuos poseen la capaci­ dad de cruzarse entre sí y tener descendientes fértiles. 5. Es la capacidad que tienen los organismos, por los cambios heredados, para sobrevivir y reproducirse en su ambiente.





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Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­ vas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para heteroevaluación. Parte I Analiza las siguientes preguntas y completa en forma breve las expresiones correspondientes. 1. Evidencia de la evolución que al estudiar especies confinadas sólo en ciertas regiones, sugiere que evolucionaron en esa localidad a partir de ancestros que llegaron a ella: 2. Es la diferencia entre el fijismo y el transformismo: 3. Naturalista que atribuía el alargamiento del cuello de las jirafas a un carácter adquirido por persistentes esfuerzos de adaptación: 4. Posible causa por la que las conchas marinas halladas por Darwin se localizaban en los Andes, a 3 000 metros de altura. Parte II Escribe en cada cuadro la letra de la opción que te dé la respuesta correcta. 1. Son los cambios genéticos en las poblaciones a través de generaciones, que han propiciado la diversidad de especies sobre la Tierra.   a) Adaptación b) Evolución c)  Diferenciación fisiológica d)  Diferenciación morfológica 2. Teoría que sostiene que todas las especies fueron creadas en forma separada y que jamás han cambiado.   a) Fijista b) Transformista c) Evolucionista d) Catastrofista 3. Método para determinar la edad de los fósiles basado en la desintegración radiactiva.   a) Fósiles índice b) Posición relativa c) Datación radiométrica d) Comparación 4.  Interpretación que Darwin dio a los fósiles hallados en Sudamérica. a)  Que los organismos han tenido un cambio gradual. b)  Que los organismos han permanecido estáticos. c)  Las especies han sido creadas en forma independiente. d)  Las especies fueron creadas conforme a un plan único. 5. Su obra donde propone que la población humana crece más aceleradamente que la producción de alimentos también influyó en Darwin.   a) Linne b) Wallace c) Malthus d) Lyell 6. Son las ventajas que tienen los organismos mejor adaptados al medio, según la teoría de Darwin y Wallace.   a)  La posibilidad de colonizar otras áreas. b)  De subsistir y reproducirse. c)  De mantener inestable su crecimiento. d)  Transmitir los caracteres que adquieren.

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  Describes los principios de la evolución biológica...

7. Nueva teoría evolutiva que incorpora las bases genéticas a la teoría de Darwin como fuente de variación en la población.   a) Selección natural b) Selección artificial c) Sintética d) Neutralismo 8. Son alteraciones que se presentan en el material genético y son heredables.   a) Mutaciones b) Variaciones c) Recombinaciones d) Modificaciones 9. En este tipo de selección se favorecen algunas de las formas alternativas de los genes disponibles, se presenta por ejemplo en la selección artificial.   a) Direccional b) Estabilizadora c) Disruptiva d) Diversificadora 10. Nombre que recibe la especiación por aislamiento geográfico.   a) Alopátrica b) Simpátrica c) Mecánica d) Estacional Parte III Relaciona ambas columnas escribiendo en cada paréntesis el número que corresponda a la respuesta correcta.   1. Estacional

Proceso que beneficia a los organismos con variaciones favorables, haciendo que prolonguen su existencia y dejen más descendientes.

  2. Especiación por poliploidía

Consiste en el intercambio de segmentos entre cromátidas que se entrecruzan en la profase I de la meiosis.

  3. Esterilidad cromosómica

Barrera de aislamiento precigótico que se presenta entre especies con diferentes temporadas de apareamiento.

  4. Selección natural

Es un mecanismo de aislamiento poscigótico.

  5. Recombinaciones génicas

Se presenta cuando hay aumento del número de juegos completos de cromosomas.

  6. Bioquímica comparada

Grupo de poblaciones cuyos miembros poseen la capacidad de reproducirse en la naturaleza y tener descendientes fértiles.

  7. Acervo génico

Transición de la deriva génica que pasan los sobrevivientes de una catástrofe cuando en sus descendientes se manifiestan nuevos rasgos.

  8. Cuello de botella

Son órganos de especies diferentes, con un origen embriológico común, estructura y posición anatómica semejante aunque con función distinta.

  9. Especie

Es la totalidad de alelos de todos los genes en una población.

10. Homólogos

Demuestra que todos los seres vivos se componen de los mismos elementos, realizan las mismas funciones metabólicas y transmiten su herencia a través del adn y arn.

11. Morfología comparada

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Lista de cotejo

Lista de cotejo para autoevaluar el periódico mural con las principales evidencias de la evolución. Evalúa el objeto de aprendizaje 4.1 Actividad de aprendizaje a evaluar: se solicita que el alumno se incorpore a su equipo y diseñe un periódico mural (o cualquier otro organi­ zador gráfico) con las principales evidencias de la evolución y su diferenciación con la teoría fijista, para autoevaluar la consulta de investiga­ ción documental y las aportaciones propias logradas por el alumno en esta actividad, se sugiere el empleo de la presente lista de cotejo. Nombre del alumno: cumple Criterio

Observaciones sí

no

1. Reconoce la importancia de los fósiles como evidencia directa de la evolución biológica.

Contenido

2. Identifica la causa por la que la embriología comparada es considerada como evidencia de la evolución. 3. Señala las razones por las que la anatomía comparada es tomada en cuenta como apoyo a la evolución. 4. Explica cómo contribuye la biogeografía para explicar aspectos evolutivos.

5. Argumenta la manera en que se ha obtenido información sobre la evolución por medio de la hibridación del adn.

6. El trabajo contiene el título de la actividad, nombre de la materia, y datos de identificación del elaborador.

Forma

7. La información desarrollada es la adecuada.

8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos.

9. La información contenida en el material facilita la comprensión del tema.

10. El diseño del material es el apropiado.

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Describes los principios de la evolución biológica...

Coevaluación

Nombre del alumno:

Puntuación:

Evalúa el objeto de aprendizaje 4.2. Principales causas de la variabilidad genética y su cambio evolutivo (mutación, flujo de genes, deriva gené­ tica, interacción con el ambiente, apareamiento no aleatorio, selección natural). 1. Resuelve el siguiente problema. Elabora un cuadro sinóptico donde describas las principales causas de la variabilidad genética y del cambio evolutivo: n

mutaciones

n

flujo genético

n

recombinaciones génicas

n

interacción con el ambiente

n

deriva génica

n

apareamiento no aleatorio

n

selección natural

2. Logística. a) Distribuye la duración de una sesión de clases para ocupar 60% del tiempo en resolver el problema y 40% restante para la coevaluación. b) Utiliza el libro de texto y dos hojas de papel tamaño carta, en el encabezado de la primera hoja escribe tus datos y a continuación elabora el cuadro sinóptico. c) Intercambia las hojas de solución entre tus compañeros, de manera aleatoria o siguiendo las instrucciones del profesor. d) Efectúa una coevaluación de acuerdo con los criterios que se especifican en el punto 3. 3. Criterios para coevaluar. La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo en su conjunto participan de manera simultánea en la evaluación del apren­ dizaje logrado. Este tipo de evaluación permite lo siguiente. n

Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de críticas constructivas en la comparación del nivel de aprendizaje de los com­ pañeros de grupo.

n

Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de manera responsable.

n

Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales y de grupo.

Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio.

Elementos

Niveles

10

Interpretación del problema

Identificó todas las especificaciones para diseñar el cuadro sinóptico.

Diseño del cuadro sinóptico

El cuadro sinóptico contiene todos los elementos idóneos.

Calidad en el contenido del trabajo

Demostró dominio de los conocimientos básicos del tema.

Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

La calidad del trabajo evaluado supera la calidad del desarrollado por el evaluador.

5

1

Puntos

Identificó sólo parte de las especificaciones.

No identificó ninguna de las especificaciones.

El cuadro sinóptico contiene parcialmente los elementos idóneos.

El cuadro sinóptico no contiene los elementos idóneos.

Demostró conocer el tema.

No conoce el tema.

La calidad del trabajo evaluado es similar a la calidad del desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es inferior a la calidad del desarrollado por el evaluador.

Total

Comentarios: Nombre del evaluador:

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Rúbrica

Actividad de aprendizaje: Investiga cómo se relaciona la teoría de Darwin y Wallace con el neodarwinismo o teoría sintética y da a conocer tus conclusiones a los compañeros de tu grupo. Evalúa la actividad de aprendizaje 4.3 principios de selección natural y su relación con al ge­ nética de población. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Calidad de información

La información está claramente relacionada.

Organización

La información está muy bien organizada.

Tiempo de desarrollo de la actividad

La investigación y la información obtenida de ella se desarrollaron oportunamente.

Participación del alumno

El alumno o la alumna domina el tema

Bueno (3) La información da respuesta a las preguntas correspondientes. La información está organizada con pocos datos faltantes. La investigación se realizó en su oportunidad y la información se redactó después. El alumno o la alumna demuestra aprendizajes sobre el tema.

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

La información requerida no La información tiene contiene todos los elementos poco o nada que ver con solicitados. lo solicitado. La información está desordenada.

La información no parece estar organizado.

La investigación y el informe se desarrollaron fuera de tiempo.

No se pudo realizar una investigación adecuada.

El alumno o la alumna no domina el tema en su totalidad.

El alumno o la alumna no domina el tema.

Coevaluación

Bloque 4. Describes los principios de la evolución biológica y los relacionas con la biodiversidad de las especies. Guía de observación para la coevaluación del desempeño del alumno. Actividad de aprendizaje a evaluar: Explica las ventajas y desventajas de la selección artifical y cita ejemplos sucedidos en tu comunidad. Evalúa el objeto de aprendizaje 4.4 causas y objetivos de la evolución por selección natural y artificial. Para la Coevaluación se intercambiará el formato guía con el de otra compañera o compañero, con la finalidad de que emita de manera respon­ sable una valoración de los aspectos allí referidos, reservándose sus observaciones para discutirlas al final de la clase. Nombre del alumno:

Niveles Comprensión del tema Relevancia en sus intervenciones

Aspecto a evaluar

Actitud en su participación Conducta

Conclusiones

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Demostró total comprensión del tema.

Demostró buen entendimiento.

Muestra parcialmente comprensión del tema.

No comprende los aspectos principales del tema.

Sus aportaciones enriquecen las ideas de sus compañeras/os. Su participación siempre fue con una actitud propositiva y entusiasta. Siempre se mostró tolerante ante la crítica de los demás y respetó la opinión de sus compañeras/os.

Aporta ideas que aclaran algunas dudas de sus compañeras/os.

Sus intervenciones no fueron claras ni ayudaron a esclarecer el tema.

No participó durante la actividad.

Casi siempre colaboró en la actividad.

Ocasionalmente ayuda, muestra poco interés.

Se comportó indiferente a la actividad desarrollada.

Casi no acepta las críticas, no respeta del todo las ideas de los demás.

Fue intransigente en críticas y comentarios.

Sus opiniones siempre fueron claras y congruentes a la actividad.

Casi siempre toleró críticas y trató de respetar la diversidad de opinión de los demás. Sus opiniones, se entendieron y en su mayoría eran relacionadas con el tema.

Sus conclusiones son poco Sus opiniones no fueron claras, no están relacionadas claras ni acordes con el tema. con lo planteado.

127

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos y los comparas con otros organismos del reino animal

5

Tiempo asignado: 30 horas

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

5.1 Definición e importancia de la homeostasis 5.2 Mecanismos mediante los cuales se mantiene la homeostasis 5.3 Organización del cuerpo humano 5.4 Estructura y función de los principales tejidos en el organismo 5.5 Conformación de los aparatos y sistemas a partir de órganos y éstos a partir de tejidos 5.6 Características, función y problemas de salud más frecuentes en su comunidad, país y el mundo, relacionados con cada uno de los aparatos y sistemas constituyentes del organismo en el ser humano (sistema tegumentario, sistema muscular, sistema esquelético, aparato digestivo, sistema circulatorio o de transporte, aparato respiratorio, sistema urinario, sistema nervioso, sistema glandular, aparato reproductor)

Competencias a desarrollar n n n n n

Fundamenta opiniones sobre impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. Identifica ideas clave en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.

n n n n n

Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. Sintetiza evidencias obtenidas en la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.

Desempeños por alcanzar D escribe la organización del cuerpo humano y la función que desempeñan sus aparatos y sistemas para mantener la homeostasis en éste, comparándolo con otros organismos del reino animal.

¿Qué sabes hacer ahora? Contesta de manera breve lo siguiente.

Comprende la importancia de mantener al organismo en buen estado.

n ¿Cuáles son los niveles de organización que estructuran el cuerpo humano, desde célula hasta organismo?

Desarrolla actitudes para el cuidado de su salud.

n ¿Cómo es la estructura y la función de algún tejido que conozcas?, descríbelas. n ¿Cuál es la enfermedad de la piel más común en tu comunidad, cuáles son sus causas y la manera de prevenirla? n ¿Cuál es la función del sistema muscular? n ¿Qué enfermedad del sistema esquelético conoces, cuáles son sus causas y qué medidas preventivas existen? n ¿Qué diferencias hay entre la digestión física y la química? n ¿Cuál es el órgano encargado de absorber las moléculas nutritivas? n ¿Por qué el aire que se exhala tiene mayor concentración de bióxido de carbono que el inhalado? n ¿Cuáles son los órganos que emplean los peces y mamíferos en su intercambio de gases? n ¿Cómo se relaciona el sistema respiratorio con el circulatorio? n ¿Cuáles son los principales tres tipos de vasos sanguíneos? n Además de gases, ¿qué otro material transporta la sangre? n ¿Qué es la homeostasis? n ¿De dónde obtienen los ectotermos, como los reptiles, una temperatura corporal adecuada durante los días fríos? n ¿Cómo regulan su temperatura interna los endodermos como aves y mamíferos? n ¿Cuáles son las unidades funcionales de los riñones? n ¿Cuál es el proceso del agua y sustancias disueltas que pasan de la sangre a las unidades del riñón? n ¿En qué consiste la excreción? n ¿Qué son las glándulas endocrinas? n ¿Qué importancia tiene para el organismo el sistema endocrino? n Menciona tres trastornos orgánicos por insuficiencia hormonal. n ¿Qué parte del sistema nervioso se encuentra formado por encéfalo y médula espinal? n ¿Qué funciones realiza el cerebro? n ¿Cuáles son los órganos reproductores masculinos? n ¿Cuáles son los órganos reproductores femeninos? n Define los procesos de fecundación y desarrollo embrionario.

  n

n n n

Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos. Identifica las actividades que le resulten de menor y mayor interés y dificultad, reconociendo y controlando sus reacciones frente a retos y obstáculos. Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

n n n n

Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo. Privilegia el diálogo como mecanismo para la solución de conflictos. Asume que el respeto de las diferencias es el principio de integración y convivencia en los contextos local, nacional e internacional. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

  5 BLOQUE



  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Situación didáctica

¿Cómo lo resolverías?

¿Cuáles son los aparatos o sistemas que mantienen funcionando al organismo con relativa estabilidad interna, aun cuando estamos dormidos y qué otros se activan si un ruido extraño nos despierta?

posición de defensa; cuando se da cuenta que sólo era el gato que empujó un plato con restos de comida, el organismo restablece su condición normal y la persona regresa a su cama.

Cuando dormimos parece que el organismo se encuentra inactivo, esto porque no tomamos en cuenta las funciones que realizan los aparatos o sistemas que mantienen con cierta estabilidad el funcio­ namiento interno del organismo. Por ejemplo, hay un suministro permanente de oxígeno y una elimina­ ción de bióxido de carbono en todas las células, mismas que se mantienen a una temperatura corporal constante y a un nivel normal de glucosa en la sangre, también se conservan estables las con­ centraciones de agua e iones inorgáni­ cos en los fluidos corporales.

1. ¿Qué aparatos o sistemas suministraron oxígeno a las células y de­secharon el bióxido de carbono y cómo lo hicieron?

Un ruido interrumpe el sueño y hace que la persona se levante asustada, los latidos de su corazón y su respiración se aceleran, sus músculos se contraen en



Secuencia didáctica

2. ¿Qué aparatos o sistemas contribuyeron a mantener la tempe­ ratura corporal constante y cómo lo hicieron? 3. ¿Qué glándulas y hormonas intervienen en la regulación del nivel de glucosa en la sangre y cómo lo hacen? 4. ¿Cuál es el aparato que se encarga de conservar estable las con­ centraciones de agua e iones inor­ gánicos en los fluidos corporales y cómo funciona? 5. ¿Qué hormona se concentra en la sangre, y hace que tanto los latidos del corazón como la respiración se aceleren? 6. ¿Cómo se contraen los músculos?

¿Qué tienes que hacer?

De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Quiénes constituyen el sistema tegumentario y qué funcio­ nes tienen? 2. ¿Qué enfermedades puede presentar el sistema tegumentario? 3. ¿Qué importancia y función tiene el sistema muscular? 4. ¿Cuáles son los componentes del sistema esquelético y qué función tienen? (Huesos, cartílagos, ligamentos, etcétera.) 5. ¿Cuáles son los órganosque conforman el aparato digestivo y qué función tienen? 6. ¿Cuál es la organización estructural y funcional del sistema circulatorio o de transporte del ser humano? 7. ¿Cuáles son las células sanguíneas y qué función tiene cada una? 8. ¿Cómo participa el sistema de trans­ porte en el mantenimiento de la ho­ meostasis? 9. ¿Cuáles son los problemas de salud relacionados con los sistemas de trans­ porte? 130

10. ¿Cuáles son las estructuras del aparato respiratorio y su función? 11. ¿Cómo participa el aparato urinario en el mantenimiento de la homeostasis? 12. ¿En qué consiste la función integradora del sistema nervioso al procesar los estímulos (internos y externos)? 13. ¿Qué estructura tiene una neurona y cómo funciona? 14. ¿Cómo se clasifica el sistema nervioso por su área de acción? 15. ¿Cuáles son las estructuras y funciones que constituyen el sis­ tema nervioso? 16. ¿Cuáles son los princi­ pales neurotransmiso­ res y qué importancia tienen? 17. ¿Qué problemas de sa­ lud están relacionados con el sistema ner­ vioso? 18. ¿Cuáles son las princi­ pales glán­dulas endo­



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24. ¿Cuáles son los órganos o sistemas presentes en organismos de diferentes especies que tienen función semejante?

crinas, qué hormonas las producen y cuál es la regulación de actividad metabólica en que participan? 19. ¿Cuáles son las glándulas exocrinas y las endocrinas?

25. ¿Cómo se coordinan los aparatos y sistemas para mantener la homeostasis en el organismo?, da ejemplos.

20. ¿Qué importancia tiene el mantener los niveles hormonales en el organismo y que problemas de salud ocasiona una altera­ ción de éstos?

26. Contesta las preguntas derivadas de la situación didáctica. Intégrate a un equipo y realicen las siguientes actividades.

21. ¿Cuáles son los órganos del aparato reproductor femenino y masculino, además menciona qué función desempeñan?

n

Cada miembro dará a conocer los resultados de su investiga­ ción, de manera que intercambien y enriquezcan los concep­ tos que tengan sobre el contenido del bloque.

n

El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación para una presentación grupal.

22. ¿Cómo funciona la gametogénesis para producir las células sexuales? 23. ¿Cuáles son las enfermedades más comunes asociadas a los aparatos reproductores?



Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque realiza lo siguiente. 1. Utiliza un esquema que explique los niveles de organización de los seres vivos, desde la célula hasta un organismo. 2. Reconoce por su estructura, los tejidos más representativos del cuerpo humano. Ayúdate con imágenes o fotografías. 3. Explica las principales funciones de la piel y qué la constituye. 4. Expón alguna de las enfermedades más comunes del sistema tegumentario y qué cuidado se debe tener para conservar la salud de éste. 5. Elabora un cuadro sinóptico con las diferencias estructurales y de función entre los tipos de músculos presentes en el cuer­ po humano. 6. Describe el proceso de contracción de las fibras musculares. 7. Describe algunas de las enfermedades del sistema muscular más comunes, sus causas y prevención.

13. Elaboren en equipo un periódico mural donde describan las enfermedades más comunes relacionadas con el aparato di­ gestivo, indiquen medidas preventivas. 14. Describe las semejanzas y diferencias tanto estructurales como funcionales entre el sistema circu­latorio y el linfático. 15. Resume en un procesador de textos las funciones de cada com­ ­ponente tanto para el sistema sanguíneo como para el linfá­ tico. 16. Describe por medio de un dia­grama de flujo el recorrido de la sangre en el circuito pulmonar y el circuito sistémico (cora­ zón – pulmones – corazón – sistemas – corazón – pulmones, etcétera). 17. Enumera los factores de riesgo relacionados con el desarrollo de enfermedades del sistema circulatorio.

8. Elabora un cuadro para comparar la estructura y función de: n

el hueso compacto y el hueso esponjoso.

n

el cartílago y el hueso.

n

articulación en bisagra y articulación multiaxial.

9. Explica las principales funciones del sistema esquelético. 10. Describe algunas enfermedades relacionadas con el sistema esquelético, sus causas y las medidas para prevenirlas. 11. Describe el proceso digestivo del ser humano para obtener los nutrientes que requiere para su mantenimiento y crecimiento. 12. Elaboren un informe por equipo de la actividad experimental: acción enzimática en la digestión. 131

  5 BLOQUE

  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

18. Describe con un esquema el recorrido del aire desde la nariz hasta los alvéolos.

29. Describe la conformación del encéfalo, la médula espinal y los nervios periféricos.

19. Describe el papel que cumple la sangre al transportar e inter­ cambiar oxígeno y bióxido de carbono.

30. Elabora una matriz para comparar las funciones de los siste­ mas somático y autónomo.

20. Expón verbal y gráficamente los daños en los pulmones oca­ sionados por el tabaquismo y la contaminación.

31. Elabora un reporte del empleo de algunas drogas que afecten el sistema nervioso.

21. Identifica los productos metabólicos de desecho que son ex­ cretados por el aparato urinario.

32. Define de manera oral o escrita la función de las glándulas en­ docrinas y exocrinas.

22. Reconoce en un modelo los componentes del aparato urina­ rio del ser humano y su función.

33. Describe las actividades que son reguladas por las hormonas en los vertebrados.

23. Describe de manera verbal o escrita el proceso de formación de la orina y su recorrido hacia el exterior del organismo.

34. En un cuadro sinóptico relaciona las hormonas con su principal función y consecuencias de la hipersecreción o la hiposecreción.

24. Expón verbal y gráficamente problemas de salud relacionados al aparato urinario.

35. Representa gráficamente los aparatos reproductores femeni­ no y masculino del ser humano.

25. Describe la estructura y función de una neurona, especifica la actividad de cada componente.

36. Expón en equipo el papel que desempeña cada estructura de los aparatos reproductores.

26. Elabora un diagrama de la sinapsis, especifica el mecanismo de transmisión del impulso nervioso y la acción de los neuro­ transmisores.

37. Elabora un collage con imágenes de anticonceptivos comunes, especifica riesgos y niveles de eficiencia.

27. Elabora un cuadro comparativo de las funciones del sistema nervioso central y las del sistema nervioso periférico. 28. Identifica en un dibujo el encéfalo, la médula espinal y los ner­ vios periféricos.

132

38. Expón oral y gráficamente enfermedades comunes del apara­ to reproductor femenino y masculino. 39. Describe algunas estructuras que están presentes en especies diferentes al ser humano y que cumplan funciones semejantes a las de él.

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5.1 Definición e importancia de la homeostasis

deja escapar el gas, se enciende el sistema y calienta el agua a los gra­ dos deseados. Cuando la temperatura asciende sobre los grados de­ seados, el termostato hace que el circuito se cierre y el calentador se apague, con lo que baja la temperatura del agua para después reiniciarse el ciclo. En los mecanismos de autorregulación opera una retroalimentación negativa, que es un mecanismo por el cual el au­ mento en un cambio provoca una respuesta que contrarresta el cam­ bio, restableciendo el estado inicial. Pero si no se presentara esa respuesta por el cual se retorna al estado inicial, por ejemplo, por una descompostura del termostato, se propiciaría un incremento en el calentamiento del agua y la retroalimentación sería positiva.

Excreción es el proceso del organismo con que elimina las sustan­ cias de desecho que obtiene de su actividad celular y productos tóxicos, además es un medio para mantener el equilibrio de la con­ centración de agua y de iones inorgánicos en los fluidos del cuerpo, de manera que la concentración de las diversas sustancias en el or­ ganismo es consecuencia de un equilibrio entre la cantidad que llega a la célula y que se elimina. En los mamíferos, en la eliminación de agua y sustancias de dese­ cho e iones inorgánicos que equilibran y mantienen el balance de los fluidos del cuerpo, participan órganos de varios sistemas. Por ejemplo, los pulmones excretan bióxido de carbono y agua, que se expulsan al exterior por las vías respiratorias. A través de la piel del ser humano, las glándulas sudoríparas excretan cierta proporción de desechos del metabolismo celular por medio del sudor. Sin em­ bargo, son los riñones los principales órganos excretores, con los que se mantiene el equilibrio del agua y sustancias disueltas que participan en la composición química de la sangre.

Actividad de aprendizaje Elabora un resumen sobre la definición e importancia de la homeostásis.

5.2 Mecanismos mediante los cuales se mantiene la homeostasis

Sistemas homeostáticos

Control de la temperatura corporal de los animales

Homeostasis (del griego homeo: similar y stasis: estable) es la capa­ cidad de los organismos de mantener equilibradas sus condiciones internas para su sobrevivencia. Un ejemplo físico de autorregulación muy conocido es el termostato (como el del calentador de agua para el baño), que mantiene el agua a una temperatura deseable mediante un circuito que funciona en forma automática. Cuando el agua se enfría se abre el circuito que

Los animales han desarrollado adaptaciones que les permiten con­ trolar su temperatura corporal, entre las que se encuentran su es­ tructura anatómica y tipo de comportamiento o conducta. En la adaptación anatómica se incluye la forma y tamaño que tienen, así como la pluma y pelo que cubre el cuerpo.

Hipotálamo

2

Temperatura sanguínea alta

1

Disminuye la estimulación de los termorreceptores

4 Pérdida de calor

3

Dilatación de vasos capilares de la piel y producción de sudor

Figura 5.1

Funcionamiento del sistema homeostático de regulación de la temperatura corporal.

133

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

En cuanto a su comportamiento muchos se asolean para calentarse en temporadas de frío. Ésta es una práctica muy común entre los animales ectotermos, llamados también poiquilotermos o de sangre fría, como los anfibios y reptiles, cuya temperatura interna provie­ ne del calor de su medio externo y no de su proceso metabólico. Por ejemplo, en días fríos la iguana emplea su estrategia conductual cuando se asolea sobre el tronco de los árboles o sobre rocas, calen­ tando rápidamente su cuerpo, aunque la temperatura no pueda re­ tenerse por mucho tiempo, ya que con la puesta del Sol el ambiente se enfría y el animal pierde gradualmente el calor recibido. Las aves y mamíferos han desarrollado un mecanismo más eficien­ te en la regulación de su temperatura interna, además de su adap­ tación anatómica y de su comportamiento; disponen de una adaptación fisiológica, que permite que mediante su proceso meta­ bólico se genere la temperatura interna y que se mantiene por un sistema regulador, sin que les afecte considerablemente las fluctua­ ciones de temperatura de su medio externo. A estos animales se les llama endotermos, homeotermos o de sangre caliente. Los seres humanos tienen una temperatura cercana a 37 °C; esa temperatura es más o menos constante debido a que generalmente los procesos químicos de metabolismo son exotérmicos (hay des­ prendimiento de energía calorífica), por lo que aun en estado de reposo se mantiene equilibrada. La temperatura de una persona sana puede incrementarse por ejercicios físicos o porque se eleve la temperatura del medio externo. Los centros coordinadores de la temperatura corporal del hombre se encuentran en una porción del cerebro llamada hipotálamo. El estímulo de la temperatura alta viaja a través de la sangre a los termorreceptores del centro disipador del calor del hipotálamo y éste envía como respuesta la dilatación de los vasos capilares de la piel, permitiendo la circulación de un mayor volumen de sangre en las áreas superficiales, con lo que facilita la pérdida de calor por conducción e irradiación al ambiente externo. Otra respuesta puede ser el estímulo para la transpiración de las glándulas sudoríparas; al evaporarse, el sudor también contribuye a la pérdida de calor. Conforme la temperatura corporal descien­ de a su nivel normal, disminuye la estimulación de los termorre­ ceptores del hipotálamo. En caso de que la temperatura del ambiente externo descienda, la sangre con temperatura menor a lo normal estimula los receptores del centro conservador del calor del hipotálamo, que responde provocando la vasoconstricción en la piel, permite un mayor volu­ men de flujo sanguíneo en los niveles profundos y disminuye así la pérdida de calor. Otra orden de este centro son las aceleradas con­ tracciones musculares o tiriteos, que también contribuyen a equi­ librar la temperatura corporal. Otro ejemplo de la autorregulación biológica es el equilibrio del nivel de glucosa en la sangre. En las personas sanas ese nivel debe estar entre 80 y 100 mg por ml de sangre. Cuando aumenta después de ingerir 134

alimentos, el exceso de glucosa se convierte en glucógeno, que se al­ macena en el hígado. El descenso del nivel de glucosa en la sangre por consumo normal durante la respiración celular hace que el glucógeno almacenado se transforme en glucosa, que se incorpora a la sangre. Mediante el proceso de homeostasis se regulan los mecanismos que mantienen relativamente invariables no sólo el equilibrio ener­ gético de los organismos sino también las concentraciones de io­ nes de hidrógeno (pH), glucosa, oxígeno, bióxido de carbono, sodio, calcio, agua, etcétera. Actividad de aprendizaje ¿Cómo se llama la tendencia de los organismos en mantener equilibrado su ambiente interno y qué importancia tiene para la salud de los organismos?

¿De dónde obtienen la temperatura corporal los ectotermos como los reptiles?

¿Cuál es la temperatura normal de los seres humanos y en qué cir­ cunstancias se puede elevar?

Actividad de aprendizaje Elabora un resumen sobre los mecanismos de la homeostasis.

5.3 Organización del cuerpo humano El cuerpo humano es un organismo —forma total de vida—, que al igual que otros multicelulares está compuesto en su organización por niveles de estructuras que van desde la célula hasta el organismo. Las células, como ya vimos en el primer curso de biología, son una unidad básica estructural y funcional del organismo, es decir, son la parte más pequeña donde se encuentran los genes que regulan las funciones que mantienen vivo al organismo. Ejemplos de las células de nuestro organismo son las neuronas o las células nerviosas, las cé­ lulas sanguíneas y las epiteliales. Las células diferenciadas se especia­ lizan y se unen formando tejidos con capacidad para realizar funciones específicas. Por ejemplo, el tejido nervioso, el sanguíneo y el epitelial; los tejidos se unen y forman órganos, cada uno como el cerebro, corazón, estómago, tiene una función particular. La unión de órganos que desempeñan una función común, forma el siguiente nivel que es de aparatos o sistemas; por ejemplo, el aparato digesti­ vo, el sistema nervioso, el sistema óseo y todos los aparatos y siste­ mas  al funcionar de manera coordinada forman un individuo multicelular como el organismo humano.

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Aparato digestivo

Órgano

Falta imagen (estómago) Individuo multicelular

Célula

Tejido (columnar simple)

Figura 5.2

Niveles de organización que estructuran el cuerpo humano.

El funcionamiento coordinado de las células, tejidos, órganos, apa­ ratos y sistemas permite que el organismo mantenga sus condicio­ nes adecuadas, a la tendencia de conservar las condiciones internas con relativa estabilidad se llama homeostasis. Actividad de aprendizaje Elabora un cartel sobre la organización del cuerpo humano y presénta­ lo ante tu grupo para su discusión. Se evalúa en la página 203.

Actividad con TIC

barrera entre el medio exter­ no y el organismo, ya que todo lo que entra y sale del cuerpo pasa a través del epite­ lio; por ejemplo, los nutrien­ tes del alimento que se digiere por el tubo digestivo sólo se  incorporan al organismo Figura 5.3 cuando son absorbidos por el Ejemplo de tejido epitelial. epitelio del intestino y pasan a la sangre. El tejido epitelial tiene las funciones de protección, absor­ ción, secreción y sensación. Por ejemplo, el epitelio de la capa superior de la piel tiene la función protectora, el que reviste la cavi­ dad interna del estómago la secretora (secreta el jugo gástrico), el de la pared interna del intestino delgado tiene la de secreción y ab­ sorción (secreta el jugo intestinal y absorbe los nutrientes); la fun­ ción sensorial nos pone en contacto con nuestro medio externo, el epitelio olfatorio detecta los olores y los corpúsculos gustativos de la lengua los sabores. El tejido epitelial se clasifica de acuerdo con la forma que tienen sus células y el número de capas que forman. Tejido conectivo o conjuntivo. Sus células se encuentran disper­ sas en una sustancia extracelular compuesta por una red de fibra de colágeno en un medio líquido, casi siempre es secretada por la mis­ ma célula. Son ejemplos de este tipo de tejido: la dermis localizada debajo de la epidermis; los tendones que unen los músculos con los huesos; los ligamentos que unen el hueso con hueso; el cartí­ lago tejido conectivo sólido y flexible, sus células muy separadas se encuentran inmersas en una matriz con fibras de colágeno, se loca­ liza en las articulaciones, en el oído externo, la nariz y otras partes del cuerpo. El hueso es un tejido conjuntivo rígido, su matriz extra­ celular de fibras de colágeno se encuentra impregnada de sales de calcio, que le dan rigidez y dureza, lo que le proporciona un sostén al cuerpo. El tejido adiposo en sus células se han especializado en

Video sobre la organización del cuerpo humano http://www.youtube.com/watch?v=Q9ym2kRjK9o En equipo realicen un cuadro comparativo de los diferentes tipos de tejidos, su ubicación y función. Expliquen en plenaria el diagra­ ma elaborado.

Célula ósea en una laguna

Conducto haversiano

5.4 Estructura y función de los principales tejidos en el organismo Tejido epitelial. Se compone de láminas de células estrechamente unidas entre sí, las cuales cubren la superficie corporal del organis­ mo, envuelven las superficies externas de los órganos internos, ade­ más de que revisten cavidades y tubos. Este tejido forma una

Corte transversal de hueso

Figura 5.4

Ejemplo de tejido conectivo.

135

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

almacenar grasas, está debajo de la piel y en sitios donde amortigua los impactos de órganos internos. De los adipocitos —nombre que también llevan estas células—, se obtiene el combustible que la respiración utiliza para obtener energía, cuando el organismo así lo requiere. La sangre se compone de una matriz sanguínea llama­ da plasma, en el cual se transportan los eritrocitos (glóbulos rojos), leucocitos (glóbulos blancos) y las plaquetas. La sangre tiene como función transportar el oxígeno y otros nutrientes a las células y de éstas recoger el bióxido de carbono y otros desechos para su elimi­ nación por difusión; además, es el medio por el cual se transportan las hormonas desde las glándulas de secreción interna hasta el teji­ do blanco (sitio donde realizan su acción). Los leucocitos partici­ pan en el sistema inmune al destruir agentes patógenos, las plaquetas intervienen en la coagulación sanguínea. La linfa es el fluido que se filtra de los capilares sanguíneos a los espacios de los tejidos y regresa al torrente sanguíneo por los vasos linfáticos. El sistema linfático desempeña una importante función en el sistema inmune que se explicará más adelante. Tejido muscular. Produce movimiento, sus células alargadas se lla­ man fibras musculares, tienen la capacidad de contraerse (acortarse) como respuesta a estímulos externos, para después relajarse (alar­ garse). En los vertebrados se identifican tres tipos de tejido muscu­ lar: esquelético o estriado, liso y cardiaco. El esquelético o estriado es la masa muscular que más se encuen­ tra unida a los huesos, se encarga de mover el esqueleto y mantener la postura del cuerpo, también se le llama músculo voluntario por­ que se puede mover a voluntad. Sus células son multinucleadas.

Núcleo

Músculo cardiaco Núcleo Músculo liso Núcleo Músculo esquelético o estriado

Figura 5.5

Ejemplo de tejido muscular.

Tejido nervioso. Regula, en mayor proporción, las respuestas que el organismo da a los estímulos del entorno. Sus unidades funcio­ nales son las neuronas. Una típica neurona tiene un cuerpo celular y fibras nerviosas. Las fibras nerviosas que conducen los estímulos hacia el cuerpo celular se llaman dendritas y las que llevan los im­ pulsos fuera del cuerpo celular axones. Por su función las neuro­ nas se dividen en las siguientes categorías. Sensoriales o aferentes, las que reciben el impulso del medio exter­ no o interno (fuera o dentro del cuerpo) y lo transmiten al centro nervioso.

El músculo liso se encuentra en las paredes de órganos internos, como los órganos del aparato digestivo, los vasos sanguíneos, la ve­ jiga urinaria y el útero. Su movimiento es involuntario y sus células es un solo núcleo.

Motoras o eferentes, las que reciben el mensaje desde el centro nervio­ so y transmiten a los músculos o glándulas las órdenes de la reacción.

El músculo cardiaco es el que forma la pared del corazón. Sus célu­ las tienen 1 o 2 núcleos y aunque también es estriado como el mús­ culo esquelético su movimiento es involuntario.

Las células gliales desempeñan un papel muy importante en el fun­ cionamiento del tejido nervioso, le proporcionan protección, soporte físico y transporte de nutrientes a las neuronas.

De asociación o interneuronas, las que transmiten el mensaje reci­ bido de una neurona a otra.

Músculo

Núcleo con nucléolo Dendrita

Placa motora Axón Nódulo de Ranvier Cono del axón

Neurofibra

136

Fibra nerviosa Núcleo de la célula de Schwann Fibra muscular estriada

Figura 5.6

Una neurona típica.

Vaina de mielina

Gránulos de Nissl

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Son ellas las responsables de la nutrición de las neuronas, y de con­ trolar la concentración de iones extracelulares, e intervienen en el procesamiento de información.

encuentra constituida de varias capas o estratos de células epitelia­ les y su grosor varía según la región del cuerpo que reviste, lo que permite clasificar a la piel en: gruesa y delgada.

Actividad de aprendizaje

La epidermis de la piel gruesa tiene cinco capas o estratos cuyos nombres de adentro hacia la superficie son: basal, espinoso, granu­ loso, lúcido y córneo.

Elabora un cuadro comparativo de los diferentes tejidos y explica en plenaria el diagrama elaborado. Se evalúa en la página 203.

5.5 Conformación de los aparatos y sistemas a partir de órganos y éstos a partir de tejidos Los distintos tejidos se encuentran asociados formando órganos como el estómago, el corazón, los pulmones. Los órganos se unen en el desempeño de una función específica y forman el nivel de sis­ tema o aparato. Para mantener la vida de los animales, los sistemas se coordinan; por ejemplo, el sistema circulatorio trabaja coordina­ damente con el aparato respiratorio para el intercambio de gases en los alvéolos pulmonares, donde se desecha el bióxido de carbono que transporta la sangre y penetra el oxígeno que se combina con la hemoglobina de la sangre. Actividad de aprendizaje Diseña un periódico mural donde se especifique como los aparatos y sistemas regulan las condiciones internas del organismo. Se evalúa en la página 202.

5.6 Características, función y problemas de salud más frecuentes en su comunidad, país y el mundo, relacionados con cada uno de los aparatos y sistemas constituyentes del organismo en el ser humano Sistema tegumentario El sistema tegumentario está formado por la piel y sus estructuras anexas o faneras; entre las que se encuentran el pelo, las glándulas sebáceas, las glándulas sudoríparas y uñas. La piel es el órgano membranoso más extenso que cubre y protege la superficie del cuerpo, se compone de dos partes: epidermis y dermis. La epidermis es la parte más superficial de la piel, se compone de tejido epitelial plano  estratificado queratinizado; la epidermis se

Estrato basal, también se llama germinativo, porque es donde se originan las células por la mitosis de los demás estratos, está for­ mado de una capa de células columnares o cilíndricas en constan­ te  división, lo que ocasiona que crezca la epidermis, ya que las nuevas células empujan a las anteriores hacia la superficie, por ello se aplanan y su núcleo degenera propiciando la muerte de la célu­ la. Este estrato se encuentra en contacto, a través de la membrana basal, con el tejido conectivo subyacente donde se encuentra la dermis. El color de la piel lo determinan las células llamadas melanocitos presentes en la capa basal y que producen el pigmento llamado melanina. También se localizan en este estrato las células de Lan­ gerhans, actualmente conocida como dendríticas y que activan el sistema inmune. Estrato espinoso, lo forman capas de células poligonales que se aplanan conforme se acercan a la superficie, sus prolongaciones citoplasmáticas le dan el aspecto de espinas, de allí su nombre. Se ha descubierto que tales estructuras se deben a la presencia de des­ mosomas entre células contiguas y que las mantienen unidas. Estrato granuloso, se encuentra formado por células aplanadas y grandes que contienen una sustancia de forma granular llamada queratohialina, que es precursora de la eleidina. Las células de este estrato tienen núcleos en proceso de degradación que las con­ duce a la muerte, lo que sucede en este estrato. Estrato lúcido, se compone de capas de células muertas transpa­ rentes y planas, que contienen la sustancia llamada eleidina, la cual le da el carácter transparente al tejido (de allí el nombre lúcido), la eleidina se convierte en la queratina del estrato córneo; el estrato lúcido se localiza en la piel gruesa de las palmas de las manos y plantas de los pies. Estrato córneo, es la capa más superficial, está formada por células muertas aplanadas que contienen la proteína llamada querati­ na, la cual funciona como una cubierta impermeable al agua y a otras sustancias. El estrato córneo es una barrera que impide la penetración al cuerpo de diversos microorganismos; las células más superficiales son las primeras en descamarse y conforme se des­ prenden son sustituidas por nuevas células que vienen de las capas internas. La dermis es la otra parte de la piel, la capa profunda que está deba­ jo de la epidermis se compone de tejido conjuntivo que está divido en dos regiones: papilar y reticular. 137

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Cuadro 5.1  Estructura y función de los principales tejidos animales Nombre

Tejido epitelial

Tejido conectivo o conjuntivo

Clasificación

Descripción

Localización y función

Escamoso simple

Células planas de una sola capa.

Limita cavidades internas como el corazón y vasos sanguíneos.

Escamoso estratificado

Células planas de varias capas.

Cubre piel y reviste cavidades como boca y vagina.

Cuboide simple

Delgada capa de células cúbicas.

Cubre los tubos renales (secreción y absorción).

Cilindro simple

Una capa gruesa de células columnares.

Cubre tubo digestivo y vías respiratorias (secreción, absorción y protección).

Seudo­estra­tificado

Células columnares ciliadas.

Algunas vías respiratorias y conductos de ciertas glándulas (secreción y conducción de moco).

Conectivo denso

En tendones, ligamentos y dermis profunda.

Unen músculos a huesos o huesos a huesos.

Cartílago

Es sólida y flexible, sus células separadas, secretan una matriz extracelular con fibras de colágeno.

En articulaciones, vías respiratorias, oído externo y punta de la nariz (sostén).

Hueso

Forma el esqueleto.

Movimiento esquelético y proporciona sostén y protección a órganos internos.

Tejido adiposo

Células adiposas o adipocitos.

Debajo de la piel y cubren algunos órganos internos. Almacenan gotas de grasa.

Eritrocitos. Tienen forma de disco bicóncavo, carecen de núcleo y contienen hemoglobina.

La hemoglobina transporta el oxígeno a las células y recoge el bióxido de carbono.

Leucocitos. Son de diferente tipo.

Representan una importante defensa contra microorganismos que ingresan al cuerpo.

Plaquetas. Son pequeños fragmentos de células de la médula ósea.

Participan en la coagulación de la sangre.

Sanguíneo

Tejido muscular

Tejido nervioso

Linfa

Fluido que se filtra de los capilares sanguíneos.

Desempeña importante acción en el sistema inmune.

Músculo esquelético

Formado de células multinucleadas, largas y cilíndricas llamadas fibras musculares.

Están unidos al esqueleto, lo mueve y mantiene la postura del cuerpo. Su movimiento es voluntario.

Liso

Sus células alargadas con un núcleo central.

En paredes de órganos internos como el tubo digestivo, es de movimiento involuntario.

Cardiaco

Sus células con uno o dos núcleos.

En paredes del corazón. Su movimiento es involuntario.

Su unidad básica celular es la neurona

La neurona se compone de un cuerpo celular, dendritas y axón.

Coordina el funcionamiento de los órganos del individuo y lo relaciona con su medio interno y externo.

Neuroglia

La glia forma un tejido de sostén para la neurona. Son células no nerviosas ­especializadas y muy ramificadas.

En el SNC transportan nutrientes a las neuronas, digieren neuronas muertas, acción inmunitaria cerebral. En el SNP proporcionan aislamiento y tienen relación con la formación de la retina.

La región papilar se caracteriza por la formación de pequeñas proyecciones llamadas papilas dérmicas, las cuales contienen muchos vasos sanguíneos, que son de mucha importancia en la nutrición de la epidermis, contribuyen a darle la coloración a la  piel, también contienen vasos linfáticos y terminaciones ner­ viosas. La región reticular es la capa más gruesa y profunda de la der­ mis, se encuentra debajo de la región papilar y está constituida por numerosos vasos sanguíneos, haces de fibras colágenas y fibras elásticas formando una red, que le sirven de protección al organis­ mo contra diversos impactos. 138

Estructuras anexas o faneras de la piel Las estructuras anexas a la piel son: los pelos, las glándulas sebá­ ceas, las glándulas sudoríparas y las uñas. Los pelos, están formados por células epiteliales queratinizadas, se localizan en diferentes partes del cuerpo, tienen un tallo externo y una raíz en la dermis en una cavidad que es conocido como el fo­lículo piloso. Al ensancharse la parte inferior del folículo forma el bulbo pi­ loso, en cuyo borde inferior presenta una invaginación por donde pe­ netra la papila dérmica, llamada también papila pilosa que contiene los vasos sanguíneos que aportan los nutrientes a las células y hacen crecer al pelo. Los músculos involuntarios llamados piloerectores o

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Cuadro 5.2 Estructura y función de los principales órganos Sistema o aparato

Componentes

Función

Tegumentario

La piel, sus estructuras anexas (pelo, glándulas y uñas).

Barrera protectora contra lesiones, infecciones y regula la temperatura corporal.

Muscular

Músculos esqueléticos.

Movimiento del cuerpo al contraerse.

Esquelético

Esqueleto formado por huesos, cartílagos, ligamentos y tendones.

Protege órganos internos, sostiene el cuerpo y realiza movimientos.

Digestivo

Boca, faringe, esófago, estómago, intestino, hígado y páncreas.

Ingestión, digestión, absorción y egestión.

Circulatorio

Corazón, vasos sanguíneos, sangre.

Transporte de gases y nutrientes.

Respiratorio

Cavidad nasal, laringe, tráquea, pulmones.

Intercambio gaseoso.

Urinario

Riñones, uréteres, vejiga urinaria y uretra.

Eliminación de desechos nitrogenados y regulación de la concentración de los fluidos corporales.

Nervioso

Encéfalo y médula espinal.

Pone en contacto al organismo con su medio externo e integra de manera coordinada las funciones de sus aparatos y sistemas.

Glandular

Glándulas endocrinas, mixtas y exocrinas.

Regulación química a través de las hormonas.

Reproductor

Masculino: testículos, conductos, glándulas anexas y pene Femenino: ovarios, oviductos, útero, vagina y vulva.

Producción de nuevos individuos, con los cuales se mantiene la continuidad de la especie.

erectores del pelo que se encuentran cerca del folículo piloso, al con­ traerse por el frío o ante una emoción hacen que los pelos adquieran una posición vertical y dan el aspecto que llamamos “carne de gallina”.

como barrera que impide la penetración de polvo e insectos, el de las cejas y pestañas también protege de cualquier material a los ojos.

El pelo tiene una función protectora, por ejemplo, el que forma el cabello protege hasta cierto grado de lesiones y radiaciones solares, el de las fosas nasales y del conducto auditivo externo funciona

Las glándulas sebáceas, están formadas por unidades secretoras de sebo, localizadas cerca de los folículos pilosos y generalmente desembocan en los folículos, otras directamente en la superficie de

Glándula sebácea Red capilar Epidermis

Músculo erector del pelo Tallo del pelo Dermis

Folículo piloso Bulbo Papila

Raíz del pelo

Tejido subcutáneo

Figura 5.7

Estructura de la piel.

Fascia profunda Fibras musculares

Glándulas sudoríparas

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la piel, el sebo que producen lubrica la epidermis y pelos. No se encuentran en la palma de la mano y ni en la planta del pie, sin em­ bargo, son abundantes en ciertas regiones del cuerpo como en la piel de la cara, la nuca, la parte superior de la espalda y el pecho. Las glándulas sudoríparas o duroríferas, se encuentran distribui­ das en casi toda la piel, existen dos tipos de estas glándulas: ecrinas y apocrinas. Las glándulas ecrinas, aunque por lo general se encuentra en todo el cuerpo, son más abundantes en la frente, la palma de la mano y la planta del pie (de manera contraria a las glándulas sebáceas). Esta glándula tiene la forma de un tubo enrollado y su conducto excre­ tor termina en un poro de la superficie de la epidermis. Las glán­ dulas ecrinas contribuyen a regular la temperatura corporal y a eliminar las sustancias de desecho a través del sudor. Las glándulas apocrinas, se localizan en las axilas, la región anal, pú­ bica y la areola del pezón, se desarrollan en la pubertad por estímu­ lo de las hormonas sexuales. Estas glándulas tienen forma tubular y desembocan en los conductos de los folículos pilosos. El sudor de estas glándulas es inodoro (sin olor), pero por la acción de las bac­ terias de la piel adquiere un olor característico, su secreción obede­ ce a estímulos provocados por el miedo o el dolor. Las uñas, son estratos córneos que forman una cubierta localizada sobre el dorso de las falanges terminales de los dedos; están forma­ das por células epiteliales muertas muy queratinizadas, se encuen­ tran en la epidermis unidas al lecho ungueal. La uña se compone de un cuerpo que es la parte que se observa, una raíz localizada en la piel, debajo de la uña y la lúnula que es la semiluna blanca que se observa en el extremo proximal de la uña. Las uñas crecen por la división de las células de la matriz de la raíz.

Cuerpo ungueal

Paronniquio

Lúnula

n

Barrera protectora contra lesiones físicas, de la penetración de gérmenes patógenos y sustancias tóxicas.

n

Neutralizar por sus pigmentos la radiación solar.

n

Evitar la pérdida de agua y electrólitos.

n

Eliminar, a través del sudor los desechos del metabolismo.

n

Absorber la radiación ultravioleta para la síntesis de la vita­ mina D.

n

Contribuir a regular la temperatura corporal a través de la va­ sodilatación y la transpiración, manteniendo las condiciones internas con cierto grado de equilibrio (homeostasis).

El sistema tegumentario puede presentar enfermedades como infecciones o cáncer La piel representa una barrera que impide la invasión de agentes patógenos al organismo; sin embargo, algunas veces puede fran­ quearse por un rasguño o herida, que puede ser la vía de entrada de invasores bacterianos, pero también, aunque la piel no sufra nin­ gún rasguño existen microorganismos que pueden pasar a través del folículo piloso de la epidermis, de allí la necesidad del baño fre­ cuente para conservar en buen estado de limpieza nuestro cuerpo, sin llegar al uso excesivo del jabón y el refregarse demasiado, ya que esto destruye el manto graso que normalmente debe poseer la piel y que la protege de la invasión de diversos microorganismos. El acné es una enfermedad de la piel que se caracteriza por peque­ ñas pústulas (vesículas contenidas de pus) y comedones (pequeñas acumulaciones de sustancias sebáceas), se presentan en las zo­ nas donde son más abundantes las glándulas sebáceas; es muy fre­ cuente en las personas de edad entre los 14 y 25 años. El lavar la zona afectada con agua tibia y jabón, además de aplicar algún un­ güento antiséptico puede ayudar a mejorar este trastorno. Las quemaduras causadas por diversos agentes térmicos como el calor, la electricidad y algunas sustancias químicas, también pue­ den afectar los tejidos de la piel y causarle graves daños que a ve­ ces resulta difícil su restauración normal.

Eponiquio

Figura 5.8

Estructura de la uña.

Las principales funciones de la piel n

140

Ser receptor del sentido del tacto, de calor, frío y dolor.

Figura 5.9

Una exposición prolongada al sol puede ocasionar serias quemaduras en la piel.

Las radiaciones ultravioletas es­ timulan a las células melanoci­ tos  a producir más melanina cuando nos asoleamos, también contribuyen a la síntesis de la vi­ tamina D; sin embargo, dema­ siada exposición a la radiaciones solares suele ocasionar quema­ duras en la piel y la radiación





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ultravioleta puede generar cáncer. Se tiene conocimiento que el melanoma maligno, que es un tipo de cáncer de piel, el cual se ha incrementado en los últimos años, es probable que la destrucción gradual de la capa de ozono tenga algo que ver con este fenómeno. Actividad de aprendizaje Realiza una investigación relacionada con el sistema tegumentario y participa en la coevaluación del trabajo obtenido.

Actividad de aprendizaje ¿Qué importancia tiene el buen funcionamiento de las células, tejidos, órganos, aparatos y sistemas de un organismo?

¿Cómo se llama el tejido que cubre superficies corporales, tapiza tanto cavidades como tubos y qué funciones tiene?

¿Qué importancia tienen las células del estrato basal para la epidermis y cuál es la función de las células melanocitos?

¿Qué importancia tiene el estrato córneo de la epidermis para la con­ servación de la salud?

¿Qué beneficios le proporcionan al organismo la actividad de las glándu­ las sudoríparas ecrinas?

Describe algún trastorno de la piel que conozcas, sus causas y la ma­ nera de evitarlo.

Sistema muscular El sistema muscular está integrado por un conjunto de músculos cuya función esencial es mover el cuerpo al contraerse. Se ha calcu­ lado que el cuerpo humano tiene más de 650 músculos, de allí que el peso corporal sea alrededor de 40 a 50% de músculos. El sistema muscular junto con el esquelético (los huesos) mantiene la estabilidad, la forma del cuerpo y hacen el aparato locomotor, del cual los músculos ejecutan los movimientos. La contracción muscu­ lar mueve los huesos mediante el control del  sistema nervioso cuando caminamos, corremos, bailamos, nadamos, conversamos, comemos, accionamos la computadora y en todas las actividades físicas que realizamos, también los movimientos de nuestros órga­ nos internos son consecuencia de contracciones musculares; por ejemplo, la circulación sanguínea, el traslado del alimento a través del tubo digestivo, el intercambio de gases en los pulmones, la con­ tracción de la vejiga urinaria para expulsar la orina y otras funcio­ nes que son ejecutadas de manera involuntaria. El tejido muscular está formado por células delgadas y largas llama­ das fibras musculares que para contraerse (acortarse) emplean la energía disponible en la célula. Se conocen tres tipos de músculos: el esquelético o estriado, el liso y el cardiaco. El músculo esquelético está constituido por la masa muscular que se encuentra unida al esqueleto, se contrae de mane­ ra voluntaria, sus células, que son las fibras, son multinucleadas, es decir, tienen muchos núcleos, se le llama también músculo estriado por las bandas o estrías que se observan en sus células por medio del microscopio. El músculo liso es el que se localiza en los órganos internos y en los vasos sanguíneos, su movimiento es involuntario y sus células tie­ nen un solo núcleo. La contracción del músculo liso es más lenta que el esquelético. Reviste órganos internos como los que forman el aparato digestivo, que al contraerse trasladan el alimento por todo el tubo digestivo. El músculo cardiaco, aunque estriado como el esquelético, es de contracción involuntaria, sus células son de 1 o 2 núcleos y sólo se  encuentra en el corazón; sus fibras se entrelazan formando una red.

Principales estructuras del músculo esquelético Explica tres funciones importantes de la piel.

Cada músculo esquelético se encuentra formado por fibras musculares organizadas en haces de miles de fibras con una envol­ tura de tejido conectivo. Cada fibra es una célula multinucleada; su membrana plasmática se llama sarcolema, cuyas extensiones in­ ternas forman un conjunto de tubos transversales conocidos como túbulos T. En el citoplasma de cada fibra muscular se encuentran 141

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Frontal Esternocleidomastoideo Pectoral mayor

Trapecio

Tríceps

Deltoides

Bíceps braquial Dorsal ancho Recto mayor del abdomen

Radial Oblicuo externo

Figura 5.10

Glúteo mayor

Principales músculos del cuerpo humano.

Recto anterior Semimembranoso

Cinta de Maissiat

Músculos gemelos

Vasto lateral

Sóleo Sartorio

Vasto medio

  

Miofilamentos

Mitocondrias

    

Sarcómero

Tendón de Aquiles

Línea Z

Miofibrillas

Membrana de la fibra muscular

Retículo sarcoplásmico Túbulo T

Figura 5.11

Principales estructuras del músculo esquelético.

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las miofibrillas, que son microfilamentos que corren paralela­ mente a lo largo de la célula. Alrededor de cada microfibrilla se lo­ caliza una estructura membranosa que es su retículo endoplásmico y que en este caso se le denomina retículo sarcoplásmico. Las unidades básicas de las miofibrillas se llaman sarcómeros con una longitud aproximada de 2 a 3 micrómetros. Cada sarcómero se compone de dos tipos de filamentos que corren en forma paralela. Los filamentos más gruesos son de proteína miosina y los delgados son de proteína actina. El alineamiento de los filamentos de miosi­ na y de actina es lo que le da a estas fibras musculares su apariencia de bandas o estrías. El entrelazamiento de filamento que une el ex­ tremo de un sarcómero con otro se llama línea Z. La miosina que forma los filamentos gruesos es una proteína larga que presenta una cabeza en forma de bastón (que algunos autores llaman puente cruzado) y los filamentos delgados están formados de dos cadenas entrelazadas de monómeros de actina.

Contracción muscular Según el modelo del desplazamiento de filamentos, propuesto por el británico Andrew F. Huxley (1917­) y su equipo de investi­ gadores en la década de 1950, un sarcómero —que es la unidad funcional del músculo esquelético— se contrae cuando los fila­ mentos delgados de actina se deslizan a través de los filamentos de miosina. Cuando la fibra muscular es estimulada, los de actina se deslizan sobre los filamentos de miosina, éstos permanecen fijos, en tanto que los filamentos de actina por encontrarse unidos a la línea Z al deslizarse sobre los filamentos de miosina hacia el centro del sarcó­ mero hacen que éste se acorte y se contraiga la miofibrilla. Para esto, las cabezas de miosina se unen a sitios activos de cada fi­ lamento de actina formando enlaces conocidos como puentes transversales o cruzados. Al emplear la energía del atp (adenosín

Puentes cruzados

trifosfato) la cabeza de la miosina se flexiona en repetidas ocasio­ nes jalando los filamentos de actina hacia el centro del sarcómero. De manera que el enlace de los puentes cruzados o transversales, su movimiento giratorio, separación y nueva unión, hacen que los músculos se contraigan. Después de la contracción ya no hay suministro de energía por de­ gradación de moléculas de atp, los puentes cruzados de miosina ya no contactan con los filamentos de actina y el músculo retorna a su estado original de reposo. El rigor mortis que es la característica rígida que presentan los músculos después de la muerte, se debe a que el enlace que forman los puentes cruzados entre la miosina y la actina queda fijo ante la falta del suministro de energía por el atp.

Regulación de la contracción muscular Las contracciones de los músculos esqueléticos son las que mueven el cuerpo, éstas son respuestas de los mensajes del sistema nervioso que reciben los sarcómeros a través de las neuronas motoras. El mensaje o estímulo de la neurona motora provoca la liberación de su neurotransmisor: acetilcolina, que se difunde de la hendidu­ ra sináptica (espacio entre la neurona motora y cada una de las fi­ bras musculares) hacia los receptores localizados sobre el sarcolema (membrana de la fibra) y produce un cambio eléctrico (despolari­ zación) a lo largo de la membrana de la fibra, generando un impul­ so eléctrico o potencial de acción, el cual en su recorrido en el interior de la fibra muscular provoca que el retículo sarcoplásmico libere iones calcio hacia el interior de las miofibrillas. Los iones calcio producen un cambio en las proteínas que cubren los filamentos de actina para que queden expuestos sus sitios acti­ vos (de unión), lo que permite que las cabezas de los filamentos de

Línea Z

Filamentos de actina

Filamentos de miosina Músculo relajado

Músculo contraído

Figura 5.12

La contracción muscular según el modelo del desplazamiento de filamentos.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

miosina se enlacen con los filamentos de actina y formen los puentes cruzados o transversales, de esta manera continua la contracción. Una vez generada ésta, los iones calcio son transportados de regre­ so al retículo sarcoplásmico, donde se almacenan y ante la falta de estos iones las proteínas de los filamentos de actina retornan a su lugar y bloquean los sitios de enlace de los puentes cruzados, con lo que el músculo retorna a su estado original de reposo.

Algunas enfermedades del sistema muscular, sus causas y prevención Cuando nos sometemos a un ejercicio vigoroso por un tiempo prolongado, se suelen presentar daños musculares, especialmente cuando los músculos no han adquirido un acondicionamiento apropiado; la fatiga muscular es una de las consecuencias más co­ munes del ejercicio excesivo, en ella la contracción muscular se debilita hasta disminuir su capacidad para generar fuerza. Los ca­ lambres musculares también resultan de los ejercicios intensos a que se someten los músculos. El desgarre es otra alteración muscu­ lar, se trata de un estirón o rotura de tendones o músculos de manera accidental, resulta bastante doloroso y requiere de una atención médica inmediata para su tratamiento. Ante los riesgos que represente la práctica de ejercicios de manera improvisada, es importante reunir información sobre las etapas graduales y la periodicidad con que deben realizarse o recurrir a un instructor que oriente sobre el caso. La miastenia gravis es una enfermedad que se origina por la alte­ ración en la transmisión neuromuscular; al parecer esta anormali­ dad se debe a un proceso autoinmune, el cual consiste en que el paciente produce anticuerpos que atacan a los receptores muscula­ res de acetilcolina, lo que impide que las fibras musculares se con­ traigan. Los enfermos presentan síntomas iniciales de debilidad, fatiga muscular y dificultad para deglutir. Esta enfermedad requiere de un tratamiento especializado. Distrofias musculares: son enfermedades en las que se debilitan y degeneran progresivamente los músculos. En los niños, su forma más frecuente es la distrofia de Duchenne (ya referida en el bloque 2, Tema 2.5 Anomalías humanas más comunes ligadas a los cromoso­ mas sexuales) y la más común en los adultos es la distrofia muscular miotónica. Este trastorno muscular está ligado al cromosoma X por eso se desarrolla más en personas del sexo masculino. Sus sín­ tomas iniciales son la debilidad muscular que dificulta hablar, ca­ minar y manejar objetos; la extensión de la parálisis a los músculos del tronco genera dificultades al deglutir, masticar y respirar. La mayoría de los pacientes mueren de 3 a 5 años de que aparezca la enfermedad. Actualmente se realizan investigaciones para encon­ trar la terapia que frene su avance. 144

Actividad de aprendizaje Menciona las características y función de los tres tipos de músculo. a) Esquelético:

b) Liso:

c) Cardiaco:

¿Qué le sucede a la fibra muscular cuando los filamentos de actina se deslizan sobre los filamentos de miosina hacia el centro del sarcó­ mero?

¿Cuándo se forman los puentes cruzados?

¿Cuál es la causa del rigor mortis que presentan los cadáveres?

Explica algún trastorno del sistema muscular, su causa y prevención.

Actividad de aprendizaje Investiga sobre los diferentes tipos de músculos que forman el sistema muscular (estriado, liso y cardiaco), sus características e importancia, los problemas de salud que pueden presentar, así como las medidas preventivas para evitarlos. Comparte en plenaria la información.

Sistema esquelético El sistema esquelético es el armazón que protege los órganos inter­ nos y sostiene el cuerpo, permitiéndole permanecer erecto y reali­ zar movimientos. El esqueleto humano es un endoesqueleto porque es interno, sólo lo tienen los cordados y equinodermos; en los cordados realiza las siguientes funciones: n Dar

soporte al cuerpo y proteger los órganos internos, por ejemplo, el encéfalo y la médula espinal; los cuales forman el

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sistema nervioso central, se encuentran protegidos por el crá­ neo y la columna vertebral. n Permitir la locomoción al interactuar con el músculo esque­ lético. n Producir células sanguíneas (eritrocitos, leucocitos y plaque­ tas) en la médula ósea roja localizada en el tejido óseo espon­ joso de algunos huesos como el de las piernas y el esternón. n Almacena calcio y fósforo, mismos que son liberados cuando el organismo lo requiere, manteniendo concentraciones cons­ tantes de estos iones en la sangre.

Estructura y función de los componentes del sistema óseo Los huesos, son de distinto tamaño, algunos muy pequeños como los que tiene el oído medio (el martillo, yunque y estribo) y otros largos como el hueso superior del brazo (húmero) o el hueso del muslo (fémur). Casi dos terceras partes de la composición del hue­ so son de material inorgánico (minerales) y una tercera parte de materia orgánica. En cuanto a su forma son largos, cortos, planos e irregulares. El permanente intercambio de minerales y otros nutrientes con la sangre le permiten un continuo cambio como cualquier otro teji­

Epífisis

Cartílago articular

Periostio

Diáfisis Médula

Nervio Cavidad medular

Arteria Vena

Epífisis Hueso esponjoso Figura 5.13

Hueso compacto

Estructura del hueso largo típico.

Cartílago articular

do. Los huesos se encuentran cubiertos por una envoltura de tejido conectivo fibroso llamado periostio, de donde se insertan tendo­ nes musculares y ligamentos. El cuerpo de un hueso largo como los que sostienen los brazos o piernas, se llama diáfasis y los extremos epífisis. En los huesos de los niños hay un disco cartilaginoso llamado metáfisis, entre las diáfisis y epífisis, que son sus áreas de crecimiento, éste degenera conforme avanza la edad. Los huesos largos tienen una capa externa de hueso compac­ to, que por ser un material duro y denso resiste los impactos, se compone de células óseas maduras llamada osteocitos y fibras de colágena. Los osteocitos se encuentran organizados en círculos concéntricos alrededor de los pequeños conductos de Havers (que  forman los sistemas haversianos) por donde pasan los ner­ vios y los vasos sanguíneos que transportan sus nutrientes y retiran sus desechos. Además las prolongaciones citoplasmáticas de cada osteocito se extienden para comunicarse con otros y con los vasos sanguíneos. El hueso esponjoso se encuentra bajo la capa del hueso compac­ to, es muy poroso, le da mayor fortaleza al hueso, aunque tenga me­ nos peso, entre sus espacios se encuentra la médula ósea roja, donde se forman las células sanguíneas, también la médula amarilla que almacena grasa y minerales. El cartílago está formado por células llamadas condrocitos; éstas secretan una matriz sólida y flexible de colágena donde quedan in­ mersos. Los condrocitos se nutren y eliminan sus desechos por di­ fusión a través de la matriz de colágena. El esqueleto humano durante el desarrollo embrionario está formado por cartílagos que de manera gradual se reemplazan por huesos. Las principales funciones del cartílago son: cubrir los extremos de los huesos, acojinarlos en las articulaciones; formar los meniscos en la rodilla que ayudan al soporte del peso; formar parte del oído externo y de la punta de la nariz; estructurar la laringe, tráquea y bronquios; unir las vértebras, costillas y esternón; y formar los dis­ cos localizados entre las vértebras. En las personas que practican algún deporte, son frecuentes las le­ siones de los cartílagos, en especial los meniscos, que llegan a in­ movilizar la rodilla hasta necesitar la intervención quirúrgica. Articulaciones. La articulación es la conexión entre dos o más huesos, la cual permite a un hueso moverse y cambiar de posición con respecto a otro. Las principales articulaciones de movimiento libre son las siguientes: n Articulación en bisagra permite el movimiento hacia delan­

te y atrás, por ejemplo, las articulaciones en codos, rodillas y dedos. La articulación de la rodilla está compuesta por una cápsula articular de tejido conectivo, cuyas paredes se encuen­ tran tapizadas por una membrana que produce el líquido si­

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Figura 5.14

Articulación en bisagra. Tríceps Cuando el bíceps se contrae, relajado el antebrazo se levanta y cuando el tríceps se contrae el antebrazo se endereza.

Tríceps contraído

dor de los osteoblastos, éstos quedan encerrados y reciben el nom­ bre de osteocitos, que son las células óseas maduras.

Bíceps contraído Tríceps relajado

Bíceps contraído

Las características del sistema esquelético

Bíceps relajado

Tríceps contraído

Bíceps relajado

novial, que es un lubricante, los meniscos que son piezas de cartílago, los extremos de los huesos que se conectan en la ar­ ticulación cubiertos de cartílago y los ligamentos que refuer­ zan la articulación. En sus movimientos dos tipos de múscu­ los: los flexores, que al contraerse reducen el ángulo de la articulación; y los extensores que cuando se contraen endere­ zan la articulación, aumentando su ángulo. n Articulación

multiaxial facilita el movimiento en distintas direcciones, por ejemplo, el movimiento de los brazos y pier­ nas. En estas articulaciones el extremo redondeado de un hue­ so entra en la cavidad de otro, por eso se le llama articulación de bola y receptáculo, lo que permite los distintos movimientos.

Ligamentos, éstos son bandas de tejido conectivo fibroso que unen a los huesos con las articulaciones. Son muy resistentes y tienen cierta elasticidad; sin embargo, ante el ejercicio violento el estira­ miento del ligamento puede ocasionar un esguince que es una pe­ queña rasgadura. Cuando se estiran demasiado a consecuencia de una severa tensión en una articulación puede ocasionar una luxa­ ción o dislocación, la cual consiste en que el hueso se desplace fue­ ra de su lugar.

La remodelación de los huesos Las células formadoras de los huesos son los osteoblastos, por medio de sus secreciones de fibra de proteína colágena se forma la matriz dura del hueso, cuando las secreciones se extienden alrede­ 146

Otras células que participan en la remodelación de los huesos son los osteoclastos, que por medio de sus enzimas degradan la matriz del hueso. Los osteoblastos y los osteoclastos aunque tengan fun­ ciones antagónicas moldean los huesos, proceso que consiste en su reemplazo cuando éstos envejecen.

El esqueleto humano se suele dividir en esqueleto axial y esqueleto apendicular, el axial se ubica a lo largo del eje central del cuerpo y lo forman el cráneo, la columna vertebral y el esternón; el esquele­ to apendicular está formado por los huesos de los brazos, manos, piernas y pies, así como los huesos de la cintura escapular o torácica y los de la cintura pélvica (cadera). En la cintura escapular se conec­ tan las extremidades superiores con el esqueleto axial y en la cintu­ ra pélvica las extremidades inferiores. Los fósiles de los primeros antropomorfos (animales con rasgos hu­ manos) considerados como nuestros antepasados, revelan que eran cuadrúpedos (empleaban sus cuatro extremidades para desplazarse), como los actuales simios; con el avance evolutivo nuestros antepa­ sados fueron adquiriendo la posición bípeda. El fósil de Lucy, parte del esqueleto de una pequeña mujer que vivió hace más de tres mi­ llones de años, fue hallado en Etiopía en 1974, demuestra que ya tenía una postura erguida; sin embargo, los rasgos conser vados en pies y manos así como las proporciones de sus extremidades indi­ can que tenía la habilidad de trepar árboles. Si comparáramos el esqueleto humano con el de un primate cua­ drúpedo, por ejemplo el chimpancé, encontraríamos mucha dife­ rencia; sin duda el gran salto evolutivo de los homínidos se debió a su posición erecta y el caminar con sus dos extremidades inferiores, esto fue posible por la curva en forma de S que adquirió su colum­ na vertebral, la cual contribuyó a mantener equilibrado el cuerpo de forma vertical, en cambio el animal cuadrúpedo la tiene arquea­ da en forma horizontal. Aunque la especie humana comparte con los simios la caracterís­ tica del dedo pulgar opuesto, su postura erecta le ha facilitado pro­ ducir sus primeros utensilios tallados en piedra y hueso, además de manipular diversos objetos y armas, lo que contribuyó a modificar su entorno, en busca de un mejor acomodo.

Trastornos relacionados con el sistema esquelético La artritis es un trastorno común del esqueleto; ocurre por la in­ flamación de las articulaciones. Por lo general se presenta con el

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Temporal Maxilar inferior

Frontal Maxilar superior Vértebras cervicales

Clavícula Esternón

Omóplato Húmero

Costillas Costilla flotante

Vértebras lumbares

Cúbito Radio

Íleon

Pubis

Sacro

Carpo Metacarpo Isquión Fémur Rótula

Se relaciona con el descenso de la producción de estrógenos des­ pués de la menopausia, ya que esta hormona ayuda a mantener la densidad de los huesos. Sin embargo, deben tomarse en cuenta otros factores, por ejemplo, después de la edad adulta la degra­ dación de las células óseas (por acción de las enzimas de los os­ teoclastos) empieza a superar al proceso de su producción (por los osteoblastos), de manera opuesta a como se realizaba en las prime­ ras etapas de la vida, lo que provoca que el mantenimiento de los huesos decline de manera natural. Otros factores importantes que influyen en el desarrollo de esta enfermedad son la falta de ejercicio y de un régimen alimenticio rico en proteínas y calcio. Los huesos se debilitan conforme avanza la enfermedad y la persona que la pa­ dece se expone más a las fracturas de éstos, de allí la necesidad de recurrir con frecuencia a una atención médica adecuada. Otros tipos de trastornos son los esguinces, luxaciones y fracturas, por lo general, las que más requieren atención son las luxacio­ nes  (desplazamiento del hueso fuera de posición normal) y las fracturas, en ambos casos, lo recomendable es mantener el hue­ so en posición normal e inmovilizarlo en tanto se acude al servi­ cio médico. Actividad de aprendizaje Realiza una investigación documental sobre los tipos de hueso y resuel­ ve las preguntas del cuestionario correspondiente.

Actividad de aprendizaje

Tibia

¿Qué diferencias hay entre el hueso compacto y el esponjoso en cuan­ to a su ubicación, estructura y función?

Peroné Tarso Metatarso

¿Qué funciones desempeña el cartílago en el cuerpo humano?

Figura 5.15

El esqueleto humano.

envejecimiento; en algunos casos el enfermo encuentra alivio con ejercicios adecuados y analgésicos que el médico le suministra. La artritis reumatoide es más grave; al parecer se produce por un  mecanismo autoinmune mediante el cual el sistema inmune destruye los tejidos; existe un mayor número de casos de esta en­ fermedad en mujeres. Los medicamentos antiinflamatorios que el médico prescribe para cada caso ayudan a sobrellevar la enferme­ dad. En algunos casos las articulaciones afectadas se reemplazan por artificiales mediante proceso quirúrgico. Otro trastorno del esqueleto es la osteoporosis, enfermedad que origina la pérdida ósea; es más frecuente su desarrollo en la mujer.

¿Qué es una articulación, qué diferencias hay entre una articulación en bisagra y una multiaxial y qué importancia tienen para la vida?

¿Qué ventajas obtuvieron los primeros homínidos al desarrollar la co­ lumna vertebral en forma de S?

147

  5 BLOQUE

  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Describe algún trastorno relacionado con el sistema esquelético, sus causas y medidas para prevenirlo.

Explica las principales funciones del sistema esquelético.

Aparato digestivo Funciones identificadas en el proceso digestivo La mayoría de los animales dispone de un sistema digestivo encar­ gado de transformar el alimento en un material aprovechable para su nutrición. En tal proceso se han identificado las siguientes fun­ ciones. n Ingestión.

Una vez que el animal selecciona su alimento, el siguiente paso es introducirlo por acción mecánica a la cavi­ dad del tubo digestivo, proceso denominado ingestión. Cada especie ha desarrollado su propia forma de ingerir alimentos.

n Digestión. Los animales se alimentan de compuestos forma­

dos por macromoléculas de origen vegetal o animal, para ser aprovechados requieren ser transformados en sus monóme­ ros, los cuales son las moléculas que las forman, para que pue­ dan transportarse a través de la membrana de las células del tubo digestivo. Este proceso de degradación del alimento para que sea aprovechado por las células del animal se llama diges­ tión, la cual consta de procesos físicos y químicos.

a)  Procesos físicos o mecánicos. Consiste en la trituración del alimento hasta convertirlo en partículas pequeñas. b)  Procesos químicos. Las transformaciones químicas ocu­ rren por la acción de las enzimas y otras sustancias secre­ tadas por las células del tubo digestivo y órganos acceso­ rios, las cuales transforman los polímeros a monómeros de fácil absorción. n Absorción.

Las moléculas nutrientes pasan por absorción a través de la membrana plasmática de la célula que reviste el tubo digestivo y llegan al torrente sanguíneo que las transpor­ ta a las células, donde son incorporadas o degradadas para proporcionar energía.

n Egestión. El material que no se digiere es expulsado del tracto

digestivo y eliminado por el organismo.

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Sistema digestivo humano El sistema digestivo humano (como ejemplo de mamífero) se com­ pone de boca, esófago, estómago, intestinos delgado y grueso, recto y ano, además de las estructuras anexas como las glándulas salivales, el páncreas y el hígado.

Boca En la boca de los vertebrados se lleva a cabo la ingestión de alimen­ tos; en aquellos que disponen de dientes se tritura el alimento. Los peces, anfibios y reptiles disponen de dientes de forma aguda y simple. En cambio en los mamíferos los dientes tienen diferentes formas y tamaños que les dan funciones específicas. La dentición humana en la niñez se compone de 20 piezas, que después se pier­ den para dar lugar a un conjunto de 32 dientes permanentes en el adulto. En cada maxilar hay l6, de los cuales cuatro son incisivos, de estructura plana, adaptados para cortar; dos caninos, que son lar­ gos con forma puntiaguda especializados para perforar y desgarrar; cuatro premolares y seis molares, propios para triturar y moler los alimentos. En la boca también se humedece el alimento con la sa­ liva, que es una secreción producida por tres pares de glándulas, para que así pueda deglutirse con facilidad; por el bicarbonato de sodio que contiene, la saliva es ligeramente alcalina. En los mamí­ feros resulta importante la enzima amilasa salival (ptialina) que también se encarga de iniciar la degradación del almidón y del glu­ cógeno. Una vez lubricado el alimento por la saliva, con la ayuda de la lengua, que también es una adaptación de los vertebrados, se for­ ma una masa llamada bolo, que se deglute. En los mamíferos la len­ gua presenta corpúsculos gustativos que son receptores de sabores de los alimentos.

Faringe y esófago Con la ayuda de la lengua el bolo pasa por deglución a la faringe y después al esófago para entrar al estómago. La faringe es un tubo muscular que comparte el sistema digestivo y respiratorio. Durante la deglución, la abertura hacia el sistema respiratorio se cierra por la epiglotis, que es una pequeña válvula cartilaginosa. El esófago es un tubo muscular que en los seres humanos adultos tiene una longi­ tud aproximada de 25 cm. Los alimentos se impulsan por los mo­ vimientos peristálticos regidos por el sistema nervioso autónomo hasta el estómago.

Estómago El alimento llega al estómago por el esfínter llamado cardias, que después se cierra para impedir el reflujo. El estómago es una bolsa muscular ubicada dentro de la cavidad abdominal. Reviste su pa­ red interna el tejido epitelial columnar simple que tiene un aspecto rugoso por los pliegues que presenta. Este tejido secreta moco que

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Figura 5.16

Sistema digestivo humano. 1 2 A 3

C

B

4

5

6

1. Boca. Aquí se realiza la masticación e insalivación de los alimentos. 2. Faringe. Este conducto lo comparte el aparato digestivo y el respiratorio. Comunica la boca con el esófago y la nariz con la faringe. 3. Esófago. Tubo muscular que conduce el alimento al estómago. 4. Estómago. A través de las contracciones musculares de este órgano se realiza la digestión gástrica del alimento y al mezclarse éste con el jugo gástrico se forma el quimo. 5. Intestino delgado. En este conducto se termina la transformación química por acción enzimática del jugo pancreático e intestinal y por la bilis. Las vellosidades intestinales absorben los nutrientes. 6. Intestino grueso. Absorbe agua y sales minerales, con el material no utilizado se forman las heces fecales que se eliminan. 7. Recto. Retiene las heces fecales que son expulsadas al exterior por el ano. A. Glándulas salivales. Secretan saliva que ablanda el alimento. Ésta contiene enzimas que inician la digestión de los carbohidratos. B. Hígado. Fabrica la bilis que se almacena en la vesícula billiar. Ésta emulsiona las grasas en el intestino delgado. C. Páncreas. Produce el jugo pancreático cuyas enzimas actúan en la digestión de carbohidratos, grasas y proteínas en el intestino delgado.

7

cubre la superficie de la pared. El estómago humano puede almace­ nar hasta cuatro litros de alimento, y en él se realiza la digestión gás­ trica. En la pared estomacal se localizan las glándulas gástricas, sus células parietales secretan ácido clorhídrico, en tanto que las principa­ les secretan un precursor de la enzima pepsina llamada pepsinógeno. Ambas secreciones, junto con el agua en la que se disuelven, for­ man el jugo gástrico. Cuando se activa la enzima pepsina, degrada las moléculas de proteínas en cadenas cortas de aminoácidos. Esta enzima sólo actúa en un pH ácido, medio que es producido por la secreción del ácido clorhídrico. El moco, que es alcalino, protege la pared del estómago; sin embargo, no siempre esta protección se logra en su totalidad, cuando parte del revestimiento se digiere for­ ma una úlcera péptica. Se ha comprobado que su principal factor causal es la bacteria Helicobacter pylori, que al infectar las células se­ cretoras de moco hace que éstas disminuyan el moco que protege el revestimiento estomacal. La digestión gástrica transforma quí­ micamente el alimento en una suspensión ácida llamada quimo, la cual pasa por el esfínter pilórico al intestino delgado.

Intestino delgado En el intestino delgado se completa la digestión del alimento y las moléculas de los nutrientes son absorbidas por las vellosidades de su pared. El intestino delgado en el adulto tiene una longitud

aproximada de seis metros y se divide en tres regiones: duodeno, yeyuno e íleon. La mayor parte de la digestión química ocurre en el duodeno. La bilis y las enzimas del jugo pancreático entran a éste y junto con las enzimas del jugo intestinal secretadas por las células epiteliales que revisten la pared del duodeno digieren el material nutritivo a sus unidades moleculares. La bilis producida por el hígado no contiene enzimas, sino agua, iones, sales biliares, bilirrubina y colesterol. Las sales biliares emul­ sionan las grasas. El jugo pancreático contiene una elevada concentración de bi­ carbonato y la enzima tripsina que continúa la degradación de las proteínas (degrada péptidos largos en más pequeños). La amilasa pancreática continúa la degradación del almidón en disacárido mal­ tosa y la lipasa transforma las grasas en ácidos grasos y glicerol. Del jugo intestinal —también llamado entérico—, las enzimas peptidasa también actúan sobre las proteínas convirtiéndolas en aminoácidos. La maltasa transforma la maltosa en glucosa; la lacta­ sa actúa sobre la lactosa (azúcar de la leche) transformándola en glucosa y galactosa; la sacarasa, que desdobla la sacarosa en glucosa y fructosa; nucleasas y proteasas intestinales, que separan los áci­ dos nucleicos. La pared del intestino delgado está revestida por vellosidades que le dan un aspecto aterciopelado; dentro de cada vellosidad hay va­ 149

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

sos sanguíneos y linfáticos. Cuando concluye la digestión, las célu­ las de la pared interna del intestino delgado absorben las moléculas de los nutrientes a través de sus vellosidades por difusión, pero es­ pecialmente mediante el proceso de transporte activo. Los monosacáridos, aminoácidos, sales minerales y algunas vita­ minas pasan a los vasos sanguíneos de las vellosidades y llegan al hígado conducidos por la vena porta. Los ácidos grasos, el glicerol y otras vitaminas penetran por los vasos linfáticos al sistema circu­ latorio. Al igual que el estómago, también el intestino delgado pro­ duce secreciones mucosas que lo protegen de la autodigestión.

Intestino grueso La materia no aprovechada compuesta por la parte del quimo que no fue absorbida, la celulosa de vegetales ingeridos, grasas, además de las bacterias que participan en la digestión, pasa al intestino grueso que tiene una longitud aproximada de 1.3 metros, pero con un diámetro mayor que el intestino delgado. En él se absorben agua y sales minerales de este material de desecho. Tras continuar su re­ corrido hasta el recto, estos desechos llamados excrementos son eli­ minados a través del ano mediante la egestión.

Funciones del páncreas y del hígado El páncreas e hígado son glándulas que se localizan en la parte su­ perior del abdomen; además de contribuir a la digestión desempe­ ñan otras funciones. El páncreas produce y secreta las enzimas digestivas que compo­ nen el jugo pancreático y que se vierten al duodeno. Por secretar su material a una cavidad se le cataloga como glándula exógena. Pero, además, secreta insulina y glucagón, hormonas que regulan el nivel de glucosa en la sangre. Por secretar estas sustancias a la sangre se dice que es una glándula endocrina. El hígado es la glándula más grande del organismo y realiza una se­ rie de funciones importantes, entre las que destacan las siguientes. n Produce la bilis, una secreción amarillo­verdosa, que almace­

na en la vesícula biliar, de donde se libera a través de un con­ ducto al intestino delgado. La bilis facilita la digestión de las grasas.

n Almacena glucosa en forma de glucógeno, que puede volver a

transformarse en glucosa cuando el organismo lo requiere. También almacena vitaminas A, B y D, además de hierro, im­ prescindible en la formación de glóbulos rojos.

n

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Participa en la eliminación de sustancias tóxicas para el organis­ mo. Por ejemplo, los desechos que resultan de la degradación de los aminoácidos que se expulsan a través de la orina, así como eliminar alcohol de la sangre y de otros tipos de sustan­ cias nocivas al organismo.

Actividad de aprendizaje Realiza una investigación documental sobre el aparato digestivo, sus componentes y su función. Con la información obtenida elabora un organizador gráfico.

Enfermedades relacionadas con el aparato digestivo La bulimia es un desorden alimenticio que en los últimos años se ha presentado con más frecuencia entre mujeres adolescentes, de­ bido a la obsesión de querer verse más esbeltas. Las personas bulí­ micas, después de comer una cantidad excesiva de alimento se provocan vómitos, a veces en repetidas ocasiones durante el día. También ingieren laxantes y realizan ejercicios físicos intensos ante la posibilidad de un incremento de peso. El vómito frecuente pue­ de conducir a graves alteraciones en el organismo, como lesiones en el esófago por acción de la acidez del material que se vomita, así como el deterioro del esmalte de los dientes. Otras consecuencias de la bulimia son la hipertensión arterial y desnutrición. La anorexia es otro desorden alimenticio que se caracteriza por el rechazo del alimento y la pérdida del apetito, porque creen tener sobrepeso, a pesar de que su peso sea normal o inferior. El temor al incremento de peso hace que el anoréxico coma poco y realice in­ tensos ejercicios; esto lo convierten en una persona muy delgada, con graves consecuencias para su salud. En casos críticos se requiere la hospitalización de los individuos que sufren este desorden ali­ menticio y desnutrición, que puede incluso ocasionar la muerte. La obesidad es una enfermedad que se caracteriza por el incre­ mento del tejido adiposo y poco desarrollo muscular. Se relaciona con otras enfermedades como la arterioesclerosis, hipertensión arterial, el infarto al miocardio, síndrome metabólico, diabetes en­ tre otras. Sus causas son diversas, en ciertos casos es posible que su origen sea genético, que predisponga a la persona al desarrollo de esta alteración. Sin embargo, hay opiniones aún de que con esta si­ tuación se puede superar el desarrollo de la obesidad, modificando los hábitos alimenticios y practicando algún tipo de ejercicio. En raros casos la obesidad tiene su origen por un mal funcionamiento de las glándulas de secreción interna, por lo general se debe al con­ sumo excesivo de alimentos con muchas calorías, preparados a base de azúcares, almidones y grasas, además del sedentarismo, o sea la inmovilidad que ocasiona el prolongado tiempo que se le de­ dica a los programas televisivos o en la utilización de la compu­ tadora. Las medidas preventivas que se proponen son elegir adecuada­ mente los alimentos, practicar algún deporte o realizar ejercicios de manera cotidiana y en caso de alguna alteración metabólica recu­ rrir a la atención médica especializada.

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Actividad de aprendizaje

2. Coloca en orden los portaobjetos sobre una hoja de papel blanco.

Elabora un collage o periódico mural sobre los problemas de salud más comunes relacionados al aparato digestivo, sus causas y medidas de prevención. Presenta ante tu grupo la información de tu material. Se evalúa en la página 201.

3. Al portaobjetos marcado con las letras RL (reactivo de lugol), pon­ le una gota de lugol y extiéndelo a lo largo. Observa el color del lugol esparcido sobre el portaobjetos y registra tus observacio­ nes.

Para tu reflexión

4. Produce saliva masticando una liga de hule y viértela en un tubo de ensayo, hasta alcanzar un cuarto del tubo. En otro tubo pon la misma cantidad de solución de almidón. Mezcla las dos sustan­ cias pasando el contenido de un tubo a otro y agítalo.

Fue muy importante el trabajo que de manera circunstancial realizó el Dr. William Beaumont (1785­1853) para conocer los procesos digesti­ vos y la acción de los jugos gástricos. En 1822 Beaumont, médico de la armada de Estados Unidos, tuvo la oportunidad de curar a un joven cazador llamado Alexis St. Martin, quien de manera accidental recibió un balazo en el abdomen que le perforó el estómago. A pesar de que el doctor le suturó la herida, ésta no cerró completamen­ te, permaneciendo un orificio que comunicaba el exterior con el estóma­ go. Esta situación fue aprovechada por el médico para observar y conocer las fases de la digestión estomacal, para cuyo propósito pudo persuadir al joven para que permaneciera por un tiempo a su lado. Los experimentos realizados contribuyeron a los conocimientos sobre la función del estómago.

Actividad experimental

5. Con intervalos de 2 min coloca una gota de la mezcla con saliva y almidón en cada portaobjetos; agrega una gota de lugol, mezcla las dos gotas con una aguja de disección limpia y extiéndela a lo largo del portaobjetos. (El punto de partida será con el portaobje­ tos marcado con 0, 2 min después con el número dos y así suce­ sivamente.) Registra tus observaciones con respecto a la coloración que ad­ quiere la mezcla de saliva y almidón ante la presencia del lugol en cada portaobjetos. 6. Repite el paso cuatro, vierte la saliva y el almidón en tres tubos de ensayo y caliéntalos dentro de un vaso de precipitados con agua, uno a 37 °C, otro a 60 °C y el otro hasta que hierva. 7. Repite el paso cinco y comprueba la acción enzimática del conte­ nido de cada tubo.

Conclusiones

Acción enzimática en la digestión Las enzimas son proteínas con acción catalizadora. El catalizador es la sustancia que por lo general acelera las reacciones químicas en la cé­ lula sin sufrir cambios en el proceso. La sustancia sobre la cual actúa la enzima se llama sustrato, de la combinación de ambas se forma el complejo enzima­sustrato, que luego se descompone para liberar la enzima y los productos de la reacción. En esta práctica veremos la ac­ ción de la amilasa contenida en la saliva que degrada el almidón.

Elabora un resumen acerca de tus conclusiones. Actividad de aprendizaje Presenta en un resumen tus conclusiones sobre la Actividad experi­ mental, Acción enzimática en la digestión.

Objetivos. Conocer la acción enzimática de la amilasa.

Actividad de aprendizaje

Material

¿Qué diferencias hay entre los procesos físicos y químicos de la diges­ tión?

n Reactivo de lugol n Gradilla n Gotero n Portaobjetos n Marcador n Aguja de disección n Etiquetas n Papel absorbente

n Dos ligas de hule n Reloj n Solución a 1% de almidón n Termómetro n V aso de precipitados

de 20 ml n Parrilla eléctrica n Tubos de ensayo

Procedimiento

¿En qué parte del tubo digestivo ocurre la absorción de los nutrientes?

¿Cuál es el órgano donde por la transformación química el alimento se convierte en la suspensión llamada quimo?

1. Toma seis portaobjetos y marca en uno de sus extremos: RL, 0, 2, 4, 6, 8, en cada uno.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

¿En qué parte del intestino delgado el quimo se mezcla con la bilis y el jugo pancreático?

¿Por qué el páncreas tiene funciones de glándula exógena y endo­ crina?

¿Qué diferencias hay entre la bulimia y la anorexia?

Sistema circulatorio o de transporte El sistema cardiovascular (del griego kardia: corazón y del latín: vasculum: vaso) humano incluye tres principales tipos de vasos san­ guíneos: arterias, capilares y venas. El corazón bombea la sangre

por las arterias grandes que después se ramifican en arterias más pequeñas llamadas arteriolas, las cuales forman vasos microscópicos que son los capilares. Después de conducir la sangre por un órgano, los capilares se fusionan y forman venas pequeñas llamadas vénulas y luego a venas grandes por donde la sangre retorna al corazón. El corazón es un órgano muscular con un tamaño aproximado al de un puño; se ubica en la cavidad torácica, atrás del esternón. Éste se encuentra envuelto y sujeto por un resistente saco del tejido co­ nectivo llamado pericardio. La pared del corazón está formada por células del músculo cardiaco unidas a fibras de colágeno. Se con­ trae en forma rítmica para impulsar la sangre, a través de la secuen­ cia de contracción (sístole) y relajación (diástole) del ciclo cardiaco. El corazón dispone de cuatro cámaras: dos aurículas y dos ventrícu­ los. La sangre transportada por las venas llega a las aurículas, luego fluye hacia los ventrículos de donde sale a través de las grandes ar­ terias. Para impedir que la sangre fluya de regreso entre cada au­ rícula y ventrículo hay una válvula. La válvula auriculoventricular (av) derecha o válvula tricúspide está situada entre la aurícula y el ventrículo derechos, y la válvula auriculoventricular (av) izquierda o válvula mitral o bicúspide entre la aurícula y el ventrículo izquierdos. Entre cada ventrículo y arteria que sale de esta cavidad hay una vál­ vula semilunar: entre el ventrículo izquierdo y la arteria aorta está

Arteria pulmonar

Arteria aorta

Válvula aórtica Vena cava

Vena pulmonar Válvula pulmonar Aurícula derecha Aurícula izquierda

Válvula tricúspide

Válvula mitral Ventrículo izquierdo

Figura 5.17

Esquema del corazón.

152

Ventrículo derecho

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la válvula aórtica y entre el ventrículo derecho y la arteria pulmonar está la válvula pulmonar. En el sistema circulatorio del ser humano se lleva a cabo el trans­ porte de gases y nutrientes. Este sistema es cerrado. El corazón es el órgano que bombea la sangre, la cual circula por arterias, arte­ riolas, capilares, vénulas y venas. Las arterias llevan la sangre del corazón a los tejidos y al ramificarse forman las arteriolas y después los pequeños conductos llamados capilares, conducen las sustan­ cias nutritivas y el oxígeno a las células. Posteriormente los capila­ res se fusionan y forman las vénulas y éstas a su vez las venas grandes que transportan la sangre al corazón. El corazón consta de cuatro cavidades: dos aurículas y dos ventrículos. La sangre sale del cora­ zón por la arteria aorta que se ramifica en arterias más delgadas hasta los capilares, irrigando la cabeza, los órganos internos y las extremidades superiores e inferiores; los capilares se convierten en pequeñas venas que al unirse forman venas grandes, las cuales re­ gresan la sangre al corazón: la vena cava superior conduce la san­ gre de la cabeza y los brazos, la vena cava inferior lleva la sangre de la parte inferior del cuerpo. Estas dos venas vierten la sangre en la aurícula derecha (ad), de donde se transporta al ventrículo del mismo lado, pasando por la válvula tricúspide (cuya función es impedir el reflujo de la sangre al contraerse esa cavidad). Del ven­ trículo derecho (vd) la sangre sale por la arteria pulmonar que se ramifica en dos, llegando a cada pulmón, donde se transporta la sangre hasta los capilares de los alvéolos, a través de los cuales se elimina el bióxido de carbono y entra el oxígeno. La sangre oxige­ nada retorna al corazón por las venas pulmonares a la aurícula iz­ quierda (ai), de aquí pasa al ventrículo del mismo lado por medio de la válvula bicúspide o mitral. Al contraerse esta cavidad impulsa la sangre por la arteria aorta, que irriga todos los tejidos. El abaste­ cimiento de sustancias nutritivas y de oxígeno, así como el desecho del bióxido de carbono y de los residuos nitrogenados, se realizan entre la sangre y las células de los tejidos a través de los capilares.

Sistema vascular linfático El sistema linfático es parte importante del sistema inmune, el cual tiene por función combatir a los agentes causantes de enfermeda­ des e infecciones. Semejante al sistema venoso, el linfático se compone de una red interconectada de vasos que se forman en los espacios entre las cé­ lulas, donde colectan el fluido que se filtra de los capilares sanguí­ neos a los espacios de los tejidos. Este fluido recibe el nombre de linfa y los vasos linfáticos se encargan de regresarlo al torrente san­ guíneo por las dos venas subclavias, que se localizan debajo de las dos clavículas. Distribuidos en todo el sistema linfático se encuentran los nódulos linfáticos o linfonodos (llamados también ganglios linfáticos) y al­ gunos órganos como el timo y el bazo.

Cuando la linfa transporta una sustancia extraña (antígeno), es de­ tectada en los nódulos linfáticos, lo que genera la multiplicación de los linfocitos, como los linfocitos B que fabrican anticuerpos y los linfocitos T que regulan el sistema inmune. Por ejemplo, los ma­ crófagos, un tipo de glóbulos blancos, pueden fagocitar a las bacte­ rias y presentárselas a los linfocitos T; éstos, al encontrarse a los macrófagos que llevan los restos de bacterias (antígeno) sobre su superficie, reciben el antígeno y pueden estimular a otros dos tipos de linfocitos T. Cuando se activa el linfocito Th1 (la letra h viene de helper que en inglés significa cooperador) estimula químicamen­ te a los macrófagos para que puedan fagocitar mayor cantidad de cuerpos extraños que encuentren. A este tipo de respuesta se le lla­ ma respuesta inmune celular. En cambio, si se activa el linfocito Th2, estimula a los linfocitos B para que produzcan anticuerpos especí­ ficos (un tipo especial de  proteína) para destruir a los invasores. A este tipo de respuesta se le llama inmune humoral. Ante la invasión de microorganismos por alguna infección, los lin­ focitos se multiplican, los nódulos linfáticos se inflaman y duelen. El sistema vascular linfático junto con el sistema cardiovascular for­ ma el sistema circulatorio; tiene como principales funciones lim­ piar y regresar el fluido tisular al sistema circulatorio y producir linfocitos que regulen el sistema inmune.

Células sanguíneas del ser humano y su función La sangre en los vertebrados es un líquido que al circular por todo el cuerpo transporta gases, nutrientes y desechos. En una persona adulta el volumen de sangre circulante es aproximadamente 8% de su peso total. Así, una persona que pesa 80 kg dispone alrede­ dor de 6.4 litros de sangre en su sistema circulatorio. Los componen­ tes de la sangre son: plasma, glóbulos rojos y blancos, y plaquetas. Plasma. Es la parte líquida de color amarillo compuesta por agua (90­92%), proteínas, sales en solución y las sustancias que trans­ porta a las células, así como los productos de desecho. El plasma sirve como medio de transporte de las células sanguíneas (glóbu­ los rojos y blancos) y las plaquetas.

Células sanguíneas Glóbulos rojos, eritrocitos o he­ matíes. Tienen la forma de disco bi­ cóncavo. En los mamíferos, cuando el glóbulo rojo se desarrolla expulsa el núcleo. Se encuentra lleno de molé­ culas de hemoglobina, que es el pig­ mento rojo que transporta el oxígeno y en menor cantidad el bióxido de carbono. Los glóbulos rojos se produ­ cen en la médula ósea.

Figura 5.18

Glóbulos rojos.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Cuadro 5.3 Células sanguíneas Tipo de células

Límite promedio

Función

Glóbulos rojos

5 millones por milímetro cúbico de sangre.

Transporta oxígeno y bióxido de carbono.

Glóbulos blancos

De 6 mil a 9 mil por milímetro cúbico de sangre.

Defienden al organismo contra virus y microorganismos.

Neutrófilos

Alrededor de 60% de los glóbulos blancos.

Fagocitosis.

Eosinófilos

De 1 a 3% de los glóbulos blancos.

Liberan sustancias que destruyen los parásitos.

Basófilos

Menos de 1% de los glóbulos blancos.

Liberan sustancias que incrementan la respuesta inflamatoria. También participan en las reacciones alérgicas.

Linfocitos

De 20 a 40% de los glóbulos blancos.

Producen anticuerpos.

Monocitos

De 2 a 8% de los glóbulos blancos.

Se transforman en macrófagos fagocíticos.

Alrededor de 250 000 por milímetro cúbico de sangre.

Participan en la coagulación sanguínea.

Plaquetas

Glóbulos blancos o leucocitos. Son más grandes que los gló­ bulos rojos, tienen núcleo, no contienen hemoglobina y se en­ cuentran en menor proporción en la sangre que los eritrocitos. Su principal función es defender al organismo contra virus, bacterias y  cualquier agente extraño al cuerpo. Algunos tipos de glóbulos blancos desempeñan un papel importante en el sistema inmune. Los glóbulos blancos se producen en la médula ósea, el bazo, timo, ganglios de las axilas, la mucosa intestinal, placas de Peger (en el intestino) y amígdalas. Existen varios tipos de glóbulos blancos: neutrófilos, linfocitos, monocitos y eosinófilos. Plaquetas. También reciben el nombre de trombocitos y son dimi­ nutos fragmentos de citoplasma envueltos en una membrana. Se derivan de fragmentos de citoplasma de células grandes (megaca­ riocitos) localizados en la médula ósea. Desempeñan un importan­ te papel en la coagulación de la sangre; al parchar las roturas de los vasos sanguíneos, las plaquetas liberan sustancias que atraen a otras plaquetas que al adherirse a la pared del vaso sanguíneo forman un coágulo.

Lo que la sangre transporta La sangre transporta el material que la célula requiere y los desechos de su metabolismo. Algunos de esos materiales son los siguientes: n Los nutrientes desde el tracto digestivo o del órgano donde se

almacenan hasta las células.

n El

oxígeno desde la superficie respiratoria (donde ocurrió el intercambio gaseoso hasta la célula).

n El

bióxido de carbono que se desecha durante la respiración, desde las células hasta la superficie respiratoria donde se eli­ minan por difusión.

154

n Otros

desechos del metabolismo desde las células hasta los órganos que los eliminan.

n Las hormonas desde las glándulas de secreción interna hasta

el tejido blanco.

n Distribuye el calor producto de las reacciones químicas y así

contribuye a mantener la temperatura interna de los animales endodermos.

n Elementos

del sistema inmune que defienden al organismo contra microorganismos y todo material extraño al cuerpo.

n Participa en el mantenimiento del equilibrio de líquido.

Participación del sistema de transporte en el mantenimiento de la homeostasis La sangre desempeña un papel muy importante para mantener equilibradas las condiciones internas del organismo (homeosta­ sis). Además de abastecer de nutrientes y oxígeno a todas las célu­ las, transportar el bióxido de carbono (CO2)  y otros desechos producidos de su metabolismo hasta los órganos de donde se ex­ cretan de manera continua. También participa en la regulación de la temperatura corporal, al distribuir el calor, cuando éste se incre­ menta por ejercicios físicos o por aumentar la temperatura del am­ biente, la pérdida de calor se logra cuando por estímulos nerviosos los vasos sanguíneos de la piel se dilatan y permiten una circulación de mayor volumen de sangre en el área superficial. Actividad de aprendizaje Realiza una investigación documental sobre los constituyentes del sis­ tema de transporte y sus funciones.

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Problemas de salud relacionados con los sistemas de transporte Se llama presión arterial a la fuerza que ejerce la sangre contra las paredes de las arterias cuando es bombeada por el corazón. En cada latido el corazón impulsa la sangre por arterias, capilares y ve­ nas a todos los tejidos del organismo. A la contracción y relajación del corazón en un latido se conoce como ciclo cardiaco. La fase de contracción del ciclo que es la de bombeo se llama sístole y la parte de relajación o de relleno es la diástole. Por eso, al medir la presión arterial hay dos valores, uno alto y otro bajo. En las personas sanas generalmente es 120/80; esto quiere decir que el corazón ejerce una presión máxima de 120 milímetros de mercurio (mm Hg) du­ rante la fase de bombeo o sístole y en su fase de relleno o diastólica la presión es de 80 milímetros de mercurio. La presión arterial alta o hipertensión es un tipo de trastorno cardio­ vascular ocasionado por incrementos que gradualmente se presen­ tan en la resistencia al flujo sanguíneo por las arterias, lo que hace que la sangre circule a una presión mayor (superior a 140/90 mm Hg) y que el corazón trabaje más para bombear la misma cantidad de sangre. Cuando se mantiene la presión alta por mucho tiempo puede endurecer las paredes de las arterias, lo que dificulta el trans­ porte normal de la sangre y puede conducir a lesiones de órganos internos: riñones, corazón y cerebro. Además, el aumento de traba­ jo al que se somete el corazón puede modificarlo engrosando sus paredes ventriculares, que es lo que se llama hipertrofia ventricular. Se calcula que la hipertensión arterial afecta alrededor de 25% de los adultos, aunque se desarrolla antes de los 45 años se llega a diagnosticar hasta después de los 60. Eso no quiere decir que no existan jóvenes hipertensos.

Esta alteración es conocida como asesino silencioso porque las per­ sonas que la tienen presentan un aspecto saludable y puede ocasio­ nar graves consecuencias si no se recurre al médico especialista para un adecuado tratamiento. El no hacerlo es exponerse a un alto riesgo y a padecer otros trastornos cardiovasculares. Arterosclerosis. Es una enfermedad cardiovascular en la que las arterias pierden su elasticidad en consecuencia del engrosamiento que se presenta en el revestimiento de su pared interna; esto se debe a la acumulación de colesterol y otros lípidos, lo que reduce su diámetro interno y dificulta la circulación sanguínea, ocasionan­ do con ello graves daños a los tejidos que irriga esa arteria. La arte­ rosclerosis puede generar otras enfermedades cardiovasculares de graves consecuencias. Várices. Se originan cuando hay una distensión anormal de las pa­ redes venosas, lo que provoca que las venas aumenten su diámetro; esto impide que las válvulas que evitan el reflujo sanguíneo funcio­ nen normalmente, ocasionando que la venas acumulen mucha sangre. Por lo general se presenta en personas de avanzada edad o las que permanecen paradas por tiempo prolongado.

Factores de riesgo a desarrollar enfermedades cardiovasculares n

La predisposición genética El nivel alto de colesterol en la sangre

n

Hipertensión (presión sanguínea alta)

n

Obesidad

n

La inactividad física

n

Diabetes mellitus

n

Tabaquismo

n

Evaluación Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número que corresponda a la respuesta correcta. Células sanguíneas que tienen como principal función la defensa del organismo contra agentes patógenos.

1. Hipertensión

Consta de una diástole y una sístole.

2. Diabetes

Vasos sanguíneos que transportan la sangre al corazón. Vasos sanguíneos que conducen la sangre desde el corazón.

3. Glóbulos rojos 4. Glóbulos blancos 5. Sistema vascular linfático

Cavidad que recibe la sangre que llega al corazón.

6. Ciclo cardiaco

Cavidad de donde la sangre sale del corazón hacia los pulmones.

7. Arterias

Cavidad que recibe la sangre oxigenada en el corazón.

8. Venas

Cavidad de donde sale la arteria aorta que transporta la sangre a los tejidos. Regresa al sistema circulatorio el fluido que se filtra de los capilares y defiende al organismo contra agentes patógenos. Trastorno que se presenta por incrementos en la resistencia al fluido sanguíneo en las arterias.

9. Ventrículo izquierdo 10. Ventrículo derecho 11. Aurícula derecha 12. Aurícula izquierda

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Para tu reflexión

Enfermedad de las alturas o mal de montaña La enfermedad de las alturas o mal de montaña es un trastorno que ocurre por la falta de oxígeno cuando se asciende a lugares altos. Conforme aumenta la altitud la presión atmosférica disminuye y el aire contiene menor proporción de oxígeno. La enfermedad de las alturas es frecuente en las personas que habitan en lugares que se encuentran a nivel del mar y se trasladan a una lo­ calidad situada a más de 2 000 metros. La escasez de oxígeno hace que se incremente el ritmo y profundidad de la respiración, aumentando al mismo tiempo el ritmo cardiaco, se fatiguen con facilidad y sufran dolor de cabeza. Se presentan alteraciones en los procesos respirato­ rios y circulatorios, como incremento en la alcalinidad de la sangre y se modifica la distribución de sales y agua en la sangre. Al respirar menor cantidad de oxígeno, la sangre va a contener menos oxígeno. A los pocos días el organismo se adaptará a la baja concen­ tración de este gas y responderá produciendo más glóbulos rojos para transportar, más oxígeno y así poder cubrir la cuota normal que requie­ re sus tejidos.

Actividad de aprendizaje Intégrate a tu equipo e investiga acerca de los problemas de salud más comunes del sistema de transporte, sus causas y las medidas para prevenirlos. Con esta información elabora un tríptico o algún otro medio de divulgación para darla a conocer a la población escolar.

Aparato respiratorio y la función de éste Los organismos que poseen células eucarióticas emplean oxíge­ no en la respiración, proceso que a nivel celular tiene lugar en las mitocondrias y mediante el cual se degradan las moléculas orgá­ nicas, se libera la energía almacenada y produce bióxido de carbo­ no y agua; a este proceso se le conoce como respiración aerobia. En cambio, en otros organismos, principalmente procariontes en es­ pecial bacterias y levaduras, la molécula de glucosa se degrada sin la participación del oxígeno; a este tipo de respiración se le llama anaerobia. La palabra respiración se interpreta como las reacciones químicas que ocurren en las células y por las que se obtiene la energía que la propia célula requiere, también se refiere al proceso de transportar el oxígeno hacia el medio interno del organismo pluricelular y des­ echar bióxido de carbono al medio externo. A este proceso en que se moviliza el agua (tratándose de animales acuáticos) o el aire (en caso de animales terrestres) para aprovechar el oxígeno y desechar bióxido de carbono, se le conoce como ventilación. 156

Respiración celular y ventilación La respiración celular es el proceso donde la célula oxida gradual­ mente las moléculas orgánicas en presencia de oxígeno, esto libera la energía almacenada para producir atp (ácido adenosintrifosfa­ to), que la célula emplea para realizar su trabajo. En el proceso tam­ bién hay liberación de bióxido de carbono y agua. En la respiración celular se involucran los procesos de glucólisis, conversión del áci­ do pirúvico a acetilcoenzima A, ciclo de Krebs, cadena transpor­ tadora de electrones y gradiente de protones (quimiósmosis). Su reacción global es: 6CO2 + 6H2O + ATP C6 H12 O6 + 6O2 (el proceso de respiración celular ya fue tratado en Biología 1). Ventilación. Consiste en tomar el oxígeno (O2) del agua o aire del ambiente y sacar el bióxido de carbono (CO2) del medio interno del organismo, por difusión a través de una superficie húmeda del cuerpo. La difusión es el movimiento neto de moléculas e iones de un medio de alta concentración hacia otro de menor (a favor de gradiente de concentración). Durante la respiración se requiere una entrada continua de oxígeno, así como una salida de bióxido de carbono. Los tejidos, en especial el nervioso, mueren en unos cuan­ tos minutos ante la falta de oxígeno. Las elevadas concentraciones de bióxido de carbono (CO2) son nocivas al organismo. La superficie a través de la cual ocurre el intercambio gaseoso debe reunir los siguientes requisitos: 1. Estar húmeda. Los gases oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2) sólo se difunden a través de las membranas celulares cuando están disueltos en agua. 2. Ser amplia. Para mayor superficie de difusión, lo que facilita un incremento en el volumen de gases que se intercambian. 3. Estar ventilada. Se llama ventilación al proceso de mover aire o agua sobre la superficie respiratoria que facilite la difusión. Por ejemplo, en los vertebrados el agua o aire transportan el oxígeno hasta la membrana húmeda. Una vez que el oxígeno se haya difundido a través de ella, la sangre lo movilizará rápi­ damente hacia las células y el bióxido de carbono la superficie. El aire o agua que transportó el oxígeno se aleja de la superfi­ cie, lo que reduce la concentración de bióxido de carbono y propicia su difusión fuera de la superficie. Actividad de aprendizaje Describe mediante un esquema y un modelo que elaborarás en equipo, el recorrido del aire desde la nariz hasta los alvéolos pulmonares.

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Sistema respiratorio humano En el ser humano el aire entra por las fosas nasales hacia las cavi­ dades nasales, las cuales están recubiertas por el epitelio olfatorio que presenta pelillos, donde el aire deja muchas partículas. De aquí el aire pasa a la faringe para llegar a la laringe, la cual presenta una estructura a manera de tapa llamada epiglotis, que al cerrarse impide el paso del alimento a la tráquea (tubo de anillos cartilaginosos) y se abre durante la entrada del aire en la inhalación o inspiración. La tráquea se bifurca en dos tubos conocidos como bronquios y és­ tos se ramifican en tubos más pequeños llamados bronquiolos, los cuales conducen al aire a los alvéolos pulmonares, que son pe­ queñas cavidades de superficie húmeda donde se realiza el inter­ cambio gaseoso. Los pulmones son un par de órganos esponjosos localizados en la cavidad torácica. El pulmón derecho se encuentra dividido en tres lóbulos y el izquierdo en dos. Cada uno está cubierto por la mem­ brana pleural. Los pulmones humanos están formados por cerca de trescientos millones de alvéolos pulmonares que le dan la estructura esponjo­ sa. Estas pequeñas cavidades reúnen una superficie respiratoria de unos 70 m2 aproximadamente. Las arterias pulmonares conducen

Cavidad nasal Faringe Laringe Tráquea Bronquios

Bronquiolos Pulmón Alvéolos

Cavidad alveolar Bronquiolos

Figura 5.19

Sistema respiratorio.

Glóbulos rojos

Capilar pulmonar

la sangre con bióxido de carbono del ventrículo derecho del cora­ zón a los pulmones; en los alvéolos pulmonares rodeados por capi­ lares se realiza por difusión el intercambio gaseoso: sale el bióxido de carbono (CO2) y entra el oxígeno; la hemoglobina de la sangre combinada con la molécula de oxígeno (oxihemoglobina) retorna por las venas pulmonares al corazón, entrando por su aurícula iz­ quierda, para después ser transportada a todas las células del cuerpo. Durante la ventilación pulmonar se inhala y exhala el aire por acción de la pared torácica y del diafragma, que a manera de fue­ lle impulsa el aire al interior y después al exterior de los pulmones. Al inspirar o inhalar los pulmones se llenan de aire, agrandándose la cavidad torácica por contracción del diafragma, que se desplaza hacia abajo. Al aspirar o exhalar los alvéolos que se habían llenado de aire se desinflan parcialmente, el volumen de la cavidad torácica disminuye y el diafragma se relaja y se mueve hacia arriba.

Problemas de salud relacionados con el aparato respiratorio El tabaquismo es una de las principales causas de muerte prematu­ ra que pudieran evitarse. A pesar de las campañas publicitarias que se hacen para dejar de fumar y puede advertir sobre los peligros que representa fumar, mucha gente continúa haciéndolo. El humo del tabaco es un factor de riesgo para la salud; son millo­ nes las personas que mueren anualmente a consecuencia del ta­ baquismo. Además de ser un contaminante del aire, el daño que produce en los pulmones se ha comparado con los efectos que ocasiona la contaminación atmosférica. El humo del tabaco contiene compuestos químicos que dañan la pared interna de los vasos sanguíneos que puede ser el factor causal de la arterosclerosis (del griego, athero: pasta y skeros: duro), enfer­ medad producida por acumulación de depositados lípidos en el re­ vestimiento interno de las arterias, haciéndolas muy rígidas y angostas para la presión sanguínea, lo que puede conducir a un de­ terioro de la circulación y el desarrollo de enfermedades cardio­ vasculares. Por eso, a enfermedades de este tipo se les relaciona con el tabaquismo como factor de riesgo. Además, el humo también contiene sustancias carcinógenas. Se ha descubierto que un carcinógeno del humo del tabaco causa muta­ ción en el gen P53 (ya referido en regulación del ciclo celular de la primera unidad). Alrededor de 60% de casos de cáncer pulmonar y de otros tipos se han detectado mutaciones en este gen. Son muchos los riesgos a los que se exponen las personas fumado­ ras; además de tener la mayor posibilidad de desarrollar cáncer, puede también ser la causa de otras enfermedades como las cardio­ vasculares, bronquitis crónica y enfisema. El humo contaminante del tabaco también resulta mortal para los fumadores pasivos (las personas que sin fumar se exponen al humo ambiental o indirecto del tabaco). Se ha llegado a detectar en sus 157

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tejidos concentraciones importantes de nicotina, monóxido de carbono y otros componentes del humo. Por estudios realizados al respecto se sabe que mujeres no fumadoras que vivieron con fu­ madores tienen el doble de probabilidad de desarrollar cáncer pul­ monar que las esposas de los que no fuman. Los niveles de concentración de monóxido de carbono en un espa­ cio cerrado con poca ventilación y bastante humo de tabaco puede ser el doble de los niveles que hay en los cruces de las avenidas muy contaminadas.1 Para evitar la exposición al humo de los fumado­ res, las autoridades han prohibido el consumo del tabaco en luga­ res públicos cerrados.

n C on el gotero agrégale de tres a cinco gotas de fenolftaleína.

Si no presenta cambio de color, añade unas gotas de la so­ lución de hidróxido de sodio (NaOH) hasta que adquiera un color rosa. (El hidróxido de sodio es una base fuerte, procura evitar su contacto con la piel o la ropa.) 2. Usa el popote para hacer burbujas en la solución durante un mi­ nuto, inhalando en forma normal y exhalando por medio del popo­ te. (El agua no debe salpicar fuera del vaso.)

Actividad experimental

Respiración en el ser humano Los humanos realizamos una respiración celular y una ventilación pul­ monar a través de la cual se aprovecha el oxígeno del aire y se elimina el bióxido de carbono. Objetivo. Comprobar la diferencia entre la cantidad de bióxido de car­ bono que se produce antes y después de hacer algún ejercicio.

Material n Una

probeta graduada de 250 ml

n Solución n Un

de fenolftaleína

vaso de precipitados de 500 ml

n Una

pipeta graduada o una bureta de 25 ml

n Dos

popotes

n Reloj n Dos n Un

goteros

bote de agua

indica esto respecto al pH de la solución? segundos transcurrieron para que cambiara el

color? 3. Con la pipeta o bureta agrega lentamente, gota a gota, la solución de hidróxido de sodio (NaOH) al contenido del vaso de precipita­ dos, agitándolo de manera constante hasta que adquiera el color rosa. Anota el número de mililitros de solución de hidróxido de sodio que se utilizó. 4. Para calcular la cantidad de bióxido de carbono producido y atra­ pado en el agua, se multiplica por 10 el número de mililitros de solución de hidróxido de sodio (NaOH) que se empleó para volver rosa la solución del vaso. De esta manera se obtiene el número de micromoles de CO2 que se exhala en un minuto.1 5. Vas a repetir el procedimiento, pero ahora después de correr o hacer algún ejercicio físico durante tres a cuatro min. De prefe­ rencia todos los miembros de tu equipo deben realizar la activi­ dad. Antes debes lavar bien el material empleado.

Cuestionario 1. ¿Qué diferencias presentaron los resultados de las dos activi­ dades? 2. ¿Qué fue lo que motivó ese cambio? 3. ¿Qué relación hay entre la respiración celular y el bióxido de car­ bono que se exhala?

Conclusión Elabora un reporte de esta actividad experimental.

de hidróxido de sodio (NaOH) a 0.04%

Procedimiento 1. Con la probeta mide 100 ml de agua y vacíala en el vaso de pre­ cipitados.

Fuente: OPS/OMS PWR. http://www.ops­oms.org.ve/site/tabaco/dia/dia­ guia. htm. Organización Mundial de la Salud. Guía para fomentar los ambien­ tes libres del humo del tabaco. Organización Panamericana de la Salud (OPS) en Venezuela. URL:http://www.ops­oms.org.ve/site/tabaco/dial­guia.htm

158

n ¿ Qué

con segundero

n Solución

1

cambios observas en el color de la solución?

n ¿ Cuántos

Actividad de aprendizaje Investiga en equipo sobre el papel que desempeña la sangre en el transporte e intercambio de oxígeno y bióxido de carbono, así como los daños en los pulmones ocasionados por el tabaquismo y la contamina­ ción. Expón ante tu grupo la información.

n ¿ Qué

1

Fuente: Investigaciones de laboratorio y de campo, Consejo Nacional para la Enseñanza de la Biología. CECSA, pp. 195­196. Gutiérrez­Váquez, J.M.; Gómez­Pompa, A.;Villalobos, R. (1968) Investigaciones de laboratorio y de campo. CNEB­CECSA, México.

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Para tu reflexión

Reanimación cardiopulmonar La reanimación cardiopulmonar (rcp) es la serie de procedimientos que se realiza para salvar la vida de la persona que deja de respirar o bombear sangre. Desde el momento en que cesan esas funciones se dispone de cuatro minutos para reactivarlas. Después de ese tiempo existe el riesgo de un daño cerebral y la muerte. Generalmente, lo pri­ mero que se hace es llamar al servicio médico de emergencia, pero, mientras llega, la rcp puede salvar la vida, con una mayor probabilidad de éxito cuando la administra una persona entrenada.

Explica los requisitos que debe tener la superficie a través de la cual ocurre el intercambio gaseoso.

Describe por medio de una gráfica, el trayecto que sigue el aire que fluye desde la nariz hasta los alvéolos pulmonares.

Se usan tres procedimientos para reactivar la respiración, dependiendo de la causa del problema. La maniobra de Heimlich. Se emplea en caso de que a la persona se le haya atorado un pedazo de alimento o cualquier otro material en la laringe o en la tráquea que le impida respirar. En este caso para expul­ sar el material por la boca debe situarse detrás de la persona y abra­ zarla a la altura del abdomen, colocar un puño bajo el esternón y con la otra mano tomar el puño y oprimir el abdomen hacia arriba en repe­ tidas veces. La respiración boca a boca. Primero la boca debe limpiarse de sangre, vómito o cualquier otra sustancia. Después, levantar la barbilla al mismo tiempo que se presiona hacia abajo la frente. Es necesario con la boca cubrir la boca de la víctima, cerrar con los dedos su nariz (a manera de pinza) y con soplidos lentos introducir aire en su boca, dándole tiempo para que exhale. Repetir el soplido cada cinco segundos y observar si hay movimiento de tórax. Compresiones del tórax. Colocar la palma de la mano en la parte más baja del esternón y la palma de la otra mano sobre la primera. Colocándose en dirección a sus manos presionar el pecho hacia abajo, aproximadamente cinco centímetros durante 15 veces en forma inin­ terrumpida. Deben alternarse los ciclos de 15 compresiones toráxicas con dos soplidos completos. Después de cuatro ciclos de compresio­ nes, verificar si ha recobrado su proceso respiratorio y circulatorio. Cuando se sospecha de una lesión en la columna no debe inclinarse la cabeza para dar respiración boca a boca. Las compresiones de pe­ cho no deben ejecutarse cuando la víctima presenta señales de circu­ lación.

Actividad de aprendizaje Define la respiración celular.

a ,

Explica la diferencia entre respiración celular y ventilación.

Explica la importancia que tiene la actividad de los alvéolos pulmo­ nares.

Describe algún daño que puede sufrir el sistema respiratorio, sus cau­ sas y la manera como se puede evitar.

Sistema urinario En los mamíferos el sistema urinario desempeña el papel más im­ portante en la excreción, al eliminar desechos nitrogenados y man­ tener equilibradas las concentraciones de agua e iones de sodio (Na), potasio (K), cloro (Cl) y calcio (Ca) de los fluidos corpora­ les. El sistema urinario se compone de dos riñones, dos uréteres, una vejiga urinaria y una uretra. Los riñones son órganos compactos que tienen la forma de frijol, del tamaño de un puño, a cada riñón lo cubre una cápsula de tejido conectivo. En su parte interna hay dos regiones principales: la cor­ teza y la médula. Los riñones filtran la sangre que circula por sus capilares agua, iones inorgánicos y desechos orgánicos. Después refinan el filtrado regresando la mayor parte (más de 90%) del fil­ trado a la sangre, lo que permite la recuperación de la mayor parte del agua y solutos como glucosa, aminoácidos y vitaminas; se regu­ la así la química sanguínea y queda una mínima proporción com­ 159

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Arteria renal Riñón Vena renal

Pelvis renal

Vena cava inferior

la nefrona se divide en las siguientes secciones: túbulo contornea­ do proximal (es la sección más cercana a la cápsula), el asa de Hen­ le (donde el túbulo toma la forma de una horquilla), después sigue el túbulo contorneado distal (que es la parte más alejada de la cáp­ sula de Bowman), el túbulo distal vacía su filtrado en el conduc­ to  colector, al igual que lo hacen otras nefronas. Del conducto colector el filtrado transformado en orina pasa a la cavidad central o pelvis del riñón, para después fluir por el uréter a la vejiga.

Formación y eliminación de la orina

Arteria aorta

La orina se forma en las nefronas por medio de los procesos de filtra­ ción, reabsorción y secreción, para luego eliminarse por la excreción. Uréter

Vejiga

Uretra Figura 5.20

Sistema urinario.

puesta por desechos, exceso de agua y sales que se excretan como orina. Ureteros o uréteres. La orina que gotea de cada riñón pasa por el conducto llamado uréter a la vejiga urinaria. Vejiga urinaria. Es un saco muscular que almacena temporalmen­ te la orina para después ser expulsada al exterior. Uretra. Cuando la vejiga se llena se contrae el músculo de su pared, se abre el esfínter de su cuello y expulsa la orina a través de la uretra. Ésta se encuentra rodeada de músculo esquelético cuya contrac­ ción es controlada voluntariamente. Actividad de aprendizaje Investiga acerca de los órganos que conforman el sistema urinario y su función y elabora un organizador gráfico que represente el mecanismo de formación de la orina y su excreción.

Funciones de las nefronas Cada riñón contiene alrededor de un millón de unidades funcio­ nales llamadas nefronas o nefrones. En ellas el agua y las sustancias disueltas son filtradas de la sangre. La nefrona entra en contacto con la sangre a través de una red de capilares llamada glomérulo, que rodea su parte inicial en forma de copa llamada cápsula de Bowman. La unidad de filtración de sangre de la nefrona está en la interac­ ción del glomérulo y la cápsula de Bowman. Después, el túbulo de 160

Filtración. La presión sanguínea del riñón hace que el agua y sus­ tancias disueltas en la sangre (excepto proteínas que son macromo­ léculas) se filtren en las paredes de los capilares del glomérulo hacia el espacio de la cápsula de Bowman. Reabsorción. Los capilares peritubulares (localizados alrededor del tubo) recuperan la mayor parte del agua filtrada, además que los solutos valiosos como aminoácidos y glucosa que retornan a la sangre, generalmente por transporte activo. Secreción. Algunas moléculas y ciertos iones en exceso, especial­ mente de hidrógeno (H+) y potasio (K+), son eliminados de la san­ gre de los capilares peritubulares y secretados hacia el filtrado. En la secreción también se eliminan drogas y toxinas. Excreción. Finalmente las sustancias producidas por el filtrado que no fueron reabsorbidas, más los adicionados por secreción for­ man la orina, que de los riñones pasa por los uréteres a la vejiga uri­ naria donde es expulsada al exterior por la uretra mediante el proceso de excreción.

Regulación de la función renal. Acción de los diuréticos La concentración de agua y solutos en la sangre se relaciona con el volumen de orina que se excreta. El balance del agua y los solutos en la sangre se mantienen por el control de hormonas que regu­ lan la función de la nefrona. Una de estas hormonas es la hormona antidiurética had (adh en inglés), también conocida como vaso­ presina. Esta hormona se produce en el hipotálamo y es almacena­ da en la hipófisis. Cuando las concentraciones de agua en la sangre bajan o las concentraciones de soluto, por ejemplo iones de sodio, se incrementan por arriba de lo normal, el hipotálamo estimula a la hipófisis para liberar más hormonas antidiuréticas (had). Esta hor­ mona actúa sobre las células de la pared del conducto colector, las hace más permeables al agua y facilita así el regreso de este líquido por ósmosis de este conducto a la sangre. De esta manera, la sangre recupera agua, además de que la orina disminuye su volumen y se hace más concentrada.

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Figura 5.21

a) Estructura del riñón, b) una nefrona, la unidad del sistema urinario humano. En la cápsula de Bowman ocurre el proceso de filtración a través de los capilares.

a)

b)

Glomérulo

Arteria Arteria

Túbulo

Cápsula de Bowman

Túbulo colector Vena

A la pelvis del riñón

Corteza

Uréter Vena Cavidad central del riñón

Baja concentración de agua en la sangre

Estimula la liberación de had por la hipófisis

Se restablece la concentración normal de agua en la sangre

Incrementa la permeabilidad del conducto colector

Recuperación de agua por ósmosis

Desciende el volumen de orina y se hace más concentrada

Capilares

Cuando se bebe agua en exceso, aumenta el volumen de orina por­ que el incremento de agua provoca un aumento en la presión arte­ rial, hace que las arterias se dilaten y deja fluir más sangre a los glomérulos, con lo que se incrementa la filtración. Además, la ele­ vada concentración de agua en la sangre hace que disminuya la li­ beración de had por la hipófisis, y en consecuencia hay una baja recuperación de agua del conducto colector a la sangre y aumento en el volumen de orina diluida. El consumo de alcohol también inhibe la liberación de had, lo que hace que se incremente el flujo de orina y el organismo se deshidrate. En las personas que tienen deficiencia en la secreción de had, el agua no se reabsorbe de forma normal y produce considerables cantidades de orina. Esta alteración propicia que el organismo pier­ da mucha agua y se tenga sed. A este trastorno se le conoce como diabetes insípida (diferente a la diabetes mellitus). Con frecuencia es controlable por medio de suministro de la hormona antidiurética. Otra hormona es la aldosterona, que es producida por la corteza de las glándulas suprarrenales. Estimula la reabsorción de sodio en los túbulos distales y los conductos colectores. Cuando la presión san­ guínea desciende se estimula la secreción de esta hormona y tam­ bién la de la hormona antidiurética (had), además de que la sangre recupera sodio y agua que incrementan el volumen de sangre, con lo cual se normaliza la presión sanguínea. 161

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Cuando la presión sanguínea desciende por debajo de lo normal, las células del aparato yuxtaglomerular activan el sistema renina­angioten­ sina­aldosterona. Se secreta la enzima renina, la cual convierte la pro­ teína plasmática angiotensinógeno en el péptido angiotensina I. Después la angiotensina I se convierte en su forma activa, la hormona angioten­ sina II. Esta hormona, además de estimular la secreción de aldostero­ na, aumenta la presión arterial al constreñir los vasos sanguíneos y activa la reabsorción de sodio y agua en el túbulo distal.

Actividad de aprendizaje

Estas hormonas contribuyen a restablecer el volumen sanguíneo y a normalizar la presión arterial.

Identifica la opción correcta y escríbela en el cuadro.

Investiga sobre los problemas de salud más comunes asociados al sistema urinario y con la información elabora un cartel y preséntalo en la comunidad escolar. Se evalúa en la página 203.

Actividad de aprendizaje

1. Mediante este proceso los organismos eliminan las sustancias de desecho de su metabolismo. a) Egestión

Descenso de la presión sanguínea

b) Excreción

c) Defecación d) Desasimilación 2. Es la secuencia del flujo de la orina para su excreción. a) Riñones → uréteres → vejiga → uretra

Estimula la secreción de aldosterona en la corteza suprarrenal

Se normaliza el nivel de sodio en la sangre

Aumento en la reabsorción de sodio y agua por los túbulos distales

b) Riñones → uretra → vejiga → uréteres c) Uréteres → riñones → vejiga → uretra d) Uretra → riñones → vejiga → uréteres 3. Proceso que ocurre en la interacción del glomérulo y la cáp­ sula de Bowman. a) Excreción

b) Secreción

c) Recuperación d) Filtración 4. Razón por la que es importante la reabsorción. a) Incrementa mayor volumen de orina. b) Recupera agua y solutos valiosos.

Acción de los diuréticos Los diuréticos son sustancias que aumentan el volumen de orina al incorporar más agua y sales al filtrado; esto hace que sus concentra­ ciones en la sangre bajen y la presión sanguínea descienda. Por esta razón, algunos diuréticos son administrados para reducir la presión arterial alta (hipertensión) y para otras enfermedades cardiovascu­ lares renales y hepáticas. Los principales tipos de diuréticos son los siguientes. n Diuréticos tiazídicos. Inhiben la reabsorción de sodio y clo­

ro en la parte inicial del túbulo contorneado distal; además dilatan los vasos sanguíneos, lo que contribuye a reducir la presión arterial.

n Diuréticos

de asa. Inhiben el transporte de sodio, potasio y cloro e inhiben la reabsorción del filtrado desde el asa ascen­ dente de Henle (tubo en forma de U localizado en la neuro­ na), lo que incrementa el volumen de orina, reduce la cantidad de líquido corporal y disminuye la presión sanguínea.

n Diuréticos ahorradores de potasio. Aumentan la excreción

de sodio y disminuyen la pérdida de potasio en el túbulo distal.

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c) Estimula la secreción de had. d) Propicia que el organismo pierda agua. 5. Hormona que ante la baja concentración de agua en la san­ gre estimula la mayor reabsorción de este líquido en el con­ ducto colector. a) Aldosterona

b) Antidiurética

c) Oxitocina d) Neurosecretora 6. Es la causa por la que el consumo de alcohol provoca au­ mento en el flujo de orina y deshidratación del organismo. a) Se estimula la liberación de had. b) Se inhibe la liberación de had. c) Se estimula la secreción de aldosterona. d) Se inhibe la secreción de aldosterona.

Problemas de salud relacionados con el funcionamiento del aparato urinario Los riñones son los órganos que excretan las sustancias de desecho del metabolismo, los productos tóxicos y mantienen regulado tan­

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to el volumen como la concentración de agua e iones inorgánicos en los fluidos corporales. Los túbulos renales pueden ser dañados por consumir productos con alto contenido de mercurio, plomo, arsénico o tetracloruro de carbono (solvente); también por una infección bacteriana, por lo general bacterias que proceden del intestino por medio del excre­ mento y penetran al tracto urinario a través de la uretra. Este tipo de infección es más frecuente en la mujer, ya que su uretra es más cor­ ta y se ubica más cerca del ano que la uretra del hombre. Cálculos renales: se les llaman también piedras renales. Se for­ man por algunas sustancias de la orina que son poco solubles, como los aminoácidos y el ácido úrico, a las cuales se le agregan cristales de calcio y se depositan en la pelvis renal donde, con el tiempo, adquieren mayor tamaño y obstruyen el flujo normal de la orina. Pueden quedar atrapados en los uréteres o en la uretra cau­ sando intensos dolores; actualmente se emplean novedosas técni­ cas quirúrgicas para su remoción. Nefropatía crónica: con este nombre se conoce a la declinación acelerada de la actividad renal, que puede conducir a la insuficiencia renal. El daño que sufren los glomérulos, que son las unidades de filtración del riñón, impide que se excreten normalmente los dese­ chos del metabolismo y la acumulación de éstos en la sangre des­ encadena graves trastornos, para cuyo tratamiento generalmente se requiere de la diálisis y el trasplante renal.

El sistema nervioso se comunica muy rápido mediante células es­ pecializadas que transmiten señales eléctricas, y liberan moléculas específicas llamadas neurotransmisoras, poniéndonos en contacto con el medio externo, al mismo tiempo que integra de manera coordinada las actividades de todos los aparatos y sistemas que componen el organismo humano.

Actividad con TIC Video del sistema nervioso http://www.youtube.com/watch?v=CR8wVRSICIQ Realiza un cuadro comparativo sobre la división del sistema nervioso, sus funciones y su importancia.

La neurona como la unidad funcional del sistema nervioso

Sistema nervioso

En la serie de actividades que realiza un animal para obtener su ali­ mento, ponerse a salvo de sus depredadores, comunicarse con otros de su misma especie, así como regular sus funciones internas, el sistema nervioso desempeña una función primordial. En los ani­ males con sistema nervioso complejo, muchas neuronas trabajan coordinadamente para transmitir respuestas apropiadas y rápidas a los estímulos que el organismo recibe de su ambiente.

Para que un organismo funcione de manera ordenada y eficiente requiere que sus estructuras actúen coordinadamente. Para ello cuenta con sistemas que controlan las actividades celulares de los tejidos de su cuerpo y que propicia una comunicación importante entre cada célula, lo que le permite al organismo realizar las funcio­ nes de movimiento, crecimiento, reproducción y mantener un equi­ librio interno relacionado con su medio externo (homeostasis).

El sistema nervioso se encarga de transmitir los estímulos en forma de impulsos a través de células especializadas llamadas neuronas. Éstas constan de un cuerpo celular y fibras nerviosas. A las fibras nerviosas que conducen los impulsos hacia el cuerpo celular se les conoce como dendritas y, a las que llevan los impulsos fuera del cuerpo celular, como axones. Por su función, las neuronas se agrupan en sensoriales o aferentes, cuando conducen su impulso desde el Ramificaciones del axón

Dendritas

Nódulos de Ranvier Cuerpo celular

Mielina Axón

Neurilema Núcleo

Figura 5.22

Diagrama de una neurona.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

receptor hasta el centro nervioso; motoras o eferentes, cuando conducen el impulso desde el centro nervioso hasta los músculos efectores y de asociación o interneuronas, cuando enlazan la neurona sensitiva y la motora. Actividad de aprendizaje Describe la estructura de una neurona, la función de cada una de sus partes y su clasificación.

Células gliales Además de las neuronas, el tejido nervioso posee otro tipo de célu­ las, las denominadas de la glía. Es un grupo de células cuya partici­ pación en el funcionamiento del sistema nervioso es de vital importancia. Están relacionadas con la protección, el soporte físico y el transporte de nutrientes de las neuronas. También existen célu­ las gliales con funciones inmunológicas (fagocíticas), que partici­ pan en la defensa del sistema nervioso central. Los axones de muchas neuronas de vertebrados se encuentran cu­ biertos por una vaina aislante de mielina, la cual aumenta la veloci­ dad de conducción en la transmisión del impulso nervioso. La mielina está formada por células gliales, que en el sistema ner­ vioso central se llaman oligodendrocitos y en los nervios periféricos células de Schwann. La vaina de mielina se encuentra interrumpida en espacios regula­ res por los nódulos de Ranvier, a través de los cuales se transmite el impulso nervioso, por el proceso llamado saltatorio, porque la señal salta de un nódulo a otro a lo largo del axón. La esclerosis múltiple es una enfermedad en la que se destruye la vaina de mielina de las neuronas de algunas zonas del sistema ner­ vioso central, lo que origina una disminución gradual en la veloci­ dad de los impulsos nerviosos con la pérdida de la coordinación muscular y parálisis de regiones corporales. Las causas de la esclerosis múltiple aún se desconocen. Sin embar­ go, existen pruebas de que es una enfermedad autoinmune, en la que el organismo ataca a su propio tejido; en este caso, los anticuer­ pos atacan las células de la glía que provee la vaina de mielina que cubre a las neuronas.

La bomba sodio-potasio Se ha comprobado que cuando la fibra nerviosa está en reposo hay una carga eléctrica desigual entre el medio externo y el interno de la célula nerviosa, debido a la mayor cantidad de iones positivos fuera de la membrana celular que en el citoplasma. Las concentra­ ciones de sodio (Na+) y cloro (Cl–) son altas en el líquido tisular que rodea a la neurona y bajas en el medio interno; mientras que el potasio (K+) y muchas proteínas ionizadas (P –) son de elevada 164

concentración dentro de la célula y baja en el medio externo. Esta carga desigual se mantiene, ya que la membrana celular, por trans­ porte activo, introduce potasio a la célula y conduce los iones de sodio fuera de ella, con lo que impide que los iones fluyan siguien­ do el gradiente de concentración y se conserve así la elevada con­ centración de iones positivos fuera de la célula y la carga negativa dentro, mecanismo conocido como bomba sodio­potasio de la célula. Otro factor que propicia el incremento de los iones positivos en el medio externo de la célula es la alta permeabilidad de la membrana con los iones de potasio, lo cual favorece su difusión hacia el exte­ rior. Esta diferencia de cargas eléctricas entre los dos medios se lla­ ma potencial de reposo o potencial de la membrana. Así, se dice que la fibra nerviosa (en reposo) está polarizada: positiva en su ex­ terior y negativa en su interior, y en condiciones de transmitir el impulso nervioso.

El impulso nervioso El estímulo que la neurona recibe altera la permeabilidad de la membrana del axón, que permite la entrada de los iones de sodio y la salida de los de potasio, situación que invierte la polaridad de esa porción de la neurona, con mayor carga de iones positivos en el interior que en el exterior, y deja despolarizada la membrana del axón; ésta desencadena un potencial de acción a través del impul­ so nervioso, que se transmite a lo largo del axón cuando también se invierte la polaridad de las regiones vecinas. Un impulso nervioso es la serie de potencial de acción que viaja a lo largo del axón y conduce el estímulo. Entre el potencial de acción y el restablecimiento del potencial de reposo existe el periodo refractario, durante el cual la neurona no reacciona ante un nuevo estímulo. Al retornar a su potencial de re­ poso, la membrana se repolariza por mecanismos propios al trans­ portar hacia el exterior los iones de sodio y reincorporar los de potasio a su interior.

La respuesta todo o nada El nivel de intensidad de un estímulo capaz de invertir la polaridad de la membrana del axón recibe el nombre de umbral. Éste se lo­ gra sólo cuando el estímulo altera la permeabilidad de la membra­ na del axón, lo que propicia la entrada de los iones de sodio. Por tanto, el impulso nervioso es una respuesta de todo o nada, es de­ cir, sólo se transmite cuando se alcanza el nivel del umbral.

Sinapsis La sinapsis es la unión entre los extremos del axón de una neurona y las dendritas del cuerpo celular de otra. Los potenciales de acción pasan de una neurona a otra a través de la sinapsis. La fibra que con­

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Acumulación de neurotransmisores

Botón terminal

Membrana presináptica

Liberación Figura 5.23

La sinapsis. Al ser estimulada la vesícula sináptica libera moléculas de neurotransmisor, que al unirse con la membrana de la fibra postsináptica o subsináptica la despolariza, cambiando su permeabilidad y propicia la entrada de iones de sodio, lo que inicia el potencial de acción de la fibra postsináptica.

Neurotransmisores

Reabsorción Na+ Inactivación

Membrana postsináptica

Fijación en el receptor: la membrana es permeable a los iones de sodio

Vesículas sinápticas

Hendiduras sinápticas

Membrana presináptica Membrana postsináptica

duce el impulso hacia la sinapsis es la fibra presináptica, en tanto la que lo recibe es una fibra postsináptica. Las terminaciones de los axones presinápticos forman los botones terminales de la neurona, los cuales contienen unos pequeños sa­ cos que almacenan determinadas sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Cuando el impulso nervioso llega al botón sináptico, estimula al­ gunos de los sacos que liberan el neurotransmisor, que general­ mente es la acetilcolina en el espacio sináptico localizado entre las fibras presináptica y postsináptica. El neurotransmisor se difunde en el espacio sináptico y en la mem­ brana de la fibra postsináptica, donde al combinarse con moléculas receptoras despolariza la membrana, cambia su permeabilidad y facilita la penetración de los iones de sodio, con lo que empieza el potencial de acción de la fibra postsináptica. La enzima acetilco­ linesterasa, también localizada en el espacio sináptico, tiene como función degradar la acetilcolina, para evitar la despolarización prolongada de la fibra postsináptica. Debido a que sólo los axones liberan neurotransmisores, los impulsos nerviosos siempre viajan en una sola dirección.

Clasificación del sistema nervioso por su área de acción El sistema nervioso de los vertebrados consiste en un cordón ner­ vioso en posición dorsal que forma el eje cerebroespinal (a dife­ rencia del sistema ganglionar de los invertebrados que se encuentra en posición ventral). El principal cordón nervioso es la médula Artrópodos

Cordón nervioso ventral

Cerebro

Tubo digestivo Vertebrados

Cordón nervioso dorsal

Cerebro

Actividad de aprendizaje Elabora un diagrama de la sinapsis, especificando el mecanismo del impulso nervioso y la acción de los neurotransmisores.

Figura 5.24

Tubo digestivo

Diferencia en la estructura y ubicación del cordón nervioso de artrópodo y vertebrado.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos... Pez Reptil

Cerebelo

Lóbulo óptico

Lóbulo olfativo

Médula espinal Cerebro

Cerebelo Bulbo raquídeo

Lóbulo óptico

Cerebro

Médula espinal Mamífero

Cerebro

Bulbo raquídeo

Lóbulo olfativo

Lóbulo olfativo

Médula espinal Bulbo raquídeo

Figura 5.25

Estructura encefálica del pez, el reptil y el mamífero.

El sistema nervioso Sistema nervioso

Periférico (Nervios craneales y raquídeos)

Central

Encéfalo

Médula espinal

Neurona motora

Sistema nervioso somático (Piel y músculo esquelético)

Sistema nervioso autónomo (Vísceras y músculos involuntarios)

División simpática

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Neurona sensorial

División parasimpática

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espinal que constituye una extensión del encéfalo. La médula espi­ nal tiene forma más o menos cilíndrica que se localiza dentro del canal medular de la columna vertebral. El encéfalo se encuentra alojado en la cavidad craneana, aunque su tamaño y la complejidad de sus funciones crecieron conforme evo­ lucionaron los vertebrados, se distinguen en él tres partes funda­ mentales: el prosencéfalo o cerebro anterior, el mesencéfalo o cerebro medio y el rombencéfalo o cerebro posterior. Cada uno de estos ór­ ganos coordina diferentes funciones, que van desde controlar el equilibrio hasta mantener el tono muscular. El sistema nervioso periférico está formado por nervios (conjun­ to de axones de las neuronas) que comunican al sistema nervioso central con las demás partes del cuerpo. Los nervios craneales se encuentran conectados al encéfalo y los espinales a la médula espinal.

órganos de los sentidos. En cambio, el sistema nervioso autónomo controla en forma inconsciente e involuntaria al músculo liso, al cardiaco y a las glándulas. Las vías eferentes (las que transmiten in­ formación de regreso del sistema nervioso central, en este caso a órganos internos) se dividen en nervios simpáticos y parasimpáti­ cos, los cuales funcionan de manera opuesta. Por estímulos de los nervios simpáticos se prepara el individuo para realizar actividades que consumen mucha energía como escapar, pelear, competir, mientras que por impulsos de los nervios parasimpáticos se es­ timulan acciones que reponen o conservan energía, haciendo que el individuo recupere la calma, como los procesos de vasodilata­ ción y disminución de la frecuencia cardiaca. Actividad de aprendizaje Reconoce mediante discusión grupal, derivada de alguna observación audiovisual, la presencia del sistema nervioso en otros animales.

Los nervios periféricos con axones de neuronas sensoriales o sen­ sitivas (neuronas aferentes) conducen información hacia el sistema nervioso central procedente de todas partes del cuerpo, y los nervios que contienen axones de neuronas motoras (neuronas eferentes) transmiten información del sistema nervioso central a músculos y glándulas.

Estructuras y función de los constituyentes del sistema nervioso del ser humano

El sistema nervioso periférico se subdivide en somático y autóno­ mo. El somático controla voluntariamente los músculos esqueléti­ cos (los que mueven el esqueleto, cara y lengua) y controla los

Consta de encéfalo y médula espinal, ambos protegidos por hue­ sos: el encéfalo por el cráneo y la médula espinal por la columna vertebral. Además, por debajo de los huesos se encuentran las me­

Neurona de asociación

Raíz posterior

Fibra aferente o sensitiva

Percusión de tendón Músculo

Raíz anterior Fibra eferente o motora

Figura 5.26

Respuesta: extensión de la pierna

El arco reflejo. El impulso viaja del receptor a la médula espinal a través de una neurona sensorial, de aquí pasa a la neurona motora por medio de una neurona de enlace. La neurona motora conduce la respuesta al músculo efector.

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

ninges, que son tres capas de tejido conectivo, la externa o durama­ dre, la intermedia o aracnoides y la interna o piamadre. Entre la aracnoides y la piamadre se encuentra un espacio que contiene un líquido semejante a la linfa, que es el líquido cefalorraquídeo, el cual amortigua los impactos que pueden llevar el encéfalo y la médula espinal. Médula espinal. Es un tubo largo con un fino conducto en su inte­ rior, tiene forma cilíndrica, algo aplastado de delante a atrás. Se ex­ tiende desde la base del encéfalo hasta el nivel de la segunda vértebra lumbar. Tiene dos ensanchamientos, uno en la región cer­ vical que corresponde a la salida de los nervios que van a las extre­ midades superiores y otro en la región lumbar que corresponde a la salida de los nervios que van a las extremidades inferiores. La mé­ dula espinal se compone de 31 segmentos; de cada uno se origina un par de nervios espinales que se dirigen a distintas partes del cuerpo. En un corte transversal de la médula espinal se distingue una parte central en forma de mariposa o de una letra H de materia gris —formada por los cuerpos celulares de las neuronas— cuyas pro­ yecciones se llaman cuernos o astas. Las astas dorsales contienen las neuronas sensoriales de los nervios espinales y en las ventrales se encuentran las neuronas motoras. A esta parte central la rodea la materia blanca —formada por haces de fibras nerviosas. La mate­ ria gris controla muchas acciones reflejas (reacción involuntaria automática a un estímulo dado) a través de las conexiones entre sus neuronas sensoriales y motoras. Por ejemplo, el reflejo de retirada, como el que se ejecuta cuando accidentalmente tocamos una plan­

Cuadro 5.4 Desarrollo embrionario del sistema nervioso de los vertebrados Rombencéfalo

Mesencéfalo

Metencéfalo

Puente de Varolio Cerebelo

Mielencéfalo

Médula oblonga

Mesencéfalo

Prosencéfalo

Telencéfalo

Cerebro

Diencéfalo

Tálamo, hipotálamo

cha caliente y de inmediato retiramos la mano. En esta acción una neurona sensorial llevó el mensaje desde los receptores hasta la médula espinal, donde una neurona de asociación o interneuro­ na transfirió el mensaje a una neurona motora y ésta lo pasó a los músculos para que reaccionaran de inmediato y ejecutaran el mo­ vimiento de retirar el brazo. Los haces de axones que forman la ma­ teria blanca conducen hacia arriba los mensajes de los nervios espinales sensoriales a los centros cerebrales y hacia abajo desde el encéfalo a las neuronas motoras de los nervios espinales en la mé­ dula espinal. El encéfalo. Evolucionó a partir de tres protuberancias que se for­ man en el extremo anterior de la médula espinal. Estas partes se llaman: rombencéfalo o cerebro posterior (relacionado con el oído y el equilibrio), mesencéfalo o cerebro medio (relacionado con la vista) y prosencéfalo o cerebro anterior (relacionado con el olfa­ Tálamo

Mesencéfalo

Cerebelo

Hipotálamo Puente Médula oblonga (bulbo)

Médula espinal Figura 5.27

Corte longitudinal de la línea media del encéfalo humano.

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Área motora. Músculos de los miembros del cuerpo y la cabeza (excepto las paredes de los órganos internos).

Área sensorial. Tacto y otras sensaciones cutáneas.

Área promotora. Coordinación de movimientos selectivos de los miembros y el cuerpo. Los impulsos que se originan aquí pasan por el área motora.

Área inicial del lenguaje. Los impulsos pasan al área motora del lenguaje.

Área motora ocular (1). Movimientos oculares (y de la cabeza); apertura y cierre de los párpados; dilatación de las pupilas.

Visión

Área motora ocular (2). Movimientos oculares (y de la cabeza).

Audición

Olfato

Gusto

Área motora del lenguaje. Movimientos de las cuerdas vocales.

Figura 5.28

Zonas funcionales de la corteza cerebral.

to), se presentan también durante el desarrollo embrionario tem­ prano del sistema nervioso de los vertebrados y de cada una de ellas se forman distintas estructuras del encéfalo. Rombencéfalo (cerebro posterior). Se subdivide en mielencéfalo y metencéfalo. El primero da origen a la médula oblonga o bulbo ra­ quídeo, y el segundo al cerebelo y al puente de Varolio o protuberancia anular. La médula oblonga (bulbo raquídeo), el puente de Varolio (pro­ tuberancia anular) y el mesencéfalo forman el tallo o tronco ence­ fálico. Médula oblonga (bulbo raquídeo). Representa la continuación de la médula espinal en el tallo del encéfalo y tiene forma de bulbo. Al igual que la médula espinal, su parte central es de materia gris integrada por cuerpos neuronales rodeada de materia blanca, for­ mada de fibras nerviosas. La médula oblonga controla diversas funciones involuntarias como la respiración, frecuencia cardiaca, presión arterial, deglución, tos y vómito. Puente de Varolio (protuberancia anular). Se asemeja a un rodillo blanco abultado en la base del encéfalo. Limita con el extremo su­ perior de la médula oblonga. A través de sus fibras permite la co­

municación entre la parte izquierda y derecha del cerebelo. También transmite fibras ascendentes y descendentes que comu­ nican la médula espinal y la médula oblonga con niveles superiores del encéfalo. Posee centros que participan en la regulación de la respiración. Cerebelo. Por su tamaño es la segunda estructura del encéfalo y dispone de dos hemisferios o lóbulos divididos por el vermis al cen­ tro. Su parte externa se compone de sustancia gris y la interna de sustancia blanca. Se localiza debajo de los lóbulos occipitales de los hemisferios del cerebro, detrás del puente y la médula oblonga. El cerebelo coordina la actividad de los músculos esqueléticos para el movimiento corporal, controla el equilibrio y el tono muscular (contracción parcial y permanente de ciertos músculos). Mesencéfalo (cerebro medio). En la especie humana es una es­ tructura corta, se encuentra debajo de la porción inferior del cere­ bro, une el puente y el cerebelo con los hemisferios cerebrales. Se encuentra conectado a través de sus fibras nerviosas con distintos centros nerviosos. Retransmite la información sensorial a los cen­ tros cerebrales superiores, para que ésta sea procesada. También se relaciona con los reflejos auditivos y visuales. 169

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  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Prosencéfalo (cerebro anterior). Se subdivide en diencéfalo y telen­ céfalo. El primero da origen al tálamo y al hipotálamo y el segundo al cerebro. Tálamo. Está compuesto por dos masas de forma ovalada que se encuentra arriba del mesencéfalo, en la base del cerebro. Funciona como un centro de comunicación entre el tallo encefálico y los centros cerebrales superiores, ya que los mensajes sensoriales que recibe las ordena y las transmite al cerebro, a excepción de los im­ pulsos olfatorios. Hipotálamo. Se encuentra debajo del tálamo. Se relaciona con el sistema endocrino al regular la función de la glándula hipófisis para que libere hormonas que van a estimular a otras glándulas; tam­ bién se relaciona con el sistema nervioso autónomo, ya que contro­ la las actividades de los órganos internos (vísceras) y estimula a la médula oblonga y médula espinal que regulan la respiración, la fre­ cuencia cardiaca y el funcionamiento del aparato digestivo. El hipo­ tálamo también regula la temperatura, el balance hídrico, además contribuye en las respuestas emocionales y sexuales. Cerebro. Es la porción más voluminosa y compleja del en­céfalo. Está dividido en dos hemisferios cerebrales, derecho e izquierdo. Ambos se encuentran interconectados por una gran banda de ma­ teria blanca formada de fibras nerviosas llamada cuerpo calloso. La superficie de los dos hemisferios se encuentra replegada, forma pliegues que describen giros llamados circunvoluciones cerebrales. Las circunvoluciones hacen que aumente considerablemente la su­ perficie de la corteza cerebral, lo que le permite disponer de mayor cantidad de neuronas que le dan su característica coloración gris. Además se encuentran separados por surcos o fisuras (cisuras): sur­ co lateral (de Silvio), surco central (de Rolando) y surco occipital. El color gris de la delgada capa superficial de la corteza cerebral se debe a los cuerpos neuronales que contiene, mientras que en la parte interna del cerebro se encuentra la sustancia blanca constitui­ da por los axones de las neuronas que forman fibras nerviosas. La fisura longitudinal divide al cerebro en dos hemisferios. Las fi­ suras o cisuras también dividen la corteza de cada hemisferio en cuatro lóbulos: frontal (porción anterior del cerebro), parietal (parte superior lateral), temporal (parte lateral inferior) y occipital (zona posterior). Los lóbulos reciben y procesan distintos mensa­ jes sensoriales. La corteza cerebral, según sus funciones, se subdivide en tres áreas: sensorial, que recibe los mensajes de los receptores sensoriales (ór­ ganos de los sentidos); motora, que genera los impulsos nerviosos que controlan los movimientos voluntarios de los músculos; de asociación, que relaciona las zonas sensoriales y motoras e integra actividades complejas como memoria, pensamiento, lenguaje, aprendizaje y actividades voluntarias, por ejemplo, asocia estímu­ los que recibe con informaciones previas y genera órdenes que van a regir alguna actividad. 170

Para tu reflexión Todos sabemos que hacer ejercicio contribuye a conservar la salud, que es una medida preventiva para diversas enfermedades como las cardiovasculares, la diabetes y depresión. Especialistas de la Universidad de Illinois, Estados Unidos, aseguran que el ejercicio físico también puede evitar el envejecimiento prematu­ ro del cerebro. Feggy Ostrosky, jefa del laboratorio de Neurosicología y Sicofisiología de la Facultad de Psicología de la unam, explica que el cerebro con el tiempo pierde peso por la pérdida de neuronas, especialmente des­ pués de los 30 años y las facultades mentales disminuyen. Este deterioro a temprana edad, puede ser contrarrestado a través de ejercicio físico, ya que hay evidencias que confirman que por medio de los ejercicios se puede lograr una mejor calidad de vida al aumentar las funciones cognitivas como la atención, memoria y concentración. Fuente: Silvia Ojanguren, “¡A ejercitarse! En defensa propia”, El Universal, Nuestro mundo, p. 4, lunes 25 de oct. de 2005.

Sistema nervioso periférico Está formado por nervios, conjunto de fibras nerviosas, que conec­ tan al sistema nervioso central con tejidos y órganos del cuerpo. Existen fibras de neuronas sensoriales (aferentes), que conducen mensajes de los receptores hacia el sistema nervioso central, y fi­ bras de neuronas motoras (eferentes), que llevan señales del siste­ ma nervioso central hacia los tejidos y órganos. El sistema nervioso periférico se divide en sistema somático, que mantiene relacionado al organismo con su ambiente externo, y el autónomo, que ayuda a regular las condiciones del ambiente inter­ no (homeostasis) del organismo.

Sistema nervioso somático Informa al sistema nervioso central sobre los cambios del ambien­ te externo a través de las neuronas sensoriales que le transmiten información desde los receptores, y como respuesta las neuronas motoras regulan el movimiento voluntario de los músculos esque­ léticos. En los humanos, al igual que en los demás mamíferos, hay 12 pares de nervios craneales que se encuentran conectados directamente al cerebro, algunos son sensoriales, otros motores y otros mixtos (con fibras sensoriales y motoras). Por ejemplo, el nervio con fibras nerviosas sensoriales de los sentidos olfato, vista y oído transmite información al encéfalo. El nervio motor ocular común sale del en­ céfalo y llega a algunos músculos del ojo; el nervio facial es mixto, sus fibras nerviosas sensoriales salen de las papilas gustativas de la parte anterior de la lengua y llegan al encéfalo, y sus fibras nerviosas motoras salen del encéfalo para llegar a los músculos que dan la ex­ presión facial y a las glándulas salivales sublinguales y submaxilares.



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De la médula espinal salen 31 pares de nervios raquídeos o espina­ les que se dividen en 8 pares de cervicales, 12 de torácicos, 5 de lumbares, 5 de sacros y 1 de coccígeos. Los nervios raquídeos tienen una raíz dorsal y una ventral. La raíz dorsal tiene fibras sensoriales (aferentes) que conducen informa­ ción desde los receptores sensoriales hasta la médula espinal. La raíz ventral tiene fibras motoras (eferentes) que salen de la médula espinal y llevan señales de respuesta a los órganos y músculos. Los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales que integran la raíz dorsal forman un ensanchamiento antes de unirse a la médula espi­ nal en el ganglio espinal. El estímulo que conduce la neurona sensorial a la médula espinal puede ser transmitido mediante sinapsis, directamente a una neu­ rona motora o a través de una interneurona o neurona de asocia­ ción. La neurona motora activa al músculo efector para que ejecute la acción refleja, por ejemplo, la descrita en la figura del arco reflejo. Al mismo tiempo las neuronas de proyección (las que transmiten señales entre regiones diferentes del sistema nervioso central) con­ ducen información al encéfalo.

Sistema nervioso autónomo Este sistema, también llamado de la vida vegetativa, está formado por nervios periféricos que regulan con cierta independencia del sistema nervioso central las actividades de los órganos internos: movimiento respiratorio, automatismo cardiaco, secreción glandular, contracción de los músculos lisos y de los vasos san­ guíneos, etc., que funcionan involuntariamente. Cada víscera u órgano interno recibe una doble inervación de sistema autónomo: los nervios simpáticos y parasimpáticos con funciones antagóni­ cas, en tanto que los nervios simpáticos aceleran la función, los pa­ rasimpáticos contrarrestan sus efectos. El sistema simpático actúa en una situación de emergencia produciendo la movilización del organismo ante un peligro y el sistema parasimpático permite que el organismo recupere la calma. El organismo está integrado por la acción coordinada de todos sus  órganos, no es una simple suma de sus componentes, sino una unidad orgánica compleja cuyas partes no son las que crean al organismo y más bien se forman por diferenciación de éste. El funcionamiento coordinado de los sistemas nervioso y hormo­ nal mantiene el equilibrio dinámico de su medio interno, al mis­ mo  tiempo que le posibilitan interrelacionarse con su medio externo. Actividad de aprendizaje Elabora un cuadro comparativo sobre las funciones del sistema nervio­ so central y las del sistema nervioso periférico.

Principales neurotransmisores y su importancia Los neurotransmisores son sustancias químicas que en su mayoría son sintetizadas por las neuronas y almacenadas en las vesículas de las terminaciones nerviosas. Cuando el potencial de acción llega al extremo del axón, los canales de compuerta para iones de calcio de la neurona presináptica se abren y los iones de calcio se incorporan al interior de la neurona e inducen a la fusión de las vesículas sináp­ ticas con la membrana plasmática, de esta manera las moléculas del neurotransmisor son liberadas por exocitosis hacia el espacio si­ náptico (pequeño espacio entre la neurona y la célula efectora). Al unirse el neurotransmisor con el receptor específico de la membra­ na plasmática, que puede ser de otra neurona, una célula muscular o glandular, se produce un cambio en ésta, que puede abrir canales de iones en los receptores y atravesar la membrana plasmática. De­ pendiendo del resultado del flujo de iones en los canales, la sinapsis puede ser excitatoria o inhibitoria. En la sinapsis excitatoria, los neurotransmisores abren canales de so­ dio (Na+) y el interior de la célula se torna menos negativo, que re­ sulta en un exterior negativo (–) y un interior positivo (+), lo que produce la despolarización y genera un potencial de acción. En la sinapsis inhibitoria, los neurotransmisores abren canales para iones de cloro (Cl–) y el interior de la célula se convierte más nega­ tivo, lo que se traduce en que el interior es más negativo que el exte­ rior, comportándose como positivo le impide la despolarización y por tanto, no hay impulso nervioso. Los neurotransmisores son sustancias químicas orgánicas, existe una gran variedad de éstos, a continuación nos referiremos algunos de los principales.

Principales neurotransmisores Acetilcolina: se encuentra en diferentes partes del encéfalo, en la médula espinal y en las sinapsis entre las neuronas motoras y las células musculares. Tiene efectos excitatorios e inhibitorios. Noradrenalina (norepinefrina): es importante en ciertas sinapsis de algunas zonas del cerebro; se le relaciona con funciones de vigi­ lia y en respuestas emocionales como ira, motivación, atención y depresión. Su nivel bajo en determinadas sinapsis se asocia con la depresión profunda. También es liberada por nervios de la división simpática (del sistema nervioso autónomo) en el corazón, órganos del aparato digestivo y los pulmones. Tiene efectos excitatorios e inhibitorios. Prepara al organismo ante una situación estresante. La sobredosis de la cocaína puede bloquear la entrada de la noradre­ nalina en la neurona presináptica y causar la muerte. Dopamina: también se le involucra en funciones del cerebro rela­ cionadas con las emociones y en algunas neuronas se encuentra asociada en la actividad muscular. La degeneración de esas neuro­ 171

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Evaluación Analiza cada oración, relacionando ambas columnas y escribe en cada cuadro el número de la respuesta correcta. Ramificaciones de la neurona que recibe y conduce impulsos nerviosos hacia el cuerpo celular. Son neuronas que conducen el impulso desde el receptor hasta el centro nervioso.

1. Sinapsis 2. Impulso nervioso 3. Dendritas

Sistema de transporte activo que introduce iones potasio a la célula nerviosa y extrae iones sodio.

4. Axones

Es el cambio transitorio de la polaridad que se propaga a través de la membrana del axón.

5. Bomba sodio-potasio

Se forma de la unión de dos neuronas.

6. Sensoriales o aferentes

Parte del sistema nervioso central que controla las acciones reflejas (reacción automática a un estímulo).

7. Médula oblonga 8. Nervioso somático

Se localiza en el tallo del encéfalo como una extensión de la médula espinal. Controla funciones involuntarias como respiración y frecuencia cardiaca. Interviene en la coordinación de movimientos, controla el equilibrio y mantiene la tonicidad muscular. En su corteza se integran actividades complejas como memoria, pensamiento, lenguaje, aprendizaje y actividades voluntarias.

9. Nervioso autónomo 10. Médula espinal 11. Cerebelo 12. Cerebro 13. Tálamo

Sistema que regula el movimiento respiratorio, el automatismo cardiaco, secreción glandular y contracción de músculos lisos.

nas con la consecuente baja producción de dopamina está asociada con la enfermedad de Parkinson y su exceso está ligado con la esquizofrenia. Su efecto es mayormente inhibitorio. Serotonina: se encuentra en diferentes regiones del encéfalo y la médula espinal; contribuye en el control del sueño y las emociones. La producción alta de serotonina se asocia con el sueño y su producción baja con estados depresivos. También influye en la atención y el aprendizaje. Su efecto es generalmente inhibitorio. Glutamato: es el más común neurotransmisor excitatorio del encéfalo, en tanto que el gaba (ácido gamma aminobutírico) es el principal neurotransmisor inhibitorio; los fármacos que se suministran en trastornos convulsivos actúan mediados por la actividad del gaba. Ciertas enfermedades se asocian con la disfunción del gaba como la de Huntington (que se caracteriza por movimientos involuntarios conocidos como baile de San Vito), epilepsia y esquizofrenia.

Problemas de salud relacionados con el sistema nervioso Dañar al sistema nervioso con el consumo de drogas y alcohol acarrea graves consecuencias. Se entiende por droga a la sustancia que al consumirse en forma voluntaria produce en el organismo una respuesta fisiológica determinada que modifica el comportamiento. Entre otras drogas se encuentran: la marihuana, cocaína, inhalantes, anfetaminas, barbitúricos y heroína. 172

Las personas que se hacen adictas a las drogas empiezan por consumir pequeñas cantidades, pero el organismo, al desarrollar tolerancia a ellas, hace que el individuo requiera de mayores cantidades y con mayor frecuencia para reproducir el mismo efecto. Los adolescentes y jóvenes son más propensos a desarrollar dependencia hacia algún tipo de droga. Al consumirla experimentan sensaciones nuevas, como una mayor confianza en sí mismos, poder y placer. Suspenderla les provoca náuseas, convulsiones y ansiedad. Los adictos a la cocaína pueden llegar a presentar pérdida de memoria, depresión, paranoia, violencia y hasta intentan suicidarse. Por eso es común que los adictos lleguen a delinquir para mantener su hábito. El alcoholismo se encuentra tipificado como una enfermedad crónica que produce daños fisiológicos, psicológicos y en el comportamiento de las personas. Este mal social se ha extendido en las últimas décadas en los adolescentes y jóvenes de la población, con graves consecuencias como dificultades en el hogar, bajo aprovechamiento académico y acciones delictivas. El alcoholismo se relaciona con muchos accidentes, homicidios, maltratos a hijos y cónyuges e incluso suicidios, además es la principal causa de cirrosis hepática. El elevado consumo de alcohol puede conducir a una alteración en la capacidad mental y en la coordinación motora; al inhibir la reabsorción de agua en las nefronas hace que el organismo pierda mayor volumen de agua en la orina, provocando su deshidratación.

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La adaptación de las células del sistema nervioso central al consu­ mo del alcohol desarrolla tolerancia a su concentración cada vez más alta en la sangre, que provoca que la persona sea “más aguanta­ dora”, lo que significa que consume mayor volumen de alcohol para alcanzar el nivel de embriaguez. La supresión abrupta del alcohol en las personas adictas provoca trastornos como ansiedad, convulsiones y alucinaciones. Actividad de aprendizaje Elabora una historia acerca del empleo de algunas drogas con afeccio­ nes al sistema nervioso, en el que se mencione por qué y cómo se da este proceso.

Sistema glandular Los seres vivos funcionan como una unidad; no sólo en cuanto a su equilibrio interno sino a su ambiente externo, con el cual se en­ cuentran estrechamente relacionados. Una de las coordinaciones que integran el sistema homeostático del organismo es su regulación química a través de las hormonas. El término hormona (en griego significa estimular o excitar) se de­ fine como la sustancia orgánica que se forma en alguna parte del cuerpo y que es transportada a otra zona donde estimula una serie de cambios fisiológicos. Por su naturaleza química, las hormonas pueden ser proteínas, derivados de proteínas o aminoácidos, como ocurre, por ejemplo, con la insulina y las hormonas tiroideas. Sin embargo, también pueden ser esteroides como la progesterona y la testos­ terona.

Principales glándulas de secreción interna Las principales glándulas de secreción interna (endocrinas) son: la hipófisis, pineal, tiroides, paratiroides, suprarrenales o adrenales, páncreas, timo, ovarios, testículos, gónadas, mucosa gástrica y mu­ cosa intestinal. Hipófisis o pituitaria. Es una glándula del tamaño de un chícharo, localizada en una depresión del hueso esfenoides llamada silla tur­ ca, en la base del cerebro. A la hipófisis o pituitaria por mucho tiem­ po también se le identificó como glándula maestra, en virtud de que a través de sus secreciones regula el funcionamiento de otras glándulas; hoy se sabe que las hormonas del hipotálamo regulan el funcionamiento de la hipófisis; ésta consta de dos lóbulos, uno an­ terior y otro posterior. El lóbulo anterior produce las hormonas somatotrópica (hgh por sus siglas en inglés), que regula el crecimiento humano. Cuan­ do en la etapa de la infancia se presenta un exceso de la hormona del crecimiento se produce el gigantismo hipofisiario; una deficien­

cia de esta hormona en esa edad ocasiona el enanismo hipofisiario. En el adulto el exceso de la hormona del crecimiento causa la acro­ megalia que consiste en aumento del tamaño del maxilar, manos y pies; adrenocorticotrópica (acth), la cual influye en la produc­ ción de hormonas de la corteza suprarrenal; tirotrófica (tsh), que estimula la producción de tiroxina; foliculoestimulante (fsh), ac­ tiva el proceso de gametogénesis; luteinizante (lh), que fomenta la formación del cuerpo lúteo, y luteotrópica o prolactina (lth), que influye en el crecimiento de la glándula mamaria y en la pro­ ducción de leche. En el lóbulo posterior de la hipófisis se almacenan las hormonas vasopresina y oxitocina, producidas por el hipotálamo. La vaso­ presina, también llamada hormona antidiurética (had), regula el equilibrio hídrico en los riñones y eleva la presión arterial. La oxi­ tocina estimula la contracción de los músculos lisos, en especial los del útero durante el parto. También influye en la secreción de la leche de las glándulas mamarias. Glándula pineal. En los seres humanos se localiza cerca del centro del cerebro. Secreta la hormona melatonina durante la noche, ya que las células de esta glándula son muy sensibles a la luz, por eso la concentración de la melatonina aumenta en la noche y disminuye durante el día. Su función es relacionar al organismo con los ciclos diarios y estacionales (biorritmos), facilita el sueño e influye en la pigmentación de la piel. Al parecer los niveles bajos de esta hormo­ na influyen en el desarrollo prematuro de los caracteres sexuales secundarios en la especie humana. Tiroides. Esta glándula se encuentra formada por dos lóbulos de forma oval, situados a los lados de la pared superior de la tráquea abajo de la laringe; su principal función es acumular el yodo y fijar­ lo en la hormona tiroxina, proceso que se realiza bajo la influencia de la hormona tirotrófica (tsh), producida por la hipófisis. La tiroxina influye sobre el ritmo del metabolismo. Para su adecuado funcionamiento, el organismo debe tener un óptimo nivel basal de oxidación llamado tasa metabólica basal. Entre la producción de ti­ roxina y la hormona estimulante de la tiroides (tsh) existe un pro­ ceso de retroalimentación negativa, ya que la acumulación de la tiroxina inhibe la producción de la hormona estimulante de la tiroi­ des (tsh) y conforme el organismo va empleando la tiroxina en la oxidación de los nutrientes, disminuye la inhibición de la hipófisis que nuevamente produce la tsh, la cual estimula a la tiroides para producir más tiroxina. Pero como la tiroxina sólo se sintetiza si el organismo dispone de yodo, cuando este elemento hace falta no hay síntesis de tiroxina y consecuentemente no se inhibe la produc­ ción de la hormona estimulante de la tiroides (tsh), lo que puede conducir al crecimiento de la tiroides, o bocio, que por lo general se presenta por el suministro insuficiente de yodo en los alimentos (retroalimentación positiva). El bajo nivel de producción de tiroxina durante la lactancia ocasio­ na el cretinismo, padecimiento que provoca retrasos de creci­ 173

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  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

miento físico y mental. Cuando la tiroides se atrofia en la edad adulta se presenta el mixedema, que produce la inflamación de la cara y con frecuencia afecta la habilidad mental.

provoca una deficiencia de calcio en la sangre, lo que origina espas­ mos musculares conocidos como tetania; la hiperactividad de las paratiroides puede ocasionar salida del calcio de los huesos.

La insuficiencia tiroidea que da como resultado el cretinismo y la mixedema se denomina hipotiroidismo; se caracteriza por un bajo nivel de oxidación de los nutrientes y un ritmo cardiaco lento. Al­ gunas veces produce aumento de peso y trastornos menstruales. Dicha insuficiencia se puede corregir o detener en su fase inicial a través del suministro de la hormona tiroidea.

Suprarrenales o adrenales. Son dos pequeñas glándulas que se localizan sobre cada riñón. Cada glándula suprarrenal consta de una parte externa o corteza y una interna o médula.

La excesiva actividad de la tiroides o hipertiroidismo provoca un incremento anormal de tiroxina en el organismo, lo que acelera el nivel de oxidación de los nutrientes y la frecuencia cardiaca; con ello aumenta el apetito, aunque la persona pierde peso de manera gradual. El hipertiroidismo puede conducir al bocio exoftálmico (ojos sobresalientes y fijos) o enfermedad de Graves. Paratiroides. Son cuatro pequeñas glándulas localizadas en la su­ perficie posterior de la tiroides, producen la hormona paratiroi­ dea o parathormona (pth) que regula el metabolismo del calcio y fósforo en la sangre. El bajo nivel de producción de parathormonas

En la corteza se producen los compuestos llamados esteroides, en­ tre éstos el más conocido es la cortisona que reduce el dolor y la inflamación en muchos padecimientos. La médula suprarrenal produce la hormona adrenalina, que actúa en situaciones de ten­ sión durante los cambios emocionales de enojo o temor, lo que aumenta la frecuencia cardiaca y la presión arterial; también ele­ va el nivel de glucosa en la sangre por la conversión del glucógeno hepático. Páncreas. Es una glándula localizada detrás del estómago. Las cé­ lulas de los islotes de Langerhans producen las hormonas insulina y glucagón; ambas participan en el metabolismo de los carbohidra­ tos. La insulina regula el nivel de azúcar en la sangre, al permitir que la glucosa entre a las células, donde esta molécula se oxida durante

Cuadro 5.5  Principales glándulas y hormonas humanas Glándula

Hipófisis o pituitaria

Ubicación

En la cavidad del hueso esfenoide, en la llamada silla turca.

Hormona

Función

Tirotrófica (tsh) o tirotropina.

Estimula la secreción de la tiroides.

Adrenocorticotrópica (acth).

Estimula la producción hormonal de la corteza suprarrenal.

Somatotrópica (hgh).

Controla el crecimiento.

Gonadotrópicas (fsh y lh).

Regulan la actividad de los órganos sexuales.

Luteotrófica o prolactina (lth).

Estimula la secreción de las glándulas mamarias.

Disfunción glandular

Hiperfunción: hipertiroidismo. Hipofunción: hipotiroidismo.

Hiperfunción: durante el crecimiento produce gigantismo y, en adultos, acromegalia. Hipofunción: durante el crecimiento, enanismo, esterilidad.

Páncreas

Detrás y debajo del estómago.

Insulina, glucagón.

Controla el nivel de glucosa en la sangre.

Hiperfunción: hipoglucemia. Hipofunción: diabetes.

Tiroides

En el cuello, delante de la tráquea.

Tiroxina.

Influye en el metabolismo celular.

Hiperfunción: bocio. Hipofunción: durante el crecimiento produce cretinismo.

Pineal

Dentro del cerebro.

Melatonina.

Involucrada en los ritmos biológicos.

En la mujer ovarios.

Estrógenos y progesterona.

En el hombre testículos.

Testosterona.

Estimulan el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios y regulan el funcionamiento del sistema reproductor.

Hiperfunción: trastornos de la sexualidad. Hipofunción: esterilidad.

Reduce el dolor y la inflamación Actúa en situaciones de tensión.

Hiperfunción: agresividad, hipertensión, trastornos psíquicos. Hipofunción: debilidad, hipotensión.

Sexual

Suprarrenales o adrenales

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Corteza: cortisona. Sobre los riñones. Médula: adrenalina.



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la respiración. Cuando aumenta el nivel de glucosa en la sangre, como ocurre después de haber comido, también lo hace la insulina y ésta logra que el exceso de glucosa en la sangre se transforme en glucógeno, que se almacena en el hígado. El bajo nivel de glucosa en la sangre provoca en el páncreas la producción de glucagón, el cual estimula la transformación de cierta proporción de glucógeno almacenado en el hígado en glucosa; de esta manera se incrementa el nivel de glucosa en la sangre. Cuando el páncreas no produce la suficiente cantidad de insulina, se presenta un exceso de glucosa que se acumula en la sangre, el cual produce el padecimiento llamado diabetes mellitus o diabetes sacarina. Timo. Crece debajo del esternón, arriba del corazón durante la in­ fancia y la adolescencia; después de esta etapa decrece. Es produc­ tor de la hormona limosina cuya función es la maduración de linfocitos o timocitos que van a dar a órganos linfáticos como las amígdalas y la médula ósea. La extirpación del timo en niños retar­ da el desarrollo del esqueleto (raquitismo). Ovarios. En las células foliculares de los ovarios se producen las hormonas llamadas estrógenos, que participan en la regulación del ciclo menstrual y en el desarrollo de los caracteres sexuales secun­ darios: crecimiento de las glándulas mamarias, ampliación de la pelvis y crecimiento del vello púbico y de las axilas. El cuerpo lúteo produce la progesterona, que además de influir en la regulación del ciclo menstrual prepara el aparato reproductor para la gestación. Testículos. Las células intersticiales situadas entre los túbulos se­ miníferos de los testículos producen las hormonas masculinas o andrógenos; el principal andrógeno es la testosterona, que esti­ mula el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios masculi­ nos: crecimiento de los órganos genitales externos, aparición del vello púbico y axilar, cambio de voz aguda a grave y ensanchamien­ to de los hombros. Mucosa gástrica. La membrana mucosa del extremo pilórico del estómago secreta la hormona gastrina, que al ser transportada por el torrente sanguíneo llega a las glándulas gástricas y las estimula para secretar jugo gástrico. Mucosa intestinal. La mucosa del duodeno produce la hormona secretina al ser estimulada por el quimo que procede del estóma­ go. La secretina transportada por la sangre llega al páncreas y activa el flujo del jugo pancreático; otra hormona intestinal es la cole­ cistocina, que estimula el flujo de la bilis en la vesícula biliar. Actividad de aprendizaje Elabora un cuadro sinóptico de las principales glándulas de secreción interna, las hormonas que producen y la función de éstas. Asumiendo una actitud de respeto y colaboración comparte la información con tus compañeros de grupo.

Mecanismo de la acción hormonal Desde hace años ya se conocía la acción hormonal en los órganos específicos u órganos o tejidos blancos, pero se desconocía el me­ canismo por el cual la hormona reconocía su órgano blanco y su funcionamiento a nivel molecular. Fue en el decenio de 1960, a tra­ vés del trabajo experimental realizado por Earl W. Sutherland (1915­1975) y sus colaboradores, cuando se supo cómo las hor­ monas estimulan la acción enzimática de la membrana de la célula blanco o la activación de sus genes. La hormona compuesta de proteínas o péptidos que es transporta­ da por la sangre llega hasta su célula blanco, en cuya membrana encuentra un receptor específico y se une a él, activando la enzi­ ma adenilciclasa. Ésta cataliza la conversión de moléculas de atp (adenosín trifosfato) de la pared interna de la membrana en ade­ nosinmonofosfato cíclico (ampc ), que actúa como segundo mensajero y que desencadena los procesos químicos específicos dentro de la célula, como el aumento de la permeabilidad de la membrana de la célula, el incremento de la actividad enzimática, etcétera. Tomemos como ejemplo la acción de la hormona glucagón, pro­ ducida por los islotes de Langerhans del páncreas para mantener el nivel de glucosa en la sangre. La disminución del nivel de gluco­ sa en la sangre estimula en el páncreas la producción de glucagón, que transportado por la sangre llega al hígado. Las moléculas de esta hormona se unen a los receptores específicos que posee la membrana de las células del hígado y activan la enzima adenilcicla­ sa en la membrana celular, para convertir el atp del citoplasma en el nucleótido adenosinmonofosfato cíclico (ampc), el cual pro­ mueve la síntesis de las enzimas que transforman el glucógeno en glucosa. Las hormonas esteroides, por ser de estructura molecular más pequeña que las polipeptídicas, se difunden con facilidad dentro de las células blanco y en el citoplasma se unen a moléculas de pro­ teínas receptoras específicas formando el complejo hormona­ receptor, que penetra al núcleo de la célula y se une a la cromatina. Ésta contiene adn y estimula la actividad genética que da lugar a la síntesis de moléculas de arn, en especial arn mensajero, que sale del núcleo y se une a los ribosomas del citoplasma para iniciar la síntesis de proteínas.

Glándulas endocrinas, mixtas y exocrinas Las hormonas se producen en glándulas que se clasifican en endo­ crinas, mixtas y exocrinas. Glándulas endocrinas. Son las que vierten sus secreciones inter­ namente (endo en griego es dentro) y éstas son transportadas por la 175

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  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos... Membrana plasmática

Receptor Adenilciclasa Segundo mensajero AMPc

ATP

Aumento de la permeabilidad Activación de un factor de transcripción

Núcleo

Unidad de transcripción ARNm

Figura 5.29

Modelo del segundo mensajero. Las moléculas de la hormona, al unirse con su receptor específico en la membrana plasmática, activan la enzima adenilciclasa, que cataliza la conversión de atp en adenosinmonofosfato cíclico (ampc ); éste actúa como segundo mensajero en los procesos químicos intracelulares.

Membrana plasmática Hormona esteroide

Complejo hormona-receptor

Receptor

Núcleo Citoplasma Transcripción

Traducción Figura 5.30

ARNm

Modelo de acción de las hormonas esteroides. La molécula de la hormona se une a su molécula receptora en el citoplasma de la célula blanco. El complejo hormona-receptor entra al núcleo y estimula la actividad genética para la transcripción de arn a partir de adn; el arn, al salir del núcleo, promueve la síntesis de aminoácidos en el citoplasma.

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Hipófisis Paratiroides Tiroides Suprarrenales Páncreas

Testículos

Ovarios

Figura 5.31

Principales glándulas endocrinas y su ubicación en el organismo humano.

sangre, o cualquier otro medio líquido que circule en el interior del organismo, para regular las funciones de otros tejidos. Glándulas mixtas. Se llaman así porque vierten sus productos tanto al torrente sanguíneo como al medio externo, por ejemplo, el páncreas que incorpora la insulina a la sangre y cuya acción es regu­ lar el metabolismo de los carbohidratos y el jugo pancreático al tracto digestivo, donde sus enzimas van a degradar diversas molécu­ las de los alimentos. Glándulas exocrinas. Estas glándulas poseen un conducto por donde vierten al exterior del cuerpo la sustancia que producen (exo en griego es fuera de) o en el conducto digestivo; son ejemplos las glándulas sudoríparas y sebáceas, productoras de sudor y grasa en la piel, las glándulas gástricas, secretoras del jugo gástrico y del moco que participan en la digestión del alimento, transformándolo en una sustancia ácida llamada quimo. Por el sitio donde actúan. Las hormonas se dividen en locales y generales. Las locales son aquellas que actúan en el mismo sitio don­ de se sintetizan, por ejemplo, las neurohormonas. Las hormonas generales actúan en los llamados tejidos blancos y son transporta­ das desde el sitio donde se generan, por ejemplo, las producidas por la tiroides. Las hormonas actúan en concentraciones muy bajas.

Importancia de mantener los niveles hormonales en el organismo y los problemas de salud ocasionados por una alteración de ésos Para conservar en buen estado la salud se requiere del buen funcio­ namiento del sistema hormonal, que las glándulas localizadas en distintas partes del cuerpo: cabeza, cuello, cavidad abdominal y en las gónadas produzcan las hormonas en las proporciones que requiere su tejido blanco para realizar su actividad normal; el mal funcionamiento de la glándula endocrina, ya sea por su hiperfun­ ción, con excesiva producción hormonal o por su hipofunción con baja producción hormonal, conduce a graves trastornos orgánicos. Ambas situaciones han sido referidas en el desarrollo del tema: Las principales glándulas endocrinas, las hormonas que producen y la regu­ lación de la actividad metabólica en que participan.

Diabetes como ejemplo de desorden hormonal La diabetes mellitus es un trastorno endocrino en el que el nivel de glucosa en la sangre es anormalmente alto porque el organismo no 177

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

libera suficiente cantidad de insulina o ésta no pueda ser utilizada en forma adecuada por la célula. La insulina es una hormona producida por las células beta de los islotes pancreáticos y es la principal responsable de mantener el ni­ vel normal de glucosa en la sangre. Después de ingerir alimentos, el nivel de glucosa en la sangre se eleva, lo que hace que el páncreas li­ bere insulina. Esta hormona es transportada por la sangre para lle­ gar a su célula blanco para permitir la entrada de glucosa a la célula, lo que sucede cuando la insulina se une a su receptor específico en la membrana plasmática de la célula. La  glucosa es la principal fuente de energía celular. Cuando la glucosa no puede entrar a la célula, se acumula en la san­ gre y produce las alteraciones de la diabetes mellitus, que puede ser de dos tipos: tipo I y tipo II. La diabetes tipo I o insulinodependiente se desarrolla antes de los 30 años, por eso es conocida como diabetes juvenil. La persona con esta enfermedad debe inyectarse insulina con cierta periodici­ dad. Se ha calculado que sólo alrededor de 10% de casos de diabe­ tes son del tipo I. Su causa se debe a que el sistema inmune destruye las células secretoras de insulina en el páncreas. Probablemente ocurra esto por una predisposición genética. A la diabetes tipo II o no insulinodependiente, por desarrollarse generalmente después de los 30 años, se le conoce como diabetes del adulto. Por lo general se presenta por la disminución del núme­ ro de receptores de insulina sobre la membrana plasmática de la célula. La obesidad, originada por un alto consumo de carbohidra­ tos y grasas, es un factor de riesgo para este tipo de diabetes, así lo comprueba el alto porcentaje de personas obesas que sufren esta enfermedad.

Los primeros síntomas de la diabetes son la alta concentración de glucosa en la sangre, arriba de la normal —que debe ser alrededor de 90 a 100 mg/100 ml de sangre en ayunas—, que llega a exceder a los 200 mg/100 ml. El exceso de glucosa en la sangre se elimina diluida en agua por los riñones para formar la orina. El alto volumen de orina que se excreta hace que se presente una sensación cons­ tante de sed y con la pérdida de calorías en la orina se pierde peso y la persona también siente un hambre excesiva. Otros síntomas son: agotamiento, somnolencia, visión borrosa, entumecimiento en los pies y con frecuencia infecciones. Muchas personas ignoran si son diabéticas, ya que la diabetes tipo II no presenta síntomas durante años y sólo se manifiesta cuando se acentúa la deficiencia de insulina. Una alimentación adecuada (alta en fibra y baja tanto en carbohidratos como grasas), pérdida de peso y ejercicios contribuyen a controlar el nivel de glucosa en estos diabéticos, pero resulta importante someterse a tratamiento del médico especialista. Actividad de aprendizaje Realiza una investigación documental sobre los problemas metabólicos relacionados con el sistema glandular. Para tu reflexión

Las feromonas como mensajeros químicos Muchas especies de animales producen y liberan al medio externo sustancias llamadas feromonas, para comunicarse con otros indivi­ duos de su misma especie.

Evaluación Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número que corresponda a la respuesta correcta. Sustancia producida en una parte del cuerpo y que transportada a otra va a regular algún proceso fisiológico de otro tejido u órgano. Se le considera el enlace entre el sistema nervioso y el endocrino. Glándula localizada en la silla turca; a través de sus secreciones regula el funcionamiento de otras glándulas. Hormona cuyo exceso en la edad adulta causa la acromegalia. Parte de la hipófisis donde se almacenan las hormonas antidiurética y oxitocina producidas por el hipotálamo. Hormona que cesa su síntesis por falta de yodo, lo que conduce al desarrollo del bocio. Hormona producida en la médula suprarrenal que actúa en situaciones emocionales de eno­ jo o temor. Además de producir jugo con enzimas digestivas, secreta las hormonas insulina y glucagón. Secretan la hormona testosterona que estimula el desarrollo de los caracteres sexuales se­ cundarios. Son factores de riesgo para la diabetes de tipo II.

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1. La secreción hormonal de la hipófisis regulada por el hipotálamo 2. Lóbulo anterior 3. Lóbulo posterior 4. Tiroxina 5. Hormona 6. Obesidad y sedentarismo 7. Hipófisis 8. Testículos 9. Ovarios 10. Somatotrópica (HGH) 11. Páncreas 12. Adrenalina 13. Insulina

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Sistema reproductor masculino y femenino

Las feromonas por lo general activan una conducta específica, aunque sea de manera temporal en otros miembros de la especie, casi siempre con señales de atracción sexual. Por ejemplo, los osos polares machos son atraídos por las feromonas que las hembras liberan cuando de­ sean aparearse.

Sistema reproductor masculino El sistema reproductor masculino lo forman los testículos, una se­ rie de conductos, las glándulas anexas y el pene.

La feromona contenida en la orina de los lobos sirve para delimitar su territorio, se maneja la posibilidad de que contenga un mensaje adicio­ nal respecto a la capacidad del animal que sirve tanto para atraer a la pareja como para mantener alejado de su territorio a otros lobos.

La producción de espermatozoides se realiza en los testículos, los cuales están contenidos dentro de un saco llamado escroto, fuera de la cavidad abdominal. Al parecer la función del escroto es mante­ ner a los testículos a una temperatura más baja que la del cuerpo, para el desarrollo normal de los espermatozoides.

Aparato reproductor

Además de producir espermatozoides, los testículos producen la hor­ mona llamada testosterona, responsable del desarrollo de los carac­ teres sexuales secundarios en el hombre, como el crecimiento de los órganos sexuales, incremento del vello corporal, como barba, bigo­ te y en la región púbica y axilar, aumento en la longitud y grosor de las cuerdas vocales, lo que hace que se produzca una voz grave.

Por medio de la reproducción los organismos producen nuevos individuos para mantener así la continuidad de las especies. La ma­ yoría de los animales, en especial los mamíferos, se reproducen sexualmente. En esta reproducción participan dos células especia­ lizadas llamadas gametos, el masculino o espermatozoide y el feme­ nino u óvulo, que se forman por meiosis en las gónadas del macho y la hembra. Cada gameto contiene la mitad del número de cromo­ somas de su especie, por eso se les llama células haploides (n). En la fecundación, cuando el espermatozoide se fusiona con el óvulo, la descendencia recibe genes de su padre y madre. El cigoto que resulta de la fecundación es diploide (2n), el cual mediante sucesi­ vas divisiones desarrolla al nuevo individuo. En la mayoría de los mamíferos el desarrollo es en forma interna, es decir, dentro del cuerpo materno. Por último, al cabo del tiempo de gestación nace el nuevo organismo.

Vesículas

seminales La espermatogénesis o producción de espermatozoides por meio­ sis se realiza a partir de las células diploides llamadas espermatogo­ Uretra nias, localizadas en las paredes de los túbulos seminíferos. Próstata Los espermatozoides salen de los testículos y llegan a un tubo lla­ mado epidídimo, localizado sobre cada testículo, donde se almace­ Epidídimo nan, adquieren la movilidad y capacidad de fecundar al Conducto ovocito. deferente

Durante la eyaculación los espermatozoides salen de cada epidídi­ Glande mo a través del vaso o conducto deferente, pasan por elEscroto conducto Testículo

Vesículas seminales

Vesículas seminales

Uretra Próstata Epidídimo

Glande

Conducto deferente Escroto

Próstata Uretra Conducto deferente

Epidídimo

Glande

Testículo Testículo

Escroto

Figura 5.32

Sistema reproductor masculino. Vesículas seminales Próstata

179

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos... Hipotálamo (–)

(–)

GnRH (–)

Hipófisis anterior

(–) (+)

(+)

Cuadro 5.6 Órganos y glándulas anexas del sistema reproductor masculino Órganos

Función

Testículos (2)

Producción de espermatozoides y de hormona testosterona.

Epidídimo (2)

Almacenamiento y maduración de los espermatozoides.

Conducto deferente (2)

Conducen los espermatozoides del epidídimo a la uretra.

Pene

Órgano copulador que a través de la uretra deposita los espermatozoides dentro del conducto reproductor femenino.

Glándulas anexas

Función

Vesículas seminales (2)

Secreción que proporciona energía a los espermatozoides y estimula contracciones del útero y tubas uterinas.

Próstata

Secreción alcalina que neutraliza acidez de uretra y vagina.

Glándulas bulbouretrales (2)

Secreción de líquido que lubrica la uretra y participa en la neutralización de su acidez.

LH FSH

Producción de testosterona

Testículo

Espermatogénesis Hormona inhibina Figura 5.33

Sistema de retroalimentación negativa que regula la producción de hormonas que controlan el funcionamiento de los testículos.

inguinal y penetran en la cavidad pélvica, dan vuelta alrededor de la vejiga urinaria y se unen a los conductos de las vesículas semina­ les, luego atraviesan la próstata y se fusionan con la uretra. Esta que se extiende a lo largo del pene, conduce tanto orina como se­ men al exterior en momentos distintos.

Glándulas anexas Las principales glándulas anexas o accesorias son vesículas semina­ les, próstata y glándulas bulbouretrales. Conforme se transportan los espermatozoides por los conductos, se mezclan con las secrecio­ nes de las glándulas anexas y de esta mezcla resulta el semen. n

Las vesículas seminales secretan un líquido claro y espeso, rico en fructosa que proporciona energía a los espermatozoides. También contiene prostaglandinas que estimulan contracciones del útero y tubas uterinas (trompas de Falopio) u oviductos.

n

La próstata secreta un líquido lechoso, alcalino, que neutraliza la acidez de la uretra y de la vagina.

n

Las glándulas bulbouretrales secretan unas gotas de líquido alcalino que lubrica la uretra durante el acto sexual y participa en la neutralización de su acidez.

180

El pene Es un órgano copulador eréctil con capacidad de depositar los es­ permatozoides dentro del conducto reproductor femenino. Está compuesto de un tallo con un extremo expandido llamado glande. La parte de la piel del pene que cubre el glande se llama prepucio. Lo forman tres columnas cilíndricas paralelas de tejido eréctil, que lo recorren a lo largo; una de éstas rodea la parte de la uretra. La erec­ ción del pene se genera por varios estímulos y se presenta por un incremento en el flujo sanguíneo que llena los tejidos eréctiles, lo que comprime las venas y así retarda la salida del flujo sanguíneo de los tejidos. La erección es importante en el acto sexual para la inserción del pene en el conducto reproductor femenino.

Regulación de las hormonas sexuales masculinas La producción de hormonas que hacen funcionar los testículos, al llegar a la madurez sexual, se regula mediante el sistema de retroali­ mentación negativa. El hipotálamo secreta la hormona liberadora de gonadotropina (gnrh) que hace que el lóbulo anterior de la hi­ pófisis libere otras dos hormonas: la foliculoestimulante (fsh) y la luteinizante (lh). n La fsh además de estimular el desarrollo de los túbulos semi­

níferos, incrementa la producción de espermatozoides.

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n La

lh estimula los tejidos intersticiales de los testículos para secretar la hormona testosterona.

ña, que es el primer cuerpo polar; éste puede dividirse en dos cuer­ pos polares que degeneran, en tanto que el ovocito secundario continúa su segunda división meiótica, que se interrumpe hasta después de la fecundación. Cuando esto sucede, la segunda divi­ sión termina y produce un ovocito secundario maduro y un segun­ do cuerpo polar que también degenera.

El incremento del nivel de testosterona en la sangre actúa sobre el hipotálamo y la hipófisis, que hace que la secreción de lh por la hipófisis se reduzca. En la regulación de la producción de fsh participa la hormona in­ hibina secretada por las células de Sertoli, que al actuar sobre la hi­ pófisis inhibe la producción de la hormona foliculoestimulante.

El desprendimiento del ovocito secundario de uno de los ovarios al mes se conoce como ovulación. Después de ésta el folículo se co­ lapsa, su tejido sangra y se le forma un coágulo llamado cuerpo he­ morrágico, que posteriormente se transforma en una masa de células amarillentas conocidas como cuerpo lúteo.

Sistema reproductor femenino El sistema reproductor femenino se compone de ovarios, tubas ute­ rinas u oviductos o trompas de Falopio, útero, vagina y vulva. Al igual que los testículos, los ovarios, que son las gónadas femeni­ nas, producen gametos y hormonas sexuales. Los ovarios son dos glándulas en forma y tamaño de almendras, localizadas cerca de las paredes laterales de la cavidad pélvica. Durante su desarrollo el feto femenino produce en los ovarios to­ dos sus gametos; las ovogonias, que son las células no diferencia­ das, aumentan de tamaño y transformándose en ovocitos primarios, aproximadamente a partir del tercer mes del desarrollo del feto. Los ovocitos primarios se encuentran rodeados por un grupo de células que forman los folículos primordiales. Los ovocitos de una niña al nacer se encuentran en la profase de la primera división meiótica, etapa en la que permanecen durante la niñez y parte de la vida adulta.

El ovocito secundario pasa a la abertura de la tuba uterina u oviduc­ to contiguo, que se expande a manera de embudo y captura al ovo­ cito que sale del ovario. Las contracciones peristálticas de los músculos de la pared de la tuba uterina y el batir de los cilios que la tapizan ayudan a conducir al ovocito hacia el útero. En ese trayecto el ovocito puede ser fecundado por el espermatozoide que por lo general sucede en el extremo superior del oviducto o tuba uterina. Trompas de Falopio Los espermatozoides pueden llegar hasta aquí pasando por el úte­ ro desde la vagina, conducto muscular que es el órgano copulador de la mujer. En este caso, el ovocito fecundado oOvario cigoto lleva a cabo sus primeras divisiones mitóticas antes de llegar al útero, donde se implanta para completar su desarrollo. Cuando no es fecundado, el Útero ovocito muere y el endometrio, el epitelio que reviste la pared in­ terna del útero, destruido y se presenta la menstruación. Uretra

Vagina

Al llegar a la pubertad varios folículos primordiales inician su de­ sarrollo cada mes en uno o los dos ovarios. Sin embargo, por lo ge­ neral sólo un folículo madura y el ovocito primario completa su primera división meiótica. Algunas horas antes de la ovulación se forma una célula grande, que es el ovocito secundario y una peque­

Regulación de las hormonas sexuales femeninas Cuando la mujer llega a la pubertad, el hipotálamo secreta hor­ mona liberadora de gonadotropina (gnrh) que estimula al lóbulo

Figura 5.34

Sistema reproductor femenino. Trompas de Falopio

Ovario

Trompas de Falopio Ovario

Útero

Vagina

Uretra

Útero

Vagina

Uretra

181

anterior b)

BLOQUE

5

Alto nivel de estrógeno

Ovario

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

FASE PREOVULATORIA (Retroalimentación positiva del estrógeno) Hipotálamo

(+)

GnRH a)

FASE POSOVULATORIA (Retroalimentación negativa del estrógeno) Hipotálamo (–) Hipófisis anterior GnRH c)

(+) (–) Hipófisis anterior FSH

Elevado nivel de FSH LH progesterona y estrógeno e)

LH b)

Alto nivel de estrógeno

Ovario

Producción de progesterona y estrógeno por el cuerpo del útero

Ovario d)

Figura 5.35

Control de retroalimentación de la secreción hormonal de la mujer durante el ciclo menstrual. a) El hipotálamo secreta hormona liberadora de FASE ) quePOSOVULATORIA estimula a la hipófisis anterior para que libere las hormonas foliculoestimulante (fsh) y luteinizante (lh). b) La fsh y la lh gonadotropina (gnrh (Retroalimentación negativa del laestrógeno) estimulan en el ovario el crecimiento del folículo, maduración del ovocito primario e influyen para que el folículo produzca estrógenos. c) El alto nivel de estrógeno estimula al hipotálamo Hipotálamo y a la hipófisis para la secreción de gran cantidad de lh que influirá en la ovulación y después en la formación del (–) que estimulan el crecimiento del endometrio. e) El elevado nivel de progesterona cuerpo lúteo. d) El cuerpo lúteo secreta progesterona y estrógeno Hipófisis y estrógeno inhiben la secreción de fsh y lh por la hipófisis. anterior GnRH c)

anterior de la hipófisis para que secrete las hormonas foliculoes­ (–) timulante (fsh) y luteinizante (lh). Elevadose nivel de Por estímulos de la hormona foliculoestimulante desarrollan FSH LH progesterona y algunos folículos en el ovario, de los cuales más tarde sólo uno con­ estrógeno tinúa su desarrollo. La fsh también influye en ele)folículo en creci­ Producción de estrógenos que estimulan el crecimiento miento para que produzca progesterona y Ovario del endometrio. estrógeno por el cuerpo del útero

d)

Cuadro 5.7 Órganos del sistema reproductor femenino Órgano

Función

Ovarios (2)

Producción y desarrollo de ovocitos, producción de estrógeno y progesterona.

Oviductos (2)

Conducen al ovocito secundario del ovario al útero. Reciben los espermatozoides depositados en la vagina. Son sitios de fertilización.

Útero

Aloja, protege y nutre al embrión durante su desarrollo.

Vagina

Órgano copulador, receptáculo de los espermatozoides, es parte del canal de parto.

Vulva

Son estructuras genitales externas, incluye los labios menores, el clítoris (órgano eréctil durante la excitación sexual), los labios mayores, más gruesos y en la mujer adulta cubiertos de vello.

182

Los estrógenos también estimulan el crecimiento corporal y el de­ sarrollo de los caracteres sexuales secundarios, que son desarrollo de las mamas, redistribución de la grasa subcutánea en la región pectoral y alrededor de la pelvis, ensanchamiento de la cadera y el crecimiento del vello púbico y axilar. El aumento de la concentración de estrógenos en la sangre provoca que el lóbulo anterior de la hipófisis secrete lh. La fsh y la lh es­ timulan el crecimiento del folículo y la maduración del ovocito pri­ mario. Los niveles altos de estrógeno estimulan tanto al hipotálamo como a la hipófisis, para que esta última libere más lh que influirá en la maduración del folículo, la ovulación y más tarde en la formación del cuerpo lúteo. Bajo la influencia de la hormona luteinizante el cuerpo lúteo secre­ ta gran cantidad de progesterona y una mínima cantidad de estró­ genos que estimulan el crecimiento del endometrio. El elevado nivel de progesterona y estrógeno en la sangre inhiben la secreción de fsh y lh por la hipófisis durante la última etapa del ciclo. Si el ovocito secundario no es fecundado, el cuerpo lúteo degenera y deja de secretar progesterona y estrógeno, por lo que los niveles de estas hormonas en la sangre disminuirán rápidamente, con lo que el endometrio empezará a desintegrarse. El tejido muere al constreñirse las arterias del revestimiento del endometrio ante la

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escasez de oxígeno y nutrientes. Las arterias dañadas se rompen, presentándose el sangrado correspondiente a la iniciación de la menstruación.

Gametogénesis como el mecanismo mediante el cual se producen las células sexuales Es el proceso por el cual se forman los gametos por meiosis. La ga­ metogénesis puede ser espermatogénesis u ovogénesis.

Espermatogénesis Es el proceso de formación de los espermatozoides en los tubos seminíferos de los testículos. Al llegar a la madurez sexual, algunas de las células no diferenciadas llamadas espermatogonias, localiza­ das en las paredes de los tubos seminíferos, crecen y se convierten en espermatocitos primarios, los cuales sufren las dos divisiones meióticas y originan cuatro células haploides llamadas espermáti­ das. Cada una de estas células se diferenciará para formar un esper­ matozoide. El espermatozoide consta de tres partes: cabeza, pieza intermedia y cauda o cola. La cabeza contiene el núcleo y parte

del material de Golgi y la pieza intermedia a las mitocondrias, las cuales liberan la energía que permite el movimiento de la cauda.

Ovogénesis La ovogénesis o formación de óvulos en la mujer se inicia a partir de las células germinales primordiales del embrión, que se desplazan hacia las gónadas en desarrollo, donde se convierten en ovogonias. Éstas se dividen primero por mitosis y después aumentan de tamaño diferenciándose en ovocitos primarios, con lo que inicia la meio­ sis, cuando la mujer se encuentra en el vientre de su madre. Este proceso se interrumpe durante la profase de la meiosis I. Se calcula que la niña al nacer, sus ovarios contienen cerca de dos millones de ovocitos primarios, de los cuales muchos mueren. Al inicio de la pubertad (alrededor de los 12 o 14 años) se conservan cerca de 200 000 en cada ovario. Cada ovocito primario se encuentra envuel­ to en una capa de células llamada folículo primordial que lo nutre. Desde la pubertad hasta la menopausia (entre los 45 y 50 años aproximadamente), el sistema reproductor de la  mujer pasa por periodos regulares de cambios fisiológicos llamados ciclos mens­ truales. Durante cada ciclo, que tiene una duración promedio de 28 días, madura un ovocito primario. La hormona foliculoestimulante

Meiosis I

a) Espermatogénesis

b) Ovogénesis

Espermatogonia (2n)

Ovogonia (2n)

Espermatocito primario

Ovocito primario

Ovocito secundario

Meiosis II

Espermatocito secundario

Células espermátidas (n)

Cuerpos polares

Ovocito maduro (n)

(La meiosis II sólo termina con la penetración del espermatozoide en el ovocito secundario) Espermatozoides

Figura 5.36

Gametogénesis: a) espermatogénesis y b) ovogénesis.

183

  5 BLOQUE

  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

(fsh), liberada por el lóbulo anterior de la hipófisis, estimula la ma­ duración de algunos de los folículos primordiales que contienen a los ovocitos primarios, aunque por lo general sólo madura uno. Cuando el folículo termina su crecimiento, la hormona luteinizan­ te (lh), también secretada por la hipófisis, actúa sobre las células foliculares estimulando al ovocito primario para que complete su primera división meiótica; así se convierte en un ovocito secunda­ rio y también se produce el primer cuerpo polar de menor tamaño, que después podrá dividirse y formar dos cuerpos polares. Posteriormente, el ovocito secundario pasa a la segunda división meiótica, sin una interfase intermedia, pero se detiene en la metafa­ se de la meiosis II. En esta etapa es liberado por el ovario a la tuba uterina u oviducto, proceso llamado ovulación. Sólo termina la divi­ sión meiótica II y la liberación de un segundo cuerpo polar des­ pués de haber sido fecundado. Los cuerpos polares que se formen degeneran; por tanto, por cada ovocito primario sólo se produce uno secundario maduro, a diferencia de la espermatogénesis en la que por cada espermatocito primario se forman cuatro espermato­ zoides.

Ciclo menstrual A partir de la madurez sexual, las funciones del sistema reproduc­ tor femenino describen un ciclo llamado ciclo menstrual, con una duración promedio de 28 días. En ese periodo la mujer ovula y el folículo roto que libera al ovocito desarrolla el cuerpo lúteo, el cual secreta progesterona que estimula la reconstrucción del endome­ trio, por lo que el ciclo menstrual incluye la producción, madura­ ción y liberación del ovocito además del desarrollo del endometrio para implantar el embrión en su etapa de blastocisto, o la desinte­ gración del endometrio, en caso de que el ovocito no sea fecunda­ do. Las fases del ciclo menstrual son las siguientes: n Fase destructiva. Tiene una duración de 1 a 6 días del ciclo; en ella se desintegra el endometrio y la rotura de las arterias de su revestimiento produce el sangrado de la menstruación. El pri­ mer día del flujo es con el que inicie el ciclo menstrual. n Fase folicular. Tiene una duración comprendida del día 6 y al­ rededor del día 13 del ciclo de 28 días. Las fsh y lh secre­tadas por la hipófisis estimulan el desarrollo de un folículo y des­ pués el ovocito primario continúa su  proceso meiótico. El  ovario produce estrógenos que promueve la reconstrucción del endometrio. Un aumento de estrógeno en la sangre incre­ menta mayor liberación de lh por la hipófisis. n Fase de ovulación. La elevación de la lh hace que el folículo se

rompa y libere al ovocito secundario que pasa a la tuba uteri­ na  (aproximadamente el día 14 del ciclo), proceso llamado ovulación. n Fase lútea. Alrededor del día 15 al 28, la hormona luteinizante (lh) estimula el desarrollo del cuerpo lúteo que se forma en el 184

folículo roto. El cuerpo lúteo secreta progesterona y un poco de estrógeno. La progesterona estimula el crecimiento del en­ dometrio, ante la posible llegada de un ovocito fecundado.

Mecanismos de control natal Las razones por las que no es deseado un embarazo son diversas. Las más frecuentes son cuando no se dispone de los medios nece­ sarios para afrontar los gastos que ocasiona la procreación del hijo, o cuando los padres no están preparados física o psicológicamente para formar una familia. El nacimiento de un hijo no deseado puede representar un grave problema para la pareja o la madre soltera, ante la imposibilidad de poder prodigarle los cuidados necesarios al hijo, como alimenta­ ción, atención médica y el afecto necesario. Con el propósito de evitar los hijos no deseados se recurre a dife­ rentes mecanismos de control natal, entre los que se mencionan los siguientes. Naturales. Los que más se conocen de este tipo son los métodos de ritmo y el de temperatura basal. El método de ritmo, también llamado de abstinencia sexual periódi­ ca, se basa en la observación del ciclo de la ovulación. Generalmen­ te se presenta entre los días 12 a 16 del ciclo menstrual de 28 días, por lo que debe evitarse la relación sexual entre los días 11 al 18 de ese periodo. Tomando en cuenta que el primer día del ciclo corres­ ponde al primer día del sangrado menstrual. Se ha comprobado que este método no es del todo efectivo, debido a que algunas veces se presentan irregularidades en los ciclos mens­ truales. Temperatura basal es el ligero aumento de la temperatura (0.2 a 0.5 °C) corporal después de la ovulación causado por la progeste­ rona. Puede ayudar a identificar el día de la ovulación; para ello, la mujer debe medir su temperatura corporal todos los días al desper­ tar, antes de realizar cualquier actividad. Se coloca el termómetro en boca, vagina o ano para detectar que su temperatura aumenta ligeramente en ciertos días de su ciclo. Esta información es de utili­ dad para complementarla con el método de ritmo. Físicos, de barrera o mecánicos. Lo forman los preservativos o condones, diafragmas y dispositivos intrauterinos. Preservativos o condones. El masculino es un tubo generalmente de látex que en forma de funda se ajusta al pene en erección, en el cual se retiene el semen durante la eyaculación. Funciona como una ba­ rrera física que impide el paso del espermatozoide a la vagina; algu­ nos preservativos disponen de un receptáculo donde se deposita el semen. Los preservativos tienen la ventaja de servir también como medio eficaz para evitar el contagio de enfermedades venéreas. El condón femenino. Es un tubo generalmente de poliuretano, con aros plásticos en extremos opuestos, que se introduce en la vagina

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antes de la penetración. Al igual que el condón masculino, funciona como barrera física y evita el contagio de enfermedades de transmisión sexual (ets). Diafragma. Es una cúpula de látex con un resorte de metal en su contorno flexible, que el ginecólogo ajusta en el cuello del útero. También funciona como barrera física impidiendo la penetración del espermatozoide. Debe colocarse antes del acto sexual y retirarse por lo menos después de seis horas. Por lo general se coloca con alguna crema espermaticida que además de facilitar su colocación eleva la efectividad de este método. Dispositivos intrauterinos o diu. Son materiales casi siempre de plástico que se colocan por el médico dentro del útero; funciona alterando el movimiento de las trompas y cambiando el tejido de revestimiento del útero. Evita la implantación del embrión. Se sabe que el diu algunas veces causa diversos trastornos, como su rechazo por el útero (algunas mujeres llegan a expulsarlo), sangrado, dolor e inflamación pélvica por infección de los órganos sexuales. El procedimiento de colocación y retiro del diu debe hacerlo un médico. Métodos químicos. Son las barreras químicas y hormonales. Barreras químicas. Reciben este nombre las diversas sustancias en forma de jaleas, cremas, óvulos o supositorios vaginales, espermaticidas (matan los espermatozoides), que la mujer introduce en el fondo de su vagina antes de su relación sexual. Algunas parejas suelen preferir más las espumas en aerosol por sus características de mayor efectividad e higiene. Hormonas. Son suministradas en forma de píldoras o inyecciones. Contienen las hormonas que normalmente produce la mujer, estrógeno y progesterona, que evitan la ovulación, engañando al organismo como si ya hubiera ocurrido la fecundación. Es claro que el uso de estos medicamentos es delicado y debe ser bajo observación y prescripción médica; de lo contrario, un mal empleo podría traer consecuencias graves para la salud. La mujer en su ciclo menstrual por lo regular ovula cada 28 días, además su ovario produce las hormonas estrógeno y progesterona; al suministrársele por medio de pastillas o inyecciones estas hormonas, la hipófisis deja de producir las hormonas que estimulan la ovulación, lo que inhibe la producción de óvulos y hormonas estrógeno y progesterona en el ovario. Los efectos secundarios que a veces se presentan con el suministro de hormonas son alteraciones en la estabilidad emocional, incremento de peso, náuseas y vómitos, dolores de cabeza y otros. Los medicamentos preparados con base en estrógeno y progesterona también se emplean en la anticoncepción de emergencia para evitar la concepción postcoital (después del acto sexual). No es un abortivo, porque actúa antes de la concepción. Se suministra por vía oral dentro de las 72 horas después del acto sexual periodo comprendido entre la fecundación y la anidación del óvulo fecun-

dado. La anticoncepción de emergencia es una medida especialmente para casos de violación. No debe ser de uso continuo ya que no sustituye a los otros medios anticonceptivos ni protege contra enfermedades de transmisión sexual. Los mecanismos naturales, físicos y químicos son considerados temporales porque constituyen métodos de control natal sujetos a la voluntad de la pareja o de la mujer, ya que en el momento en que se decida tener hijos podrán dejar de practicarlos. Métodos definitivos o quirúrgicos. Son la salpingoclasia y la vasectomía, que por su calidad de irreversibles (que difícilmente se podría regresar al estado original), al someterse a ellos debe tomarse la decisión definitiva de no tener hijos. La salpingoclasia. Consiste en una intervención quirúrgica por vía abdominal o vaginal para ligar y cortar las trompas o tubas uterinas (de Falopio). Dado que no afecta el ovario, éste continúa produciendo óvulos y hormonas. La vasectomía. Es una pequeña operación que se practica aplicando anestesia local para después hacer una pequeña incisión en ambos lados del escroto, para así ligar y seccionar cada conducto deferente. Los testículos continuarán produciendo espermatozoides y hormonas, sólo que los espermatozoides ya no se expulsarán al exterior, sino que van a ser fagocitados por los macrófagos del cuerpo, por lo que en la eyaculación sólo sale el semen.

Enfermedades comunes asociadas a los aparatos reproductores masculino y femenino De origen viral „El herpes genital lo produce el virus del herpes simple tipo dos y

se presenta como pequeñas ampollas que en su alrededor se manifiesta una sensación de hormigueo. Las ampollas son bastante dolorosas, especialmente cuando erupcionan. Esta enfermedad llega a causar lesiones en los órganos genitales, tanto en la mujer como el hombre. Se cree que puede predisponer al cáncer cérvico-uterino. El virus jamás puede ser eliminado del cuerpo, algunos medicamentos sólo inhiben su reproducción o reducen la gravedad de los síntomas de la enfermedad. Se sabe que el virus se aloja en algunas células nerviosas y aparece como respuesta al estrés. La mujer puede transmitir el virus a su hijo en gestación, ocasionándole graves daños físicos y mentales o en el momento de su nacimiento. sida (Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida) es causado por el virus de inmunodeficiencia humana  (vih); se adquiere principalmente por medio de una relación sexual, transfusión sanguínea y a través de jeringas o agujas hipodérmicas contaminadas. El vih es un retrovirus que destruye

„El

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5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

linfocitos T cooperadores, lo que deprime el sistema inmune de sus víctimas, haciéndolas más susceptibles a diversos ti­ pos de infecciones de fatales consecuencias.

cionadas a los aparatos reproductores. Con la información organicen un debate grupal donde se manifieste la seriedad y respeto que por su importancia requiere el tema.

De origen bacteriano n Gonorrea

(término empleado por Galeno en el año 130 d. C. significa flujo de semilla), producida por la bacteria Neisseria gonorrhoeae. Es una de las enfermedades infecciosas más co­ munes que en el hombre se manifiesta con micción dolorosa y secreción de pus por el pene; en la mayoría de las mujeres infectadas no hay síntomas en las etapas iniciales, pero al avan­ zar puede ocasionar infertilidad al afectar trompas y ovarios. Su tratamiento requiere de un suministro adecuado de anti­ bióticos. Las madres portadoras de la enfermedad pueden contaminar al hijo en el parto y la bacteria suele infectar los ojos del recién nacido.

n Sífilis.

Esta enfermedad es causada por la bacteria Treponema pallidum, se inicia con la formación del chancro, una pequeña úlcera en el lugar de la infección, en el hombre generalmente en el pene y en la mujer en la vagina o cuello del útero. Aunque no causa dolor es bastante infeccioso, desaparece aproximada­ mente en 1 o 2 semanas. La segunda etapa empieza entre 2 a 6 meses después de la infección en la que las bacterias han ingre­ sado al torrente sanguíneo y se han diseminado por el organis­ mo lo que produce lesiones en las membranas mucosas y en la piel. Durante la tercera etapa, que es la fase latente y que puede tener una duración de 20 años, no hay manifestaciones físicas y sólo se detecta la enfermedad a través de pruebas sanguí­ neas. La etapa más grave para la persona infectada va de cinco a 40 años después de la infección; es la llamada sífilis tardía, cuando los síntomas reaparecen afectando la piel y diversos ór­ ganos internos como riñones, corazón y cerebro, situación que generalmente conduce a la muerte.

Por protozoarios n Tricomoniasis. Es una infección que la mujer puede adquirir no

sólo por relaciones sexuales, sino por emplear toallas sucias, no cambiarlas con frecuencia o simplemente por permane­ cer  sentada durante un prolongado tiempo con un traje de baño mojado, que le propicie el incremento de humedad en la vagina. En los hombres el parásito vive y se multiplica, pero raramente causa síntomas. Es causada por el protozoario Tri­ chomonas vaginales. Sus síntomas son prurito (comezón), se­ creción y dolor.

Actividad de aprendizaje Investiga la estructura y función del sistema reproductor masculino y femenino, los mecanismos de control natal y las enfermedades rela­

186

Para tu reflexión sida

Las siglas sida definen a la enfermedad denominada Síndrome de In­ munodeficiencia Adquirida, enfermedad que hizo su aparición como brote epidémico a inicios de los años 80 en una población de homo­ sexuales y bisexuales masculinos en San Francisco, EUA. Aunque es­ tudios posteriores revelaron que se venía padeciendo desde la década del 50 y probablemente desde mucho antes. Este padecimiento se consideró como un síndrome (conjunto de signos y síntomas) debido a que no existía una sintomatología bien definida. Todo lo que se podía observar en el paciente eran enfermedades oca­ sionadas por agentes oportunistas o poco frecuentes, por ejemplo, problemas respiratorios causados por Pneumocystis carinii, diarreas por Cryptosporidium y problemas nerviosos por Toxoplasma gondii, o ambas cosas, así como un proceso neoplásico cutáneo (cáncer de la piel) que sólo se habían reportado en grupos aislados de judíos de avanzada edad, denominado sarcoma de Kaposi. El estudio de poblaciones celulares de la sangre de todos estos pacien­ tes reveló que existía un decaimiento de una población de células de­ nominada cd 4, que son un tipo de leucocitos (células blancas de la sangre) llamados también linfocitos Thcd 4+ o linfocitos T cooperadores. Estas células son las encargadas de orquestar o dirigir la respues­ ta inmune específica ante agentes extraños como son bacterias, virus, etcétera. Toda esta sintomatología, junto con los hallazgos del análisis de las poblaciones celulares de sangre proveniente de estos pacientes, suge­ ría que el problema era el decaimiento del sistema inmune, en muchos casos de manera total. Pero, ¿cuál era el agente etiológico (la causa)?, ¿cómo lo hacía?, ¿eran los homosexuales y bisexuales masculinos los únicos que se enfermaban?, ¿cómo se adquiría la enfermedad? Éstas y muchas otras preguntas tuvieron que responder los investigadores, e incluso muchas de ellas siguen sin respuesta. Al paso del tiempo se fueron encontrando casos no solamente en ho­ mosexuales, sino en drogadictos intravenosos, en recién nacidos hijos de pacientes con la enfermedad, hemofílicos y en pacientes que ha­ bían recibido alguna transfusión sanguínea sugestiva de estar conta­ minada, pero en ese tiempo no existía  la forma de diagnosticar y diferenciar la sangre contaminada de la sana, ya que ni siquiera se conocía el agente etiológico. La noticia de que no era una enfermedad exclusiva de homosexuales alarmó a los investigadores de salud pública y a la población en gene­ ral. La siguiente pregunta por contestar era identificar el agente etioló­ gico de la enfermedad, acaso una bacteria o algún virus. La respuesta la dio el Dr. Luc Montagner, del Instituto Luis Pasteur en Francia, quien por primera vez pudo aislar al virus responsable y le denominó lav

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(Virus de Linfoadenopatía). Después en Estados Unidos se aisló el mis­ mo virus al que se le denominó htlv-iii (Virus Humano de la Leucemia de los linfocitos T, tipo iii). Finalmente por acuerdo internacional se de­ cidió nombrarle vih (Virus de la Inmunodeficiencia Humana). El grupo del Dr. Montagner posteriormente trabajó, entre otras cosas, en el de­ sarrollo de una técnica de laboratorio lo bastante sensible y específica para diagnosticar la sangre contaminada; desarrollaron una prueba inmunoenzimática tipo elisa (ensayo de inmunoadsorbente ligado a enzimas) que detecta la presencia de anticuerpos en el paciente. Ac­ tualmente ya es posible detectar la presencia de anticuerpos contra el virus o el virus en sí, en la sangre y otros tejidos por técnicas como la del Dr. Montagner y otras más sofisticadas como el inmunoblot o tam­ bién llamado western blot, y la técnica de pcr (reacción en cadena de la polimerasa). El vih es un virus del género Lentivirus que pertenece a la familia Re­ troviridae. Los virus de esta familia se caracterizan por tener como genoma una cadena de arn de polaridad positiva (funciona como arn mensajero), el cual, por medio de una enzima llamada Retrotranscrip­ tasa o Transcriptasa Reversa (rt) presente sólo en este tipo de virus, es transcrito a una cadena de adn que se denomina complementario (adnc). Este hecho rompe con el dogma central de la Biología, puesto que toda copia de arn deriva de una secuencia de adn y no de forma inversa como ocurre con este tipo de virus. El contagio con el vih se da en humanos que hayan estado en contacto con sangre o fluidos genitales contaminados. Por ejemplo, los droga­ dictos intravenosos al compartir jeringas arrastran pequeñas gotas de sangre; el hemofílico al transfundirse sangre contaminada; el ho­ mosexual, bisexual y heterosexual cuando su mucosa genital entra en contacto con fluidos genitales de un(a) compañero(a) sexual conta­ minado(a) e incluso se ha reportado que la mucosa oral (por sexo oral) puede ser una excelente puerta de entrada al virus. Además, el conta­ gio transplacentario o por el canal del parto o la lactancia puede darse en el recién nacido. Todavía se desconocen muchos aspectos de la patogenia (curso de la enfermedad desde la entrada del virus hasta el destino final) de esta enfermedad, pero a continuación se citan algunos pasos de la hipótesis más aceptada, que pudieran estar ocurriendo en el paciente. Considerando las vías de transmisión del virus, se supone que éste puede llegar al torrente sanguíneo y contactar directamente con las células T cd 4 o con monocitos; éstos son leucocitos encargados de madurar y convertirse en macrófagos para fagocitar cualquier material extraño y presentarlo a la célula T cd 4. Esto podría ocurrir en el caso de homosexuales y bisexuales masculinos donde pudiera haber alguna pequeña lesión por acción traumática rectal (desgarre por fricción), o en los drogadictos intravenosos, en los pacientes que hayan recibido transfusión de sangre contaminada y en los casos de niños provenien­ tes de madres portadoras del virus por vía sanguínea­transplacentaria. Sin embargo, en el caso de transmisión por contacto heterosexual (en­ tre un hombre y una mujer), donde en la mayoría de los casos no existe lesión o alguna forma como los fluidos genitales contacten directamen­

Cubierta

Cápsula

ARN

Anclaje en la célula

Entrada Transcripción inversa Integración

ARN

viral

ADN

viral

Núcleo celular

ADN

viral

Síntesis de los componentes del virus ARN viral Proteínas Transcriptasa inversa

Cápsula

Cubierta

Ensamblaje Salida de la célula

Proteínas de la cubierta

Figura 5.37

Ciclo de infección de un retrovirus de tipo sida.

te con sangre, se ha ideado una hipótesis alterna. Se supone que una vez que el virus haya contactado con la mucosa genital u oral del pa­ ciente sano pudiera ser tomado por células denominadas presentado­ ras de antígeno (apc), principalmente por un tipo de éstas que son las células dendríticas o por los propios macrófagos, y probablemente se infecte la propia célula; tal vez este tipo de célula transporte al virus hasta los órganos linfoides secundarios como los ganglios linfáticos, que es donde se lleva a cabo la respuesta inmune. Sea cual fuera la vía de entrada, se ha reportado que el virus permanece en estos nódulos linfáticos y al parecer es eliminado casi en su totalidad por otro tipo de células denominadas t cd 8 o citotóxicas. Probablemen­ te es en este momento cuando el vih infecta a las células t cd 4; al ha­ cerlo se interna en el citoplasma de esta célula y luego libera su arn viral, que con la ayuda de la enzima que trae consigo el virus, llamada polimerasa reversa (rt), se transcribe a un adn complementario (adnc).

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Este adnc (viral) con ayuda de otras enzimas virales como unas endo­ nucleasas (cortan adn) y una ligasa (unen adn) se inserta en el material genético de la célula, quedando así latente en el genoma celular y se le denomina provirus. Cuando la célula Thcd4+ se active o sintetice proteína, se leerá el có­ digo genético de ella y del virus, despertando así el virus de su letargo y sintetizando proteínas virales que forman nuevos virus. Esta nueva generación de virus saldrá de la célula matándola e infectará otras células. Actualmente se sabe que el vih puede infectar a un número enorme de células, entre ellas linfocitos T, linfocitos B, macrófagos, células dendríticas, neuronas, células del miocardio, próstata, testículo, cérvix, etcétera. La enfermedad tiene un curso muy especial, típico en los lentivirus, que se caracteriza por ser lentos en dar los primeros signos, de allí su nombre. Si consideráramos como día cero el que un individuo tiene su primer contacto con el virus, tardaría algún tiempo (hasta dos meses) en ser detectado por cualquier técnica diagnóstica de laboratorio de rutina, como la elisa. Este periodo se denomina de ventana, el cual representa un grave problema en la difusión del vih, ya que el individuo se encuentra en aparente buen estado de salud y puede transmitir el virus, por ejemplo, al donar sangre. El esfuerzo de los investigadores en reducir este periodo de ventana va enfocado a técnicas de diagnóstico más eficientes como el rt-pcr (reacción en cadena de la polimerasa por medio de la retrotranscripción). La forma rutinaria de diagnosticar que un individuo ha estado en con­ tacto con el vih se basa en detectar anticuerpos en el suero sanguí­ neo del paciente; el inconveniente de esta técnica es que el tiempo que necesita el organismo para fabricar anticuerpos es de 15 días hasta dos meses; por esta razón, antes de ese periodo no puede ser detectado. Los anticuerpos junto con las células cd8 acaban con casi todos las partículas virales en un inicio, pero, como ya se mencionó, el vih puede quedar en calidad de provirus. Además tiene la capacidad de mutar y así no podrá ser detectado por el sistema inmune. Se ha calculado que

un individuo con la enfermedad puede albergar hasta un millón de di­ ferentes tipos de vih (cuasiespecies) y cada cuasiespecie puede tener miles de partículas virales idénticas. Esto nos da una idea de la alta capacidad de mutación de este virus y a la vez plantea la dificultad de la elaboración de una vacuna. El paciente muere por las infecciones secundarias (bacterias, virus, parásitos) causadas por la destrucción del sistema inmune, que nor­ malmente nos protege contra estas infecciones. Sin embargo, ha habi­ do algunos reportes de individuos a los que se ha denominado lts (Long Terminal Survival) o sobrevivientes de largo término, a quienes se les detectó anticuerpos contra el vih hace más de 15 años, pero no han desarrollado la enfermedad. Se encuentran aparentemente en perfec­ tas condiciones de salud. Además, no se les ha podido aislar el virus ni detectar por rt-pcr al provirus insertado en las células. Lo que hace pensar que estos pacientes abortaron (eliminaron) por completo la in­ fección. Aunque todavía se desconoce cómo los lts han logrado elimi­ nar al virus, se piensa que ésta puede ser una posible solución a esta mortal epidemia. Mientras se descubre una cura o vacuna, la medida más adecuada para combatirla es la prevención. Si pensamos que el contagio por transfu­ sión sanguínea y por parto ha disminuido en nuestro país, que en Méxi­ co el número de drogadictos intravenosos es muy bajo y que por otro lado, el más alto porcentaje de contagio es por vía sexual (heterosexual, homosexual o bisexual), se deben tomar medidas de prevención enfo­ cadas al correcto uso de preservativos (condones) para prevenir, entre otras enfermedades, el sida. El condón es un instrumento preservati­ vo de la reproducción (anticonceptivo), que además tiene funciones de prevención de enfermedades de transmisión sexual. Está elaborado de látex que es un biodegradable, no tóxico y que se usa una sola vez. El uso correcto de un condón que cumpla con las normas de calidad puede evitar el embarazo y la transmisión de enfermedades en 100%. El fracaso que algunas personas reportan se debe precisamente a la falta de información en la manera correcta de usarlo y en muy conta­ dos casos a la mala calidad de algunos condones.

Actividad experimental

Investigación sobre enfermedades de transmisión sexual más frecuentes en la comunidad Visita el centro de salud de tu comunidad e investiga acerca de las enfermedades de transmisión sexual que son atendidas con mayor frecuencia en ese centro y con la información llena el siguiente cuadro. Enfermedad

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Agente causal y síntomas

Medida para prevenirla

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Actividad de aprendizaje Analiza cada pregunta y escribe en cada cuadro la letra de la opción correcta. Son el sitio donde ocurre la espermatogénesis. a) Escroto b) Túbulos seminíferos

c) Conducto deferente

d) Próstata

Es un tubo localizado sobre cada testículo donde los espermatozoides se almacenan y completan su maduración. a) Epidídimo b) Glándulas bulbouretrales c) Uretra d) Vesículas seminales Es la trayectoria que siguen los espermatozoides. a) Túbulos seminíferos, conducto deferente, epidídimo y uretra. c) Epidídimo, túbulos seminíferos, conducto deferente y uretra.

b) Túbulos seminíferos, epidídimo, conducto deferente y uretra. d) Conducto deferente, túbulos seminíferos, epidídimo y uretra.

Contribuye al desarrollo normal de los espermatozoides al mantener los testículos a una temperatura inferior que la del cuerpo. a) Glande b) Prepucio c) Escroto d) Conducto deferente Hormona secretada por los tejidos intersticiales de los testículos que estimula el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios masculinos. c) lh d) Inhibina a) Testosterona b) fsh Glándula del aparato reproductor femenino donde por meiosis se forman los ovocitos. a) Útero b) Ovario c) Oviducto

d) Vagina

Estructura que se desarrolla en el ovario cada mes a partir de la pubertad, donde el ovocito primario completa su primera división meiótica. a) Tubas uterinas b) Folículo c) Útero d) Cuerpo lúteo Se conoce como ovulación. a) A la formación del ovocito secundario. c) Cuando el ovocito secundario se desprende de uno de los ovarios.

b) Cuando el ovocito secundario termina su segunda división meiótica. d) A la formación del coágulo en el folículo.

Conducto donde el ovocito puede ser fecundado por el espermatozoide. a) Tuba uterina b) Ovario c) Útero

d) Vagina

Es la diferencia en el número de espermatozoides que se forman a partir de una espermatogonia y ovocitos que se forman de cada ovogonia en la gametogénesis. a) Cuatro espermatozoides y cuatro ovocitos. b) Un espermatozoide y cuatro ovocitos. c) Cuatro espermatozoides y un ovocito. d) Dos espermatozoides y dos ovocitos. Evaluación Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número de la respuesta correcta. 1. Sífilis

Fase del ciclo menstrual en la que se desintegra el endometrio.

2. Gonorrea

Proceso en el que el espermatozoide se fusiona con el ovocito.

3. Destructiva

Órgano donde el cigoto se implanta para completar su desarrollo.

4. Lútea

Tipo de mecanismo de control natal formado por preservativos, diafragmas y dispositivos uterinos.

5. Físico o mecánico

Enfermedad de transmisión sexual causada por la bacteria Treponema pallidum.

6. Definitivo 7. Útero 8. Tuba uterina 9. Fecundación

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Actividad experimental

Basados en los temas del bloque elaborar un periódico mural Objetivo Relacionar las adaptaciones estructurales y fisiológicas que los verte­ brados han desarrollado a través de su evolución con las medidas ten­ dientes a conservar la vida. 1. En equipo los alumnos discutirán las ventajas que ofrecen las adaptaciones desarrolladas por los vertebrados en su digestión, respiración, circulación, excreción, coordinación química (a través de secreción hormonal), coordinación nerviosa y reproducción, además de que relacionarán estos procesos con el mantenimien­ to de la salud humana. 2. Anotarán los puntos de acuerdo con los que llegan al intercambiar ideas sobre cada uno de los temas. 3. Elaborarán una síntesis (con la participación de todos los inte­ grantes del equipo) de cada tema que se vaya analizando. 4. Pasarán en limpio el trabajo y lo ilustrarán con dibujos, fotografías, recortes de periódicos o revistas, los distribuirán en secciones y diseñarán el periódico mural. Actividad integradora Organizar una representación teatral en la que los personajes repre­ senten los diversos sistemas del ser humano y en la cual quede de manifiesto la importancia de su funcionamiento para mantener en buen estado la salud del organismo.

Órganos o sistemas presentes en organismos de diferentes especies que tienen función semejante La reproducción en peces como ejemplo de fecundación ex­ terna. Los peces tienen el sexo separado, sus órganos reproducto­ res (gónadas) se alojan en la parte posterior de la cavidad abdominal, en la mayoría de las hembras los ovarios se encuentran unidos en uno solo, por lo general son de fecundación externa: las hembras ponen los óvulos en el agua (desove), el macho se aproxima al lugar donde fueron depositados los óvulos y descarga el semen que con­ tiene los espermatozoides, éstos nadan hacia los óvulos y los fecun­ dan. Los gametos: óvulo de la hembra y espermatozoide del macho salen por la abertura urogenital y se fusionan en el agua. Muchos óvulos fecundados (cigotos) son devorados por los depredadores, aún siendo peces pequeños son perseguidos por los peces de ma­ yor tamaño u otros animales que se alimentan de ellos, sólo una reducida cantidad y cigotos alcanza su desarrollo total. Existen pe­ ces de fecundación interna como los tiburones y las rayas. La reproducción de las aves como ejemplo de fecundación in­ terna. Son ovíparas, porque aunque el espermatozoide fecunda al óvulo dentro del aparato reproductor de la hembra, el embrión se desarrolla fuera del cuerpo materno dentro de un huevo. Los machos tienen dos testículos en forma oval. Los espermatozoi­ des que producen salen por los vasos deferentes y antes de desembo­ car en la cloaca, por dilatación de su extremo forma la vesícula seminal. Las hembras sólo desarrollan ovario y oviducto del lado izquierdo. Durante la cópula, se realiza por contacto de las cloacas, los espermatozoides que se almacenan en la vesícula seminal pasan Cápsula suprarrenal

Ovario Pabellón izquierdo

Testículo

Riñón Uréteres

Oviducto izquierdo

Espermiducto Orificios urinarios Oviducto derecho

Vesícula seminal Figura 5.38

Aparato urogenital de la paloma: macho y hembra.

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Orificios genitales Cloaca

Cloaca

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de la cloaca del macho a la de la hembra, la fecundación ocurre en el oviducto. Después los huevos se expulsan hacia el exterior.

Adaptaciones adquiridas por algunos vertebrados según su tipo de alimentación El sistema digestivo de los vertebrados es el más desarrollado; lo forman un tubo largo donde se efectúa la digestión y absorción, así como las glándulas anexas que aportan enzimas y otras sustancias a la digestión. Por lo general, los sistemas digestivos de los vertebra­ dos (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) tienen mucha si­ militud. Sin embargo, entre ellos existen adaptaciones que han desarrollado según su tipo de alimentación. Las aves. Además de insectos y lombrices ingieren una gran va­ riedad de granos y, por no tener dientes, almacenan el alimento en un órgano en forma de bolsa que es una adaptación del esófago llamado buche, donde también lo ablanda para luego pasarlo al es­ tómago. El estómago se encuentra dividido en dos partes, el revesti­ miento glandular de la primera secreta enzimas que participan en la digestión, y la segunda es la molleja, órgano muscular que tritura el alimento para después regresarlo al estómago. La digestión físi­ ca se lleva a cabo especialmente en la molleja, que suele contener arena y grava que el animal come y que ayuda a triturar el alimento del ave. La digestión química se inicia en el estómago y termina en el intestino donde los nutrientes son absorbidos por las células de la pared intestinal. El material que no se digiere, a veces también con cierta proporción de arena, se elimina por la cloaca, cavidad de salida de los sistemas digestivo, urinario y reproductor. Los rumiantes con adaptaciones estomacales para digerir la celulosa. Las vacas, cabras y borregos son rumiantes, que ante Pato

Estómago Esófago

Molleja

Páncreas

Buche Hígado Figura 5.39

Adaptaciones digestivas del ave.

Intestino Vesícula biliar

la imposibilidad de digerir la celulosa que forma la pared de las cé­ lulas vegetales que consumen, han desarrollado adaptaciones es­ tomacales para aprovechar los nutrientes de las plantas. Tienen un estómago complejo formado por cuatro cámaras o cavidades esto­ macales para digerir la celulosa, las cuales son: rumen o panza, redecilla o retículo, libro u omaso y cuajar o abomaso. En el ru­ men o panza se almacena la hierba que el animal come y empieza su descomposición por acción de las bacterias simbiontes, que con la enzima celulasa que liberan se degrada la celulosa de la planta en las unidades de azúcar que forman este polisacárido. Después de este proceso, la redecilla o retículo regresa el material a la boca, donde es masticado nuevamente para volverlo a tragar, es lo que se llama rumiar. Una vez que el alimento regresa a la panza, es trans­ ferido a las otras cavidades donde se completa la digestión gástri­ ca  y después entra al intestino. La masticación del alimento más de una vez, y su exposición a la acción de las enzimas que pro­ ducen las bacterias, hace que se aproveche a lo máximo el material digerido.

Respiración branquial y pulmonar de los vertebrados Los peces tienen respiración branquial. Las branquias o agallas son estructuras filamentosas de aspecto plumoso, localizadas a los la­ dos de la cabeza del pez; éste presenta cuatro branquias en cada lado, sostenidas a un arco branquial, y cada una consta de una hile­ ra doble de filamentos branquiales. Las branquias están protegidas por una cubierta llamada opérculo. En la inhalación los opérculos se ensanchan y el agua circula de la boca a las branquias; en la exhala­ ción se cierra la boca y abren los opérculos, la que permite la salida del agua. Las cadenas de filamentos representan la extensa superfi­ cie de las branquias. Cada filamento se encuentra vascularizado; aquí se realiza el intercambio gaseoso por difusión. El oxígeno (O2) transportado por el agua pasa al interior de los vasos capilares y se desecha el bióxido de carbono (CO2), que se incorpora al agua (H2O). La sangre con oxígeno circula de manera inversa a la co­ rriente de agua, lo que permite una mayor absorción de este gas. La sangre que transporta el bióxido de carbono para su expulsión por los filamentos branquiales procede del corazón y llega a los arcos branquiales por la arteria branquial aferente. La sangre que recoge el oxígeno de los filamentos branquiales regresa al arco branquial y fluye por la parte superior de las branquias por la arteria branquial eferente, para después ser transportada por la aorta dorsal a los teji­ dos del animal.

Respiración pulmonar Los anfibios se caracterizan por sufrir una metamorfosis. En su estado larvario son acuáticos y de respiración branquial, mientras que de adultos se convierten en terrestres con respiración pulmo­ 191

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Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Omaso o librillo

Rumen

Redecilla Cuajar

Intestino

Ano

Colon Boca Figura 5.40

Sistema digestivo de un rumiante.

Ciego

Esófago

Retículo o bonete Abomaso (estómago propiamente dicho)

Opérculo

Capilares Vasos sanguíneos

Filamentos branquiales Soporte óseo

nar y cutánea (a través de la piel, que es muy vascularizada y húme­ da). Reptiles, aves y mamíferos realizan su intercambio gaseoso únicamente a través de dos órganos llamados pulmones.

El sistema respiratorio más eficiente de las aves El sistema respiratorio de las aves dispone de sacos aéreos (donde no hay intercambio gaseoso), que son adaptaciones desarrolladas 192

Figura 5.41

Vasos sanguíneos

Sistema branquial del pez.

Filamentos branquiales

por los pulmones. Estos sacos se encuentran unidos a dos peque­ ños pulmones muy vascularizados. En cada inspiración y espira­ ción los sacos aéreos se llenan y vacían, impulsando el aire hacia los pulmones, donde fluye en una misma dirección de la manera siguiente: el aire que el ave inspira o inhala se llena en los sacos posteriores, en tanto que los sacos anteriores almacenan que sale de los pulmones. Al espirar o exhalar, el aire de los sacos posteriores fluye hacia los pulmones y el de los sacos anteriores hacia fuera del cuerpo.

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Figura 5.42

Sistema respiratorio de un ave.

Tráquea Sacos de aire articulados

Sacos de aire cervicales

Pulmones

Pulmones

Sacos de aire interclaviculares Sacos de aire articulados

Tráquea

Sacos de aire abdominales

Sacos de aire cervicales

Sacos de aire torácicos

Sacos de aire torácicos

Sacos de aire interclaviculares

Este sistema de ventilación permite que en los pulmones fluya aire fresco  de manera continua, incluso cuando espira o exhala, cu­ briendo así altas demandas energéticas que las aves requieren para volar y realizar otras actividades.

Sacos de aire abdominales

¿Qué ventajas ofrecen a la digestión de los rumiantes la enzima de las bacterias simbiontes y la masticación repetida del alimento?

El intercambio gaseoso se realiza a través de las paredes de los para­ bronquios, unos diminutos conductos de sus pulmones, que facili­ tan el flujo continuo de aire en los pulmones. Actividad de aprendizaje ¿Cuál es la causa por la que, habiendo una alta tasa de mortalidad en la etapa pre­reproductiva de los peces, generalmente no disminuye su densidad de población?

¿Cómo realiza el pez el intercambio gaseoso durante su respiración?

¿Cuál es la dirección en la que fluye el aire en la respiración de las aves? Menciona los órganos por donde circula.

¿Qué ventajas ofrece la fecundación interna?

¿Dónde se efectúa la digestión física de las aves y por qué es diferente a la de los mamíferos?

Actividad de aprendizaje Participa en la identificación de las estructuras que contribuyen en la respiración de otros organismos vertebrados.

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  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

¿Sabías que…?

Dañar el sistema nervioso con drogas y alcohol acarrea graves consecuencias

Los adictos a la cocaína pueden presentar pérdida de memoria, depre­ sión, paranoia, violencia y hasta intentos de suicidio.

La droga es una sustancia que al consumirla ocasiona en el organismo una determinada respuesta fisiológica.

Hay clubes de bailes y bares para jóvenes donde se consume el éxtasis, una de las llamadas drogas de club. Este tipo de droga puede ocasionar la muerte cuando se le combina con alcohol.

Las personas que se hacen adictas a las drogas empiezan consumien­ do pequeñas cantidades, pero el organismo al desarrollar tolerancia a ellas hace que el individuo requiera de mayores cantidades y, con más frecuencia, para sentir el mismo efecto. La suspensión abrupta provoca ansiedad y convulsiones.



Por eso, les pedimos a los jóvenes no se expongan a terminar su vida en la sala de urgencias de algún hospital por el consumo de drogas. No hay medicamento que cure los trastornos que produce una sobredosis de la cocaína ni la adicción.

Para tu reflexión

Órganos de los sentidos Los órganos de los sentidos o sensoriales nos ayudan a ponernos en contacto con el medio externo, para ello disponen de células recepto­ ras que captan el estímulo externo y lo transmiten al sistema nervioso central. Las células receptoras tienen funciones específicas, ya que producen su señal solamente ante un tipo particular de estímulos del medio. Las célu­ las receptoras tienen diferentes nombres, según sea el estímulo al que respondan. Los fotorreceptores, que perciben la energía luminosa, se encuentran en los ojos; los quimiorreceptores reciben estímulos de sus­ tancias químicas, iones o moléculas disueltas en compuestos químicos que se aproximan a los receptores, se localizan en la nariz y en la boca; los mecanorreceptores captan los estímulos mecánicos relacionados con cambios en la presión, posición o aceleración, se localizan en la piel y los oídos; los termorreceptores perciben energía radiante, incluso la in­ frarroja, relacionada con la temperatura, se localizan también en la piel.

Fotorreceptores Los fotorreceptores se utilizan en todas las formas de la visión (forma­ ción de imágenes). Son células sensibles a la luz, las cuales emplean pigmentos que absorben la energía luminosa, llamados fotopigmentos. La luz que absorben los fotopigmentos produce cambios químicos en las moléculas del pigmento y hacen que las células receptoras lo transmitan como impulso nervioso al cerebro. El ojo de los mamíferos consta de tres capas de tejidos: una externa formada por la esclerótica (la parte blanca) y la córnea (la parte transparente); otra intermedia, que es la coroides (encargada de absorber la luz dispersa dentro del ojo); y, por último, una interna, llamada retina, constituida por células fotorreceptoras.

Quimiorreceptores Los animales detectan los compuestos químicos presentes en su me­ dio a través de los quimiorreceptores, lo que les favorece para encon­ trar alimentos, pareja, etcétera.

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En los vertebrados terrestres los quimiorreceptores se encuentran for­ mando dos sentidos: los que captan las moléculas que se difunden en el aire llamado olfato y los que perciben las sustancias químicas incor­ poradas en el agua o en los alimentos denominado gusto. En los vertebrados y el hombre, las neuronas que perciben el olor se localizan en el tejido del epitelio nasal, llamado epitelio olfatorio u olfativo, cubierto por moco y ubicado en la parte superior de la cavidad nasal. Las dendritas de estas neuronas olfatorias se proyectan en for­ ma de cilios (vellosidades) en la cavidad nasal, en estas pequeñas pro­ yecciones se encuentran las moléculas receptoras específicas que se unen en forma complementaria a las moléculas de los olores, estimu­ lando la neurona que envía el mensaje al cerebro. Los receptores del gusto se encuentran en los corpúsculos gustativos, que son pequeñas proyecciones localizadas en la parte superior de la lengua. Las células receptoras también se proyectan como microvello­ sidades que son estimuladas por las moléculas del alimento y envían el impulso al cerebro. Los receptores distinguen cuatro sabores prima­ rios: dulce, agrio, salado y amargo.

Mecanorreceptores Los mecanorreceptores reaccionan ante la presión, tacto o movimiento. Lo forman diferentes tipos de neuronas ampliamente distribuidos en la piel. Las dendritas de estas neuronas se ubican generalmente en la base de la epidermis. Lo que hace que la piel de los animales y del hombre sea bastante sensible al tacto. Uno de los receptores táctiles es la red de dendritas que se encuentra en la base del folículo piloso (pelo), que se estimula cuando el pelo es doblado o desplazado. Enviando el impulso al sistema nervioso central. En áreas más profundas de la piel se encuen­ tran los corpúsculos de Pacini, encerradas en capas de tejido conectivo y que reaccionan ante cambios rápidos de presión.

El oído, órgano auditivo y de equilibrio Algunos de los mecanorreceptores del oído en los vertebrados tienen como función captar las vibraciones que en el cerebro son interpreta­



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das como sonidos, otros ayudan a mantener el equilibrio. El oído huma­ no se divide en oído externo, oído medio y oído interno.

los fluidos del caracol o cóclea, que es una estructura del oído interno donde se localizan los receptores auditivos.

El oído externo está formado por la aurícula o pabellón auricular (más conocida como oreja), un canal auditivo y el tímpano, que es una membrana que separa al oído externo del oído medio. La función del oído externo es captar las ondas sonoras y conducirlas al oído medio a través de las vibraciones del tímpano.

La cavidad del oído medio se encuentra conectada a la faringe a través de un tubo flexible llamado trompa de Eustaquio, por donde penetra el aire, lo que posibilita equilibrar la presión del aire del oído externo con la del oído medio.

El oído medio es una cavidad donde se localizan tres huesecillos ar­ ticu­lados, que por su forma reciben el nombre de martillo, yunque y estribo. El extremo del martillo que tiene la forma del mango se en­ cuentra adherido a la superficie del tímpano. Su otro extremo se une por medio de una pequeña articulación al yunque. El yunque se une al estribo, de tal suerte que la base del estribo se conecta a la ventana oval, que es una abertura recubierta por una membrana que conduce al oído interno. A través de estos huesecillos se transmiten las vibracio­ nes del sonido hacia la membrana de la ventana oval, haciendo vibrar

El oído interno lo forma una complicada serie de conductos y sacos interconectados, llamado laberinto, que consta de un laberinto mem­ branoso alojado dentro de un laberinto óseo.

Termorreceptores Los termorreceptores reaccionan ante las radiaciones infrarrojas o el calor. Los mamíferos perciben los cambios de temperatura por medio de sus células receptoras de la piel y de la lengua. El hipotálamo dispone de termorreceptores para detectar los cambios de temperatura corporal que las células receptoras de la piel perciben.

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  Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­ vas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para su heteroevaluación. 1. Contesta brevemente las siguientes preguntas. ¿Cómo defines célula, tejido, órgano, aparato o sistema y qué importancia tiene su funcionamiento para el mantenimiento de la homeos­ tasis?

¿Conoces dos tejidos de tu cuerpo, cómo son, dónde se localizan y qué función desempeñan?

¿Cuáles son las principales funciones de la piel?

¿Cómo se efectúa el proceso de la contracción de la fibra muscular?

¿Cuáles son las principales funciones del esqueleto humano?

¿Cuál es el proceso de la digestión que transforma los polímeros por acción de enzimas a monómeros, para su absorción?

¿Cuál es el conducto del sistema digestivo donde sus vellosidades absorben los nutrientes?

¿Cuál es la glándula que produce la bilis y participa en la eliminación del alcohol y otras sustancias?

¿Cómo se llama el proceso de movilización del aire o agua sobre una membrana húmeda que facilite la difusión de gases?

¿Cuáles son las cavidades pulmonares donde los humanos realizamos el intercambio gaseoso?

196



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2. Escoge la letra de la opción que consideres correcta y escríbela en el cuadro.  1.  Proteína contenida en los glóbulos rojos con la que se combina el oxígeno para su transporte. a ) Hemoglobina b)  Glucoproteína c) Lipoproteína d)  Nucleoproteína  2.  Son fragmentos de citoplasma que participan en la coagulación de la sangre. a ) Eritrocitos  

b) Leucocitos   

c) Plaquetas   d)  Plasma  3.  Es la secuencia en la que la sangre fluye para su oxigenación en los pulmones. a ) Aurícula derecha, ventrículo derecho, b)  Aurícula derecha, ventrículo izquierdo, arteria pulmonar.   arteria pulmonar. c) Aurícula izquierda, ventrículo izquierdo, d)  Aurícula izquierda, ventrículo derecho, arteria pulmonar.   arteria pulmonar.  4.  Cavidad del corazón de donde es impulsada la sangre por la aorta. a ) Aurícula izquierda  

b)  Aurícula derecha

c) Ventrículo izquierdo  d) Ventrículo derecho  5.  Su temperatura interna se genera mediante su proceso metabólico. a ) Peces  

b)  Anfibios  

c) Reptiles   d)  Mamíferos  6.  Es el estado de equilibrio en el que funciona el organismo. a ) Homeostasis  

b) Regulación   

c) Catabolismo   d)  Autocontrol  7.  Son las unidades de excreción de los riñones. a ) Capilares   

b) Nefronas  

c) Arteriolas   

d)  Vénulas

 8.  Proceso que se realiza a través de las paredes de los capilares del glomérulo encerrados en la cápsula de Bowman. a ) Filtración   

b) Reabsorción  

c) Secreción   

d) Excreción

 9.  Son las glándulas que vierten sus secreciones en la sangre y van a regular las funciones de otros tejidos. a ) Endocrinas  

b) Mixtas  

c) Exógenas   d)  Locales 10.  Glándula que produce y secreta la hormona somatotrópica o del crecimiento. a ) Tiroides   

b) Pineal  

c) Hipófisis   d)  Paratiroides

197

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

3. Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número que corresponde a la respuesta correcta. Hormona producida por el hipotálamo y almacenada en la hipófisis, estimula la reabsorción de mayor volumen de agua de la orina.

1. Oviducto

Hormona que mantiene el nivel normal de glucosa en la sangre.

2. Útero

Nombre que recibe la unión entre los extremos del axón de una neurona y las dendritas del cuerpo celular de otra.

3. Ovarios

Controla las funciones involuntarias como respiración, frecuencia cardiaca, deglución y tos.

4. Antidiurética (had)

Coordina el movimiento corporal, el equilibrio y el tono muscular.

5. Vagina

Centro nervioso más voluminoso y desarrollado en los humanos. En su corteza se integran actividades complejas. Órganos donde se producen los espermatozoides.

6. Testículos

Órganos donde se producen y desarrollan los ovocitos.

8. Adrenalina

Es el órgano donde puede ser fecundado el ovocito secundario.

9. Cerebro

Órgano donde se implanta el embrión para su desarrollo.

7. Insulina

10. Cerebelo 11. Médula oblonga 12. Sinapsis 13. Puente de Varolio

Autoevaluación

Guía de observación para la autoevaluación del alumno en la elaboración del medio de divulgación sobre los problemas de salud del sistema de transporte. Actividad de aprendizaje a evaluar: Intégrate a tu equipo e investiga acerca de los problemas de salud más comunes del sistema de transpor­ te, sus causas y las medidas para prevenirlos. Con esta información elabora un tríptico o algún otro medio de divulgación para darla a conocer a la población escolar. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Comprensión del tema

Demostró total comprensión del tema.

Demostró buen entendimiento.

Muestra parcialmente comprensión del tema.

No comprende los aspectos principales del tema.

Relevancia en sus intervenciones

Sus aportaciones enriquecen las ideas de sus compañeras/os. Su participación siempre fue con una actitud propositiva y entusiasta. Siempre se mostró tolerante ante la crítica de los demás y respetó la opinión de sus compañeras/os.

Aporta ideas que aclaran algunas dudas de sus compañeras/os.

Sus intervenciones no fueron claras ni ayudaron a esclarecer el tema.

No participó durante la actividad.

Casi siempre colaboró en la actividad.

Ocasionalmente, ayuda, muestra poco interés.

Se comportó indiferente a la actividad desarrollada.

Casi no acepta las críticas, no respeta del todo las ideas de los demás.

Fue intransigente en críticas y comentarios.

Actitud en su participación Conducta

Conclusiones

198

Excelente (4)

Sus opiniones siempre fueron claras y congruentes a la actividad.

Casi siempre toleró críticas y trató de respetar la diversidad de opinión de los demás. Sus opiniones, se entendieron y en su mayoría eran relacionadas con el tema.

Sus conclusiones son poco Sus opiniones no fueron claras, no están relacionadas claras ni acordes con el tema. con lo planteado.

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Lista de cotejo

Bloque 5. Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos y los comparas con otros organismos del reino animal. Lista de cotejo para la autoevaluación de la participación del alumno en la elaboración del collage o periódico mural. Se evalúa el objeto de aprendizaje 5.6. Actividad de aprendizaje a evaluar: Elaborar un collage o periódico mural sobre los problemas de salud más comunes relacionados al apa­ rato digestivo, sus causas y medidas de prevención.

Criterio

Cumple Sí No

Observaciones

Contenido

1. Describe los principales problemas de salud relacionados al aparato digestivo. 2. Identifica sus causas más frecuentes. 3. Señala las medidas más conocidas para su prevención. 4. Identifica las enfermedades de este tipo, que con mayor frecuencia se presentan en su comunidad. 5. Sugiere las medidas adecuadas para prevenirlas y los procedimientos más usuales para curarlas. 6. El trabajo contiene el título de la actividad, nombre de la materia, y datos de identificación del elaborador.

Forma

7. La información desarrollada es la adecuada. 8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos 9. La información contenida en el material facilita la comprensión del tema. 10. El diseño del material es el apropiado.

Observaciones generales:

199

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Coevaluación

Se evalúa el objeto de aprendizaje 5.5. Nombre del alumno:

Puntuación:

1. Resuelve los siguientes problemas. a) Reúne información ilustrada acerca del funcionamiento del aparato y sistemas que contribuyen a mantener la homeostasis en el or­ ganismo. b) Con el material reunido diseña un periódico mural donde se especifique cómo los aparatos y sistemas regulan las condiciones inter­ nas del organismo. c) Describe ejemplos de enfermedades relacionadas con cada aparato y sistema, indica sus causas y las medidas preventivas. 2. Logística. a) Reunir con anticipación suficiente información ilustrada sobre el tema y el material necesario para el diseño del periódico mural. b) Distribuir la duración de una sesión de clase para ocupar 60% del tiempo en resolver el problema (diseño del periódico mural) y 40% restante para la coevaluación. c) Intercambiar el periódico mural entre tus compañeros, de manera aleatoria o conforme a las instrucciones de tu profesor. d) Efectuar la coevaluación de acuerdo con los criterios que se especifican en el punto 3. 3. Criterios para coevaluar. La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo en su conjunto participan de manera simultánea en la evaluación del apren­ dizaje logrado. Este tipo de evaluación permite: n Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de críticas constructivas en la comparación del nivel de aprendizaje de los com­ pañeros de grupo. n Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de manera responsable. n Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales y de grupo. Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio.

Elementos

Niveles

10

Comprendió todas las especificaciones para diseñar Interpretación del problema el periódico mural. El periódico mural contiene los elementos solicitados y Diseño del periódico mural funciona de manera eficiente. Descripción de enfermedades No tiene faltas ortográficas. Demostró dominio de los de cada aparato y sistema conocimientos básicos del tema.

Comparación entre el trabajo evaluado y el trabajo del evaluador

La calidad del trabajo evaluado supera la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

5

1

Puntos

Comprendió parcialmente las especificaciones.

No comprendió las especificaciones.

El periódico mural funciona, aunque no tiene todos los elementos.

El periódico mural no cumple su función. Tiene faltas ortográficas.

Demostró conocer el tema.

No conoce el tema.

La calidad del trabajo evaluado es similar a la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo evaluado es inferior a la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

Total

Comentarios: Nombre del evaluador:

200

Fecha:

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Rúbrica

Evalúa los objetos de aprendizaje 5.3 organización del cuerpo humano y 5.4 cuadro comparativo de los diferentes tejidos. Rúbrica para la coevaluación en el diseño del cartel relacionado a la organización del cuerpo humano. Actividad de aprendizaje a evaluar: Elabora un cartel sobre la organización del cuerpo humano y un cuadro comparativo de los tejidos. Preséntalo ante el grupo para su discusión. Para la Coevaluación se intercambiará el formato de la rúbrica con el de otra compañera o compañero, con la finalidad de que emita de mane­ ra responsable una valoración de los aspectos allí referidos, reservándose sus observaciones para discutirlas al final de la clase. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Objetivo

Se señala el objetivo del tema, muestra profundo conocimiento y no presenta ambigüedades.

Menciona de manera general Es confuso el objetivo del el objetivo, destaca algunos tema, menciona conceptos conceptos, aunque son sin relevancia. un poco confusos.

No hace referencia al objetivo del tema y sus conceptos son erróneos.

Contenido

Desarrolla en forma organizada los principales aspectos del tema.

El tema es limitado, señala Cubre el tema y señala ideas ideas secundarias y las generales, pero están de principales se desarrollan forma limitada y con cierta en forma inadecuada organización. y desorganizada.

El tema sólo cubre las ideas básicas, su desarrollo es inadecuado e incomprensible.

Expresión gramatical

Su vocabulario es el adecuado, utiliza estructuras gramaticales apropiadas y sin errores.

Su vocabulario es el adecuado, utiliza estructuras gramaticales básicas y con pocos errores.

Utiliza un vocabulario básico, las estructuras gramaticales son simples y con varios errores.

Utiliza en forma inadecuada el vocabulario, las estructuras gramaticales presentan muchos errores.

Estructura

Integra la información de manera correcta.

Integra la información de forma general, no es congruente en su totalidad.

Integra la información sin llevar el orden apropiado.

No integra la información de manera apropiada, no es congruente.

Redacción

Comprensible y sin necesidad de aclaraciones.

No es tan comprensible, se requiere de algunas aclaraciones.

Es confusa en su mayoría, se requiere de aclaraciones.

No es comprensible, es necesario realizarla nuevamente.

Conclusiones

Manejada con claridad y coherencia, apropiadas al tema.

Son de fácil lectura, en general son afines al tema.

Presenta poca claridad y su desarrollo no va de acuerdo con el tema.

No son claras, ni están desarrolladas de acuerdo con el tema.

Observaciones generales:

201

BLOQUE

5

Conoces los principios estructurales y funcionales de los seres humanos...

Rúbrica

Rúbrica para autoevaluar el resumen. Actividad a evaluar: Elabora un resumen sobre la definición e importancia de la homeostasis y los mecanismos mediante los cuales se man­ tiene. Evalúa los objetos de aprendizaje 5.1 y 5.2. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Calidad de información

La información está claramente relacionada.

La información da respuesta a las preguntas correspondientes.

La información requerida no La información tiene contiene todos los elementos poco o nada que ver con solicitados. lo solicitado.

Organización

La información está muy bien organizada.

La información está organizada con pocos datos faltantes.

La información está desordenada.

La información no parece estar organizado.

Tiempo de desarrollo de la actividad

La investigación y la información obtenida de ella se desarrollaron oportunamente.

La investigación se realizó en su oportunidad y la información se redactó después.

La investigación y el informe se desarrollaron fuera de tiempo.

No se pudo realizar una investigación adecuada.

Participación del alumno

El alumno o la alumna domina el tema.

El alumno o la alumna demuestra aprendizajes sobre el tema.

El alumno o la alumna no domina el tema en su totalidad.

El alumno o la alumna no domina el tema.

Observaciones generales:

202

Bueno (3)

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Rúbrica

Rúbrica para la coevaluación en el diseño del cartel relacionado con las medidas preventivas de los problemas de salud relacionados con el sistema urinario. Actividad de aprendizaje a evaluar: Investiga sobre los problemas de salud más comunes asociados al sistema urinario y con la información elabora un cartel y preséntalo en la comunidad escolar. Se evalúa el objeto de aprendizaje 5.6. Para la Coevaluación se intercambiará el formato de la rúbrica con el de otra compañera o compañero, con la finalidad de que emita de mane­ ra responsable una valoración de los aspectos allí referidos, reservándose sus observaciones para discutirlas al final de la clase. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Objetivo

Se señala el objetivo del tema, muestra profundo conocimiento y no presenta ambigüedades.

Menciona de manera general Es confuso el objetivo del el objetivo, destaca algunos tema, menciona conceptos conceptos, aunque son sin relevancia. un poco confusos.

No hace referencia al objetivo del tema y sus conceptos son erróneos.

Contenido

Desarrolla en forma organizada los principales aspectos del tema.

El tema es limitado, señala Cubre el tema y señala ideas ideas secundarias y las generales, pero están de principales se desarrollan forma limitada y con cierta en forma inadecuada organización. y desorganizada.

El tema sólo cubre las ideas básicas, su desarrollo es inadecuado e incomprensible.

Expresión gramatical

Su vocabulario es el adecuado, utiliza estructuras gramaticales apropiadas y sin errores.

Su vocabulario es el adecuado, utiliza estructuras gramaticales básicas y con pocos errores.

Utiliza un vocabulario básico, las estructuras gramaticales son simples y con varios errores.

Utiliza en forma inadecuada el vocabulario, las estructuras gramaticales presentan muchos errores.

Estructura

Integra la información de manera correcta.

Integra la información de forma general, no es congruente en su totalidad.

Integra la información sin llevar el orden apropiado.

No integra la información de manera apropiada, no es congruente.

Redacción

Comprensible y sin necesidad de aclaraciones.

No es tan comprensible, se requiere de algunas aclaraciones.

Es confusa en su mayoría, se requiere de aclaraciones.

No es comprensible, es necesario realizarla nuevamente.

Conclusiones

Manejada con claridad y coherencia, apropiadas al tema.

Son de fácil lectura, en general son afines al tema.

Presenta poca claridad y su desarrollo no va de acuerdo con el tema.

No son claras, ni están desarrolladas de acuerdo con el tema.

Observaciones generales:

203

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia para los seres vivos Tiempo asignado: 4 horas

6

B LO Q U E Objetos de aprendizaje

6.1 Características generales de las plantas terrestres: Nutrición, organización, transporte, reproducción 6.2 Tipos de tejidos y células presentes en las plantas: Dérmico, fundamental, vascular

6.3 Componentes de una planta terrestre típica 6.4 Utilización de las diferentes partes de la planta en beneficio del ser humano 6.5 Importancia biológica, cultural, social y económica de las plantas en México y el mundo 6.6 Importancia de las plantas que habitan en el planeta

Competencias a desarrollar n n n n

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología 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. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

n n n n

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos.

Desempeños por alcanzar

¿Qué sabes hacer ahora?

Reconoce la importancia de las plantas que habitan el planeta, su valor ecológico, cultural, social, medicinal y económico.

Contesta en forma breve lo siguiente.

Identifica las principales estructuras y su función en las plantas.

1.

Identifica las adaptaciones de las plantas al medio. Valora la diversidad en plantas presentes en su comunidad, país y el mundo.

¿Qué importante función realizan los tallos jóvenes verdes, pero especialmente las hojas?

2. ¿Qué diferencias hay entre las funciones del tejido vascular xilema y el floema?

3. ¿Cuáles son las principales funciones de las raíces de las plantas?

4. ¿Cómo se explica la teoría de la cohesión tensión?

5.

¿De dónde obtiene la planta el bióxido de carbono, el agua y algunos minerales para producir carbohidratos?

6. ¿Cuáles son las partes de una flor completa?

7. ¿Cómo se llama el órgano reproductor masculino y femenino de la flor?

8. ¿A qué se le llama polinización?

9. ¿De qué manera el fruto sirve como medio de dispersión de las plantas?

10.

¿Qué ventajas ofrece la semilla en la adaptación al medio terrestre de las angiospermas?

  n n n

Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.

n n

Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

  6 BLOQUE

  Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...



Situación didáctica

¿Cuáles son los recursos y servicios que se reciben de la naturaleza y qué importancia tienen para la vida?



Secuencia didáctica

¿Cómo lo resolverías? Los habitantes de las zonas urbanas, particularmente los jóvenes y niños, ca­ recen de la habilidad de relacionar el mundo en que viven con la naturaleza, muchos productos alimenticios que compran en el mercado ignoran cómo y dónde se producen además de quiénes son los proveedores; tampoco saben la relación que existe entre la regulación de la temperatura ambiental y el medio natural, en términos generales se desco­ noce la dependencia que la sociedad humana tiene de los recursos y servicios que la naturaleza proporciona.

¿Qué tienes que hacer?

De manera individual investiga lo siguiente. 1. ¿Cuáles son las características generales de las plantas te­ rrestres? n Nutrición n Organización n Transporte n Reproducción 2. ¿Qué tipos de tejidos y célu­ las tienen las plantas? n Meristemos n Dérmico n Fundamental n Vascular

3. ¿Cuáles son los componentes de una planta terrestre típica? Raíz, tallo, hojas, flores y frutos. 4. ¿Qué utilidad tienen las diferentes partes de la plan­ta en bene­ ficio del ser hu­mano? 5. ¿Cuál es la importancia biológica, cultural, social y económica de las plantas en México y en el mundo?

206

6. ¿Qué importancia tienen las plantas que habitan el planeta? Intégrense en equipos y realicen las siguientes actividades. n Cada miembro dará a conocer los resultados de su investiga­

ción, de manera que intercambien y enriquezcan los concep­ tos que tengan sobre el contenido del bloque.

n El equipo elaborará sus conclusiones sobre esta investigación

para una presentación grupal.





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Rúbrica de autoevaluación

¿Cómo sabes que lo hiciste bien?

Para saber si adquiriste los conocimientos del bloque realiza lo siguiente. 1. Mediante un organizador gráfico distingue las características e importancia de las plantas terrestres.

9. Reporta por escrito los resultados de la actividad experimental Identificación de las estructuras reproductoras de las angiospermas.

2. Expongan verbal y gráficamente los diferentes tipos de tejidos de una planta.

10. Clasifica los frutos que consu­ mes en tu dieta diaria y elabo­ ra un reporte.

3. Señala en un dibujo las partes componentes de una planta. 4. Elabora un álbum de hojas recolectadas, identifica sus com­ ponentes y clasifícalas como simples o compuestas. 5. Elabora un cuadro comparativo que ilustre las adaptaciones de las hojas al medio. 6. Después visiten el jardín para observar las adaptaciones mor­ fológicas de las hojas, tallos y raíces de las plantas, redacten por equipo el reporte ilustrado solicitado. 7. Reporta por escrito los resultados de la actividad experimen­ tal Identificar estructuras internas de la hoja y del tallo de una an­ giosperma. 8. Dibuja la flor y señala sus partes, anexando un glosario que incluya la función de cada una.

11. Reporta por escrito los resul­ tados de la actividad experi­ mental Germinación de una semilla dicotiledónea. 12. Elabora un reporte por escrito sobre la di­ versidad de plantas en México. 13. Participa activamente en una exposición grupal so­ bre la importancia biológi­ ca, cultural, social y económica de las plantas.

207

BLOQUE

6

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

6.1 Características generales de las plantas terrestres: Nutri­ ción, organización, transporte, reproducción Nutrición. La nutrición de las plantas es autótrofa fotosintética, tienen la capacidad de producir sus propios nutrientes mediante la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas transforman la energía luminosa en química, empleando agua y bióxido de carbono. La fórmula condensada de este complicado proceso es la siguiente: 6H2O + 6CO2 Agua

Bióxido de carbono

LUZ → C6 H12O6 + 6O2

Clorofila

Glucosa

Oxígeno

La importancia de la fotosíntesis radica en que es la fuente original de la alimentación y el oxígeno que todos los heterótrofos, entre ellos el humano, necesitan para vivir. La hoja es el principal órgano fotosintético de la planta, aunque también pueden ser el tallo, algu­ nas partes de la flor como el cáliz (que es verde) y algunas raíces de plantas tropicales que contienen clorofila y están expuestas al Sol, como las orquídeas. Organización. Las traqueofitas son plantas vasculares, ya que dispo­ nen de sistemas conductores especializados para el abastecimiento de agua y minerales del suelo, mismos que están desarrollados como una de sus adaptaciones en su transición al medio terrestre. El desplazamiento de las primeras plantas acuáticas al medio te­ rrestre tuvo sus ventajas y desafíos. En la tierra hallaron mayor can­ tidad de energía luminosa del Sol y bióxido de carbono, necesarios para la función fotosintética, pero se enfrentaron con la dificultad de no disponer de agua en su medio circundante, de donde sus cé­ lulas obtenían de forma directa sus nutrimentos disueltos y en el cual el gameto masculino se desplazaba para fertilizar al gameto femenino, como lo hacen los musgos (plantas briofitas) que por lo general dependen del agua para su fertilización. Ante tales circuns­ tancias las plantas terrestres tuvieron que desarrollar una gran va­ riedad de adaptaciones como las raíces que les sirven de sostén y absorción de nutrimentos; la cutícula (capa protectora cerosa), que al cubrir su superficie aérea, ayuda a evitar la pérdida de agua; y la semilla que protege al embrión en sus primeras etapas de vida, evi­ tando que se seque antes de encontrar las condiciones favorables para su desarrollo, además de que sirve como medio de dispersión de las plantas. Transporte. En el tallo de las plantas vasculares se encuentran los tejidos de conducción que son el xilema y floema. El xilema está formado por las traqueidas y los elementos de los vasos (o sim­ plemente vasos); éstos conducen hasta las hojas el agua y las sales en solución que la raíz absorbe. En las hojas se realiza la fotosíntesis con la participación del bióxido de carbono y energía luminosa, además se producen los compuestos orgánicos, en especial car­ bohidratos, que la planta emplea para nutrirse y desarrollarse. Los 208

compuestos que la planta elabora descienden por el floema con­ formado por vasos cribosos y liberianos desde el tallo hasta la raíz. La raíz absorbe agua y sales minerales, las conduce hasta el ta­ llo, almacena las sustancias que elabora la planta y fija el vegetal al sustrato. Reproducción. Las plantas con semillas o espermafitas se dividen en gimnospermas y angiospermas, dependiendo de si cuentan con semillas desnudas o recubiertas dentro de un fruto, respectivamente. Estas plantas se reproducen sexualmente de la siguiente manera: el gameto­ fito femenino se produce en la megaspora, mientras el masculino en las microsporas. La polinización se lleva a cabo cuando el grano de polen, transportado por el viento o insectos (agentes polinizadores), llega hasta el gametofito femenino, donde forma el tubo polínico que lleva los núcleos espermáticos; uno de estos núcleos alcanza a la ovocélula, que es el gameto femenino y la fecunda, dando origen al cigoto, con el cual inicia la fase esporofita de la reproducción. Actividad de aprendizaje Investiga acerca de las características generales de la planta terrestre en cuanto a: nutrición, transporte, reproducción. Se evalúa en la página 230.

Intercambio de gases en plantas. Las plantas, como la mayoría de los seres vivos, requieren oxígeno para respirar y no disponen de un aparato complejo para esta función. El intercambio de gases (oxígeno y bióxido de carbono) se efectúa por difusión. Así, la planta aprovecha el oxígeno de su medio y desecha el bióxido de carbono. Si se trata de plantas acuáticas, estos gases están disueltos en el agua, mientras que si son terrestres, se encuentran en el aire de su medio externo. El oxígeno entra a los tejidos del vegetal, sobre todo a través de los estomas localizados en las hojas y tallos herbá­ ceos. También lo hace por las lenticelas de los tallos leñosos, y, con menos frecuencia, por la epidermis de la raíz. La fuente del oxígeno (O2) que se emplea tanto en la respiración vegetal como animal es el proceso fotosintético de las plantas. Excreción en vegetales. Las plantas no disponen de sistemas es­ pecializados de excreción porque en ellas este proceso no es tan complejo como en los animales. La actividad catabólica de las plantas es, efectivamente, mucho menor y ello propicia una acumu­ lación más lenta de sus desechos metabólicos. Además, gran parte de esos desechos son reutilizados en los procesos anabólicos del vegetal. Así, el agua y el bióxido de carbono se emplean durante la fotosíntesis como metabolitos en la síntesis de carbohidratos, mientras los desechos nitrogenados se utilizan para la síntesis de nuevas moléculas de proteínas. A través de los estomas de las hojas, la planta excreta bióxido de carbono y oxígeno por difusión y agua en forma de vapor por me­ dio de la transpiración del vegetal.

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Actividad con TIC Organización de la planta y su importancia https://www.youtube.com/watch?v=R0FLLRdnnPM Elabora un organizador gráfico sobre la función de cada compo­ nente de la planta y su importancia.

Figura 6.1

Estomas. Las células guardianas cierran o abren el estoma según las necesidades hídricas del vegetal.

Algunas sustancias tóxicas se combinan con sales minerales para formar cristales que permanecen insolubles en el vegetal, pero és­ tos se eliminan cuando las partes de la planta donde se almacenan se secan y desprenden. Además, algunas plantas disponen de célu­ las secretoras como las que forman los tubos laticíferos donde se acumulan los productos del látex, que es la materia prima para la fabricación del caucho. Entre las sustancias de desecho que algunos vegetales guardan se encuentran la resina, las gomas, el látex y los taninos.

6.2 Tipos de tejidos y células presentes en las plantas: Dérmico, fundamental, vascular El conjunto de células similares que se especializan en el desempe­ ño de una función determinada es lo que se llama tejido. Los tejidos vegetales básicos son los siguientes. Meristemos. Tejidos encargados del crecimiento de la planta, sus células pequeñas de pared delgada, se encuentran en constante di­ visión. El tejido meristemático se divide en meristemos primarios o apicales y meristemos secundarios o laterales. Los meristemos primarios o apicales se derivan de las células embrionarias, están ubicados en los extremos de la raíz y el tallo, hacen crecer a la planta a lo largo, al agregar células que hacen cre­ cer las ramas o el tallo hacia la luz y la raíz hacia zonas húmedas.

Cuadro 6.1 Tejidos vegetales. Tejidos

Meristemos

Divisiones

Características

Funciones

Primarios o apicales.

Células pequeñas de paredes delgadas y de forma casi siempre cúbica. Realizan una intensa actividad mitótica.

Hacen crecer a la planta en longitud.

Secundarios o laterales.

Se derivan de células adultas de la planta, se localizan a los lados de raíces y tallos de plantas leñosas y árboles.

Aumentan el diámetro de la planta.

Epidérmico.

Son células aplanadas, unidas íntimamente y presentan estomas. Gene- Cubre y protege raíces, tallos jóvenes y horalmente cubre sus paredes una cutícula cerosa que reduce jas. A través de los estomas hay intercambio la pérdida de agua de la planta. de gases.

Peridérmico.

Sus células se forman del felógeno (meristemo lateral que produce corcho). Está formado de varias capas de células impregnadas de suberina. Se encuentra en partes externas de raíces y tallos leñosos.

Protege los tejidos internos.

Parénquima.

Es el tejido más abundante, distribuido en todo el cuerpo de la planta. Sus células son poliédricas de pared delgada y con vacuola grande.

Cuando contienen clorofila realizan fotosíntesis y cuando no almacenan nutrientes.

Colénquima.

Lo forman células engrosadas en sus aristas. Es un tejido suave y flexible. Se localiza en nervaduras de las hojas o en regiones alargadas como tallos y pecíolos.

De sostén.

Esclerénquima.

Sus células tienen paredes muy gruesas y endurecidas por la lignina, se presentan como fibras y células pétreas. Se localizan en tallos, raíces, De soporte y resistencia mecánica. cortezas, frutos y semillas.

Xilema.

Está formado por traqueidas y elementos delos vasos.

Conduce la savia bruta, compuesta de agua y sales minerales disueltas, desde la raíz hasta las hojas.

Floema.

Lo forman células del tubo criboso que presentan paredes perforadas en sus extremos, llamadas placas cribosas.

Conduce la savia elaborada desde las hojas hasta los distintos órganos de la planta.

Dérmico

Fundamentales

Vascular

209

BLOQUE

6

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Actividad de aprendizaje Elaborar un organizador gráfico donde se aborde el papel fundamental de cada uno de los tejidos presentes en las plantas. Se evalúa en la página 231.

Los meristemos secundarios o laterales se forman por división de las células adultas de la planta y la hacen crecer aumentando su diámetro, es decir, incrementando su grosor. Dérmico. Está formado por la cubierta que protege la superficie ex­ terna de la planta. Se divide en tejido epidérmico y tejido peridérmi­ co. La epidermis, está constituida por una capa de células aplanadas que cubre el cuerpo de la planta joven (hojas, tallo, flores, frutos, se­ millas y raíces); por lo general, el tejido epidérmico que reviste la su­ perficie aérea de las plantas se encuentra cubierto por una cutícula, que es impermeable y cerosa, la cual reduce la pérdida de agua que por transpiración desecha la planta al ambiente. El bióxido de carbo­ no, oxígeno y vapor de agua pasan por difusión a través de los esto­ mas del propio tejido. Las células epidérmicas de la raíz en algunas ocasiones desarrollan pelos radicales o tricomas que son sus ramifi­ caciones finas y con las cuales aumenta su área de absorción. La peridermis sustituye el tejido epidérmico en los tallos y raíces de plantas leñosas, está formada principalmente de células de corcho, que mueren al alcanzar la madurez, forman una cubierta protectora de la corteza de los tallos y raíces de las plantas leñosas. Fundamental. Forma la mayor parte del cuerpo de las plantas y se compone de tres tipos de tejido: parénquima, colénquima y escle­ rénquima. n

Parénquima. Es el tejido más abundante del tejido funda­ mental, está formado por células poliédricas (de muchos la­ dos) y de pared delgada; las partes blandas de la planta y de sus frutos están formadas principalmente de parénquima. Tiene diversas funciones como la fotosíntesis, almacenamiento de agua, azúcar y almidón.

n

Colénquima. Lo forman células alargadas y poliédricas de pared gruesa, especialmente en sus aristas. Es un tejido de sos­ tén de las partes blandas del vegetal, se localiza en nervaduras de las hojas o regiones alargadas como tallos jóvenes y pecíolos.

n

Esclerénquima. Sus células tienen las paredes engrosadas en­ durecidas por lignina (sustancia que le dan rigidez y resisten­ cia), que le proporcionan al tejido la función de soporte y re­ sistencia mecánica. Sus células se presentan como fibras o esclereidas, estas últimas llamadas también células pétreas. Las fibras de algunas plantas como las del henequén y el yute se utilizan para fabricar cuerdas. Las esclereidas se encuentran en tallos y raíces, así como en la corteza de semillas de algunos frutos.

210

Vascular. Este sistema de tejido tiene como función el transporte de sustancias nutritivas a todo el cuerpo de la planta. El tejido vas­ cular se divide en xilema y floema. n

Xilema. Está formado por traqueidas y elementos de los va­ sos, que se encargan de transportar agua y minerales (savia bruta) de las raíces a las hojas y tallos jóvenes de la planta.

n

Floema. Está compuesta por células del tubo criboso y placas cribosas que conducen compuestos orgánicos, particularmente carbohidratos (savia elaborada) que la planta produce por fo­ tosíntesis a diferentes partes de su cuerpo.

6.3 Componentes de una planta terrestre típica Se pueden observar tres partes fundamentales en las plantas vascu­ lares: las hojas, el tallo y la raíz. A continuación se analizan desde el punto de vista estructural y funcional. n

Hoja. Por lo general tiene la forma plana, en cuya superficie el  pigmento verde llamado clorofila absorbe la luz solar, al igual que los tallos jóvenes verdes, durante la fotosíntesis. Es el proceso por el cual la planta produce compuestos orgáni­ cos, en especial carbohidratos, que la planta emplea para nu­ trirse y desarrollarse, mediante la energía luminosa del Sol, el bióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los iones inor­ gánicos que la raíz absorbe del suelo. Además, a través de sus estomas, las hojas transpiran, es decir, pierden agua en forma de vapor. Algunas plantas como los cactus tienen modifi­ cadas sus hojas en espinas, lo que hace que la fotosíntesis se realice en el tallo.

Estructura de la hoja Con un corte transversal a una hoja de una planta dicotiledónea se puede observar, con el microscopio óptico, bajo la epidermis supe­ rior, los tejidos parénquima en empalizada y parénquima esponjo­ so, que pertenecen al mesófilo (del griego: meso, parte media y filo, hoja), tejido fundamental de la hoja que contiene cloroplastos. Al tejido parénquima en empalizada lo forman células columnares estrechamente empaquetadas debajo de la epidermis superior de la hoja, en tanto que el parénquima esponjoso está formado por células de forma irregular con muchos espacios llenos de gases en­ tre ellas. Este tejido se localiza sobre la epidermis inferior y aunque también realiza fotosíntesis, su principal función es, a través de sus espacios, facilitar la difusión del bióxido de carbono, oxígeno y va­ por de agua. La mayor proporción del proceso fotosintético en la hoja ocurre en las células en empalizada. El mesófilo de las hojas de las monocotiledóneas se encuentra organizado en una sola capa de células distribuidas dentro de la hoja.

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Haz

Vasos conductores

Envés Haz Cutícula Limbo

Epidermis

Pecíolo

Parénquima en empalizada Parénquima lagunar

Mesófilo

Estoma Xilema Filoema

Vaso conductor

Envés

Figura 6.2

Cutícula

Epidermis del envés

Estructura interna de la hoja de una planta dicotiledónea.

Las nervaduras o haces vasculares llevan y sacan sustancias de la hoja. Se llama xilema el tejido vascular que conduce el agua y los iones inorgánicos que llegan a las hojas, en tanto que el que trans­ porta los compuestos producto de la fotosíntesis fuera de la hoja es el floema. Los haces vasculares se extienden en toda la hoja, de ma­ nera que las células del mesófilo se encuentran cerca del xilema para recibir agua con iones inorgánicos así como del floema para transportar los productos de la fotosíntesis fuera de la hoja. Por lo general, en las hojas de las monocotiledóneas los haces vasculares son paralelos; en cambio, en las dicotiledóneas son reticulares (en forma de red). Una de las características de adaptación desarrollada por las plan­ tas en su transición del medio acuático al terrestre fue la cubierta cerosa e impermeable llamada cutícula, secretada por las células de la epidermis. Cubre superficies externas de las hojas y tallos jóve­ nes de la planta y tiene como función reducir su pérdida de agua. El intercambio de gases oxígeno y bióxido de carbono ocurre a tra­ vés de los estomas (del griego estóma, boca). Son pequeñas abertu­ ras formadas por dos células epidérmicas llamadas células oclusivas o células guarda o guardianas, las cuales están encargadas de abrir y

cerrar las pequeñas aberturas. Por los estomas el vegetal pierde agua en forma de vapor, fenómeno llamado transpiración. En las ho­ jas que tienen una orientación horizontal (lo más generalizado), los estomas son más abundantes en la epidermis inferior. En las hojas de las plantas dicotiledóneas se distinguen dos partes: la laminar o aplanada llamada limbo, donde ocurre la mayor pro­ porción de la fotosíntesis, y el pecíolo, que une al limbo con el tallo. Las hojas  de las monocotiledóneas no tienen pecíolo porque la base de la hoja se encuentra envuelta al tallo. La disposición de las hojas en el tallo puede ser alterna, opuesta o verticilada.

Las hojas por su número de limbo A las hojas que tienen un solo limbo se les llama hojas simples como las del olmo, el encino y el manzano. Cuando el limbo se encuentra dividido en dos o más partes separadas llamadas foliolos, se llaman hojas compuestas. Cuando los foliolos se encuentran dispuestos a  intervalos a lo largo del peciolo se trata de una hoja compuesta pinnada, como las del fresno blanco y el rosal. Si los foliolos se encuentran insertados en la punta del pecíolo se trata de una 211

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6

Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia... Limbo

Tallo a)

Pecíolo

Dicotiledónea

Monocotiledónea

b)

Figura 6.3

a) Hoja de una planta dicotiledónea donde se observa el limbo y el pecíolo y hoja de la monocotiledónea sin pecíolo; b) hojas unidas al tallo en forma alterna, opuesta y verticilada.

Alternas

hoja  compuesta palmeda como las del castaño de indias y el trébol.

Los cactus cuyo hábitat son los desiertos tienen modificada sus ho­ jas en espinas, la fotosíntesis se lleva a cabo en el tallo, donde tam­ bién se almacena el agua.

Las hojas presentan diversas formas y tamaño que son adaptacio­ nes que ha desarrollado la planta de acuerdo con el medio donde se desarrolla.

Algunas plantas trepadoras como la del chícharo suelen modificar sus hojas en zarcillos que les sirven para fijarse a su soporte durante su crecimiento.

Las plantas que viven en la capa inferior del bosque tropical donde no llega directamente la luz solar y se dispone de abundante agua, tienen hojas grandes, con mayor superficie donde captar la luz, ne­ cesaria para la fotosíntesis, al mismo tiempo expulsar el agua en forma de vapor por medio de una intensa transpiración.

a)

b)

Verticiladas

Las coníferas que soportan prolongados periodos de sequía en su medio, disponen de hojas aciculares (en forma de aguja), con una reducida superficie para la función fotosintética, pero también para la eliminación de mínima cantidad de agua.

Las principales adaptaciones de las hojas al medio

Figura 6.4

Opuestas

Otras plantas como la cebolla desarrollan un bulbo, que es un tallo corto subterráneo, con muchas hojas modificadas donde almace­ nan alimento y agua.

c)

d)

e)

a) Hojas aciculares de las coníferas, b) hojas modificadas en espinas en los cactus, c) hojas modificadas en zarcillos de una planta trepadora, d) hojas modificadas del bulbo de la cebolla y e) hojas suculentas de la sábila.

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La sábila, cuyo hábitat es el medio árido, tiene hojas suculentas donde almacena agua, y por poseer clorofila tiene función fotosin­ tética. n

Tallo. Desempeña la función de sostén de hojas, flores y fru­ tos. En su interior el tejido vascular xilema transporta agua y sales minerales disueltas, de la raíz a las hojas; y el floema con­ duce los compuestos producidos por la planta por fotosíntesis de las hojas a la raíz y a otros órganos de la planta. Los tallos también almacenan alimento y agua.

Estructura del tallo El tejido fundamental es la masa del tallo joven, en el cual se puede apreciar la médula interna rodeada por la corteza. El tejido funda­ mental se compone por los tejidos de parénquima, colénquima y esclerénquima. El parénquima posee células de pared delgada y con muchos lados (poliédricas); se encuentra en la mayor parte de la planta. Las células del parénquima, que contienen clorofila como las que forman el mesófilo de la hoja, realizan la fotosíntesis; ade­ más desempeña función de almacenamiento de nutrientes o de procesos de secreción. El colénquima es un tejido de sostén de ta­ llos jóvenes, con células engrosadas en las aristas. Este tejido le da flexibilidad a las hojas, pecíolo y tallos jóvenes. El esclerénquima es un tejido de soporte y de resistencia mecánica; sus células tienen paredes engrosadas e impregnadas de lignina que las endurecen y les dan rigidez. Posee dos tipos de células: fibras y esclereidas, lla­ madas también células pétreas. Las primeras son células alargadas y elásticas, como el lino, el yute y el cáñamo, que son fibras vegeta­ les que se emplean para fabricar diversos productos. Las segundas, además de encontrarse en tallos y raíces, forman parte de la corteza dura de semillas y de algunos frutos. Tallo con haces Tallo con vasculares haces vasculares en forma de enanillo forma de anillo

Los haces vasculares de los tallos de plantas dicotiledóneas presen­ tan una distribución diferente que en los tallos de las monocoti­ ledóneas. En las dicotiledóneas los haces vasculares se localizan organizados en forma de anillo, rodeando a la médula central del tallo, en tanto que en las monocotiledóneas se encuentran distri­ buidos en todo el tejido fundamental del tallo. Los tejidos se encuentran en cada haz vascular, el xilema en el lado interno y el floema en el externo. El xilema se compone de traquei­ das y vasos, que son células con paredes engrosadas, impregnadas de lignina y se encuentran muertas a la madurez. Este tejido condu­ ce el agua y los iones minerales disueltos en el agua de la raíz a dife­ rentes partes de la planta, en especial a las hojas y tallos jóvenes verdes. El floema lo forman células del tubo criboso y placas cribo­ sas, células vivas en la madurez. El tubo criboso es una columna vertical; en cambio las placas cribosas son paredes terminales con poros que conducen el citoplasma de un miembro del tubo cribo­ so al siguiente. El floema transporta compuestos orgánicos, sobre todo carbohidratos producidos por fotosíntesis, a distintas partes de la planta. n

Raíz. Las raíces fijan la planta al suelo, absorben agua y sales minerales y almacenan agua y compuestos producidos por fo­ tosíntesis. Una característica de muchas dicotiledóneas y gim­ nospermas es la raíz primaria persistente, principal derivada de la radícula, que es la pequeña raíz del embrión. Penetra en el suelo y aumenta en grosor y luego le crecen raíces laterales. Perforación de un elemento de vaso

Tallo con haces Tallo con haces vasculares vasculares esparcidosesparcidos

Perforación de un vaso criboso

Célula acompañante

Poro

Detalle de los poros de una traqueida

Elementos de vasos

Dicotiledóneas Dicotiledóneas Figura 6.5

Monocotiledóneas Monocotiledóneas

Distribución de los haces vasculares en tallos de dicotiledóneas y monocotiledóneas.

Vasos cribosos

Traqueidas Figura 6.6

Tejidos vasculares.

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Banda de Caspary Hacia el xilema Ruta extracelular

Endodermis

Ruta intracelular Corteza Pelo radical

Figura 6.7

La banda de Caspary impide el paso del agua por un camino fuera de las células.

Epidermis

En cambio, en las monocotiledóneas, la raíz primaria tiene una vida corta, pues luego es reemplazada por raíces adventicias que se originan en el tallo (adventicias porque surgen en sitios poco comunes) y forman un sistema de raíces fibrosas.

Estructura de la raíz En su estructura interna, los sistemas de tejidos dérmico (protec­ tor), fundamental y vascular (conductor) se localizan en las capas concéntricas de epidermis, corteza y cilindro central de la raíz.

La epidermis cubre toda la superficie de la raíz; protege sus estruc­ turas internas y absorbe agua y sales minerales en solución. A partir de sus células se forman los pelos radicales, que son ramificaciones finas que incrementan el proceso de absorción de las raíces. La corteza se compone del tejido de parénquima; a diferencia del parénquima de la hoja, carece de cloroplastos y sus plástidos o plastos tienen la función de almacenar compuestos orgánicos. La corteza dispone de una capa interna de células compactas llamada en­ dodermis, en cuyas paredes se forma una barrera cerosa llamada

Tejido vascular

Médula

Periciclo Endodermis

Dicotiledónea Figura 6.8

Estructura interna de la raíz de una dicotiledónea y una monocotiledónea.

214

Monocotiledónea

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banda de Caspary, que impide el paso del agua y los iones al cilindro central por un camino fuera de las células, a través de las paredes, es decir, sin cruzar la membrana plasmática de las células localizadas en el trayecto hacia el xilema, o cuando menos la de una célula en­ dodérmica para después continuar su ruta hasta el xilema. El cilindro central lo conforman los tejidos vasculares: xilema que ocupa el centro, y el floema fuera del xilema. Ambos se encuentran rodeados por el periciclo, una capa de células parenquimatosas que

suelen ramificarse en forma lateral, originando las llamadas ramas radicales. Por lo general, en las dicotiledóneas los tejidos vasculares forman un cilindro sólido en el centro, a diferencia de las monocotiledó­ neas en que el xilema y el floema se encuentran sin un patrón deter­ minado constituida por células parenquimatosas, cuya función es la de almacenar almidón. Completa el siguiente esquema:

Evaluación

Completa el siguiente esquema:

Estructuras vegetales y su función

Estructura:

Tallo

Estructura:

Parénquima en empalizada

Tejido:

Xilema

Floema

Función:

Facilita la difusión de gases

Función:

Función:

Fijan la planta al suelo

Otra función:

Actividad experimental

Visita un jardín de la localidad Objetivo. Observar las adaptaciones morfológicas (de forma) de las hojas, tallos y raíces desarrolladas por las plantas.

Material n

Cámara fotográfica

n

Cuaderno y bolígrafo

2. Fotografíen o dibujen las características que consideren más no­ tables tanto de hojas como de tallos. 3. Fotografíen las plantas que viven bajo la sombra de los árboles y tienen hojas grandes. También los cactus adaptados a vivir en zo­ nas áridas; tienen tallos suculentos cubiertos con una gruesa cu­ tícula y sus hojas transformadas en espinas. 4. De ser posible, observen la raíz de una dicotiledónea herbácea y de una monocotiledónea.

Conclusiones

Procedimiento

n

Formen un equipo, visiten un jardín cercano a tu escuela y realicen la siguiente actividad.

Una vez reunida toda la información de la actividad, en una mesa de discusión, analicen los casos observados.

n

Traten de explicar las posibles causas del desarrollo de esas adap­ taciones de forma.

n

Elaboren un reporte, ilustrando con dibujos o fotografías, acerca de las conclusiones a las que llegaron en los casos analizados.

1. Observen las características físicas más sobresalientes de las ho­ jas y tallos de las diversas plantas del jardín y registren sus obser­ vaciones.

215

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Transporte en plantas

Teoría cohesión tensión

La necesaria reposición del agua que se pierde. La mayor parte de la cantidad de agua que la planta absorbe por su raíz se pierde en forma de vapor por medio de los estomas. Esta pérdida de agua a través de superficies aéreas de la planta es conocida como transpira­ ción. Esto sucede cuando los estomas se abren para absorber bióxi­ do de carbono que la planta utiliza en la fotosíntesis, lo que causa que pierda agua por transpiración. Esta situación crea en la planta una demanda constante de este líquido.

Esta explicación más generalizada, respecto al ascenso del agua por el xilema, involucra las fuerzas derivadas de las propiedades del agua y la tracción que ejerce la pérdida de agua por transpiración. Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de una misma sustancia. Tiene mayor fuerza en el agua, en cuyas molécu­ las dos átomos de hidrógeno se unen por enlaces de hidrógeno a uno de oxígeno. Asimismo, cada átomo de hidrógeno se mantiene unido al átomo de oxígeno de la molécula de agua vecina; esto hace que por cohesión permanezcan unidas las moléculas de agua por enlaces de hidrógeno. Dentro de las traqueidas y vasos del xilema, esta propiedad del agua contribuye a formar una columna de agua que se extiende por el tallo y la raíz. Adhesión. Es la atracción entre moléculas de diferente clase. En el caso del ascenso del agua por los vasos del xilema (cuyo diámetro es relativamente pequeño), la adhesión ocurre con las moléculas de agua que tienden a pegarse a las moléculas de celulosa que for­ man la pared de los pequeños conductos del xilema, lo que repre­ senta un importante factor para mantener sin interrupción la columna de agua. Tracción por la fuerza de evaporación del agua. La pérdida de agua por transpiración ejerce una fuerza en las hojas y demás partes superiores de la planta, que “jala” la columna de agua a través de los conductos del xilema. Esto hace que el agua y los minerales disuel­ tos que la raíz absorbe asciendan hasta las partes más altas de la planta. Resumiendo, podemos decir que para nutrirse (por fotosíntesis) las plantas requieren agua y los iones minerales que las raíces ab­ sorben del suelo. Durante la transpiración (pérdida de agua por las hojas en forma de vapor), las células de las hojas jalan hacia arriba el agua a través de las traqueidas y vasos del xilema. Así, el líquido pasa desde la raíz hasta las hojas a través del tallo. La fuerza de cohe­ sión que mantiene unidas a las moléculas del agua y el reducido diámetro de los conductos del xilema permiten su adhesión y flujo continuo, por los conductos del xilema, hacia las partes superiores del vegetal. La planta elimina agua por transpiración, principal­ mente a través de los estomas de la epidermis de las hojas, que se abren y cierran como pequeñas compuertas según las necesidades hídricas de la planta. De esta manera regula no sólo el equilibrio interno del agua, sino también la entrada del bióxido de carbono requerido para la fotosíntesis y la salida del oxígeno que se obtiene durante este proceso. Respecto a la distribución de los compuestos orgánicos (produci­ dos en la fotosíntesis) a través del floema, la teoría fuente vertedero explica que los carbohidratos y demás compuestos orgánicos son transportados desde los sitios donde se producen hasta los te­ jidos que requieren este material. Las principales fuentes son las hojas y tallos jóvenes verdes de donde el floema transporta estos

Un intento por explicar la movilización ascendente del agua para reponer la que se pierde es a través del mecanismo de presión radi­ cal, por el cual se explica que el agua penetra del suelo a las células de la raíz y forma presión dentro de la raíz que se prolonga hasta el tallo y provoca que el agua suba por el xilema, pero el empuje que ejerce la presión radical no es suficiente para que el agua ascienda a las partes más altas de la planta. Por tanto, se cree que el ascenso del agua por el xilema no se debe a la fuerza que la empuja desde la raíz, sino a la tracción por evaporación del agua en las hojas.

Fotosíntesis O2

CO2

Respiración CO2

Transpiración

O2

H2O

Savia bruta (agua y sales minerales)

Absorción H2O + sales minerales

Figura 6.9

Transporte en plantas.

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Savia elaborada (compuestos orgánicos)

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compuestos. Los vertederos más importantes están en los meriste­ mos apicales localizados en los sitios de crecimiento longitudinal de la planta. Actividad experimental

Objetivo Detectar la relación entre la velocidad de transpiración del vegetal y la velocidad con que absorbe el agua.

5. El desplazamiento de esa pequeña burbuja marcará el volumen de agua que se consume durante la transpiración.

Conclusiones n

Registra tus observaciones.

n

Elabora una gráfica con los datos de la distancia recorrida por la burbuja y el tiempo empleado.

n

Redacta tus conclusiones, especificando la importancia de los pro­ cesos observados.

Aspectos teóricos La mayor proporción de agua que el vegetal absorbe por sus raíces y se transporta por el xilema hasta las hojas, se pierde en forma de vapor a través del fenómeno de transpiración. El potómetro es un sencillo dispositivo de tubo de vidrio, donde uno de sus extremos se ajusta a la rama de la planta y el otro desemboca en un depósito de agua. Este instrumento sirve para calcular la velocidad aproximada de transpiración del vegetal.

Material n

Potómetro

n

Una rama viva

n

Una regla graduada en milímetros

n

Soporte universal

Actividad experimental

Objetivo Identificar estructuras internas de la hoja y tallo de una angiosperma.

Consideraciones teóricas El mesófilo es el tejido fotosintético de la hoja que está formado por células del parénquima en empalizada y células del parénquima es­ ponjoso. En el primero ocurre la mayor parte del proceso de fotosín­ tesis y el segundo desempeña un papel importante en la difusión de gases y vapor de agua en las células del mesófilo. Los haces vasculares del tallo forman un anillo que rodea a la médula central. Los tejidos conductores xilema y floema se localizan en cada haz. El xilema conduce agua y sales minerales disueltas de la raíz a las hojas y el floema transporta los productos de la fotosíntesis de las ho­ jas a distintas partes de la planta.

Material n n n n n

Procedimiento 1. El potómetro se puede construir empleando 30 cm de tubo de vi­ drio de 2 mm de diámetro, y se dobla para darle la forma de la figura. 2. Una vez frío se coloca la rama de una planta en uno de sus extre­ mos dentro de un depósito de agua, de manera que el potómetro quede completamente lleno de agua. 3. La rama se ajusta herméticamente con un tubo de hule para evi­ tar la entrada de aire. Debe permanecer dentro del tubo una peque­ ña burbuja de aire, más o menos a la altura del primer doblez. 4. Se fija la regla graduada en milímetros a la parte horizontal del tubo y el aparato se fija a un soporte.

n n n n

Tallo con hojas de la planta de frijol Apio Agua Anilina de color rojo Vaso de precipitados de 250 ml Bisturí o navaja de afeitar Vidrio de reloj Porta y cubreobjetos Microscopio óptico

Procedimiento En compañía de los demás miembros de tu equipo realicen esta activi­ dad experimental, sigan estos pasos. 1. Tres días antes de esta actividad, preparen dentro del vaso de pre­ cipitado una solución de agua con anilina roja e introduzcan en ella el tallo del apio y de la planta de frijol.

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

2. Tomen una hoja de la planta y le hacen muchos cortes finos en dirección transversal y los ponen en un vidrio de reloj con agua. 3. De los cortes más delgados escojan uno, lo colocan en el portaobje­ tos, le agregan una gota de agua y lo cubren con un cubreobjetos. 4. Observen al microscopio la preparación, primero a menor aumen­ to y después a uno mayor. 5. Traten de identificar las estructuras observadas y después las di­ bujan. 6. Al tallo del apio y de la planta de frijol también les hacen varios cortes finos en forma transversal y los colocan separadamente en el vidrio de reloj que contenga un poco de agua. 7. Escojan el corte más delgado de uno, pónganlo con una gota de agua en el portaobjetos y cúbranlo con un cubreobjetos. 8. Observen al microscopio la preparación, primero a menor aumen­ to y luego a mayor. 9. Identifiquen el xilema y dibújenlo. 10. Hagan lo mismo con el corte del tallo de la otra planta.

Conclusiones n

¿Cuáles fueron las estructuras observadas en el corte de la hoja y qué función desempeñan?

n

¿En qué tallo se les facilitó más la observación del xilema?

n

¿Cómo pudieron identificar el xilema?

n

¿Qué otro tejido de conducción tiene la planta y qué material transporta?

n

¿Cuál es el mecanismo que hace subir el agua hasta las partes más altas de los árboles?

n

Redacten sus conclusiones acerca de la importancia de los tejidos observados.

Actividad de aprendizaje 1. ¿Qué beneficios se obtienen de las plantas? 2. ¿En qué forma contribuyen las plantas a mantener el ciclo hidro­ lógico? 3. ¿Cuál es la principal función del parénquima en empalizada del mesófilo? 4. ¿Qué orientación tienen los haces vasculares en hojas de dicoti­ ledóneas y monocotiledóneas?

5. ¿Qué transportan los tejidos vasculares xilema y floema? 6. ¿Qué función tienen los plastos del parénquima de la corteza de la raíz? 7. ¿Cuáles diferencias hay en la ubicación de los tejidos vasculares en la raíz de dicotiledóneas respecto a las monocotiledóneas? 8. ¿Cómo explica la teoría de cohesión tensión el ascenso del agua por el tallo?

Para tu reflexión

La importancia de saber aprovechar los recursos bióticos

En la sociedad moderna capitalista hay una tendencia marcada hacia implantar el modelo tecnológico especializado que favorece la producción de unas cuantas especies, como los monocultivos agrícolas, la explotación pesquera y forestal de determinadas especies, reemplazando los ecosistemas diversificados como los bosques tropicales con fines lucrativos del modelo especializado. México ocupa el cuarto lugar entre los doce países megadiversos que albergan entre 60 y 70% de la biodiversidad mundial. Lo que hace que nuestro país sea poseedor de enormes recursos alimentarios y medicinales. Si a esto agregamos los conocimientos sobre la diversidad alimentaria y el uso medicinal de las plantas que nuestros pueblos han acumulado a través de su desarrollo cultural, resulta improcedente la práctica del modelo tecnológico especializado, que además de no favorecer al desarrollo de una diversidad alimentaria es un atentado a la biodiversidad. Toledo, Víctor Manuel et al., Ecología y autosuficiencia alimentaria, Siglo XXI Editores, 1993, pp. 59­62.

Reproducción en las plantas angiospermas Las angiospermas o plantas con flores son las más diversificadas y abundantes que se han adaptado a las regiones tropicales y templadas

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del mundo. Incluyen una gran variedad de plantas, desde los cerea­ les, hierbas y frutales hasta los grandes árboles de madera fina.

Estambre

En las angiospermas, las estructuras reproductoras se encuentran en la flor. El gameto femenino se produce en la megaspora, mien­ tras que el masculino lo hace en la microspora de la flor. La fe­ cundación se logra por medio de la polinización, que se lleva a cabo cuando el grano de polen, transportado por el viento, el agua o bien por insectos, llega hasta el gameto femenino, donde forma el  tubo polínico que conduce sus núcleos espermáticos; uno de estos núcleos ­alcanza a la ovocélula que es el gameto femenino, y la fecunda, dando origen al cigoto, con el cual se inicia la fase esporo­ fita de la reproducción. El óvulo fecundado da origen a la semilla con el embrión, en tanto que el ovario se transforma en el fruto que protege las semillas y propicia su dispersión.

Estigma

Antera

Estilo

Filamento

Pistilo o carpelo

Ovario

Pétalo Corola

Sépalo

Las plantas con flores han desempeñado un papel muy importante en la subsistencia de la especie humana; se ha calculado que la mi­ tad de la energía de origen vegetal que ingerimos los proporcio­ nan tan sólo cuatro especies: el trigo, el maíz, el arroz y la papa.

Saco embrionario (gametofita femenino)

Óvulo

Figura 6.10

Estructura de una flor.

Estructura y función de la flor

o múltiplos y en las dicotiledóneas normalmente son en números de 4 o 5. El estambre (órgano reproductor masculino de la flor) consta de filamento y antera; en la antera se producen los granos de polen que dan origen a los gametos masculinos; los carpelos o pistilo (órgano reproductor femenino) consta de ovario, estilo y estigma. En el ovario se produce el óvulo o gameto femenino.

Por lo general las partes florales son de cuatro tipos: sépalos, pétalos, estambres y carpelos (llamado también pistilo). Éstos se or­ ganizan en niveles formando verticilos (círculos que forman las piezas florales) dentro de la flor. Los verticilos más externos son los sépalos, que generalmente son de forma de pequeñas hojas de color verde o de la misma coloración de los pétalos, que en conjun­ to forman el cáliz, encargado de cubrir y proteger a la flor en sus primeras etapas de desarrollo. La corola está formada por pétalos de varios y brillantes colores que casi siempre secretan sustancias aromáticas, lo cual atrae a los insectos y favorece la polinización. Los sépalos y pétalos en las monocotiledóneas son en número de 3

En las microsporas, cada célula madre produce por meiosis cuatro granos de polen y cada uno de ellos constituye una célula haploide (n). Cada grano de polen produce dos núcleos, el núcleo del tubo y otro generativo o espermático, rodeados por una resistente pa­ red externa. Cuando la antera madura, se rompe y deja escapar el polen. POLINIZACIÓN

Estambre

Flor Ovario

Grano de polen desarrollando el tubo polínico Estigma Estilo

FECUNDACIÓN

MEIOSIS

Fase haploide

Gameto

Gameto

Sinérgidas

Fase diploide Fruto

Árbol adulto

Tubo polínico

Saco embrionario

Núcleos secundarios Antípodas

Germinación

Semilla

Embrión

Figura 6.11

Ciclo biológico de las plantas con flores.

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Los óvulos se desarrollan en las cavidades de los ovarios, es de­ cir, cuando la célula materna se convierte por meiosis en cuatro megasporas haploides, de las cuales tres mueren o se desintegran. La megaspora que sobrevive se divide por mitosis tres veces, formando ocho núcleos haploides; tres se acomodan en cada extremo y dos en el centro de la megaspora. De estos ocho núcleos sólo uno formará la ovocélula o gameto femenino. Se llama polinización al transporte del polen de la antera al estigma, acción que puede realizarse por diversos agentes físicos, como viento y agua o por agentes biológicos (conocidos como poliniza­ dores) como los insectos. Cuando el grano de polen se deposita en el estigma, cierta sustancia química de los carpelos o pistilo estimu­ la el crecimiento del tubo polínico hacia abajo. El núcleo del tubo (del grano de polen) forma el tubo polínico, en tanto que el otro, el núcleo generativo, se divide por mitosis para formar dos núcleos espermáticos (dos gametos masculinos). Cuando el tubo del po­ len alcanza al ovario y llega al óvulo se liberan las dos gametos mas­ culinos, uno fecunda a la ovocélula produciendo el cigoto, que es diploide (2n) y el otro se fusiona con los dos núcleos centrales llamados polares para dar origen al endospermo que es triploi­ de. Al desarrollarse éste, nutrirá al embrión hasta que se convierta en un esporofito joven y las hojas que se le formen tengan la capa­ cidad de realizar la fotosíntesis para nutrir a la nueva planta. La fu­ sión de las dos células espermáticas se conoce como doble fertilización de las angiospermas. Casi todas las flores son hermafroditas o monoicas (producen los dos gametos), pero también hay flores estaminíferas —masculi­ nas— que sólo contienen estambres y otras carpeladas —feme­ ninas— que sólo poseen carpelos. Generalmente las monoicas se autofecundan; sin embargo, por acción de los insectos el polen de una flor puede a veces fecundar el óvulo de otra. En las estaminíferas y carpeladas o postiladas, la fecundación es cruzada, por ello presentan mayor diversidad de caracteres.

to y antera; en esta última es donde se producen los granos de polen; b) en la parte central se ubica el pistilo o carpelo, estructura reproduc­ tora femenina que consta de ovario, estilo y estigma. Es en ésta donde llega el grano de polen durante la polinización y donde después de for­ mar el tubo polínico del estigma al ovario un núcleo espermático del polen alcanza y fecunda a la ovocélula en el ovario, formándose el ci­ goto, que da origen al embrión de la nueva planta.

Material a) Una flor completa b) Una navaja de rasurar c) Microscopio de disección d) Portaobjetos e) Vaso de precipitados con agua y un gotero

Procedimiento 1. Desprende con cuidado las partes de una flor grande, sencilla, pero completa (como las gladiolas). Empieza por los sépalos (ho­ jitas generalmente de color verde que forman el cáliz), continúa con los pétalos y por último desprende los estambres (órgano masculino de la flor). En la parte central de la flor deberá quedar únicamente el pistilo o carpelos (órgano femenino). 2. Con una navaja de rasurar corta transversalmente el ovario, que es la parte inferior y abultada del gineceo, y observa su interior con la lupa o con el microscopio de disección.

Conclusiones n

¿Qué estructuras observas? ¿Qué forma tienen? n

Objetivo. Identificar las estructuras que participan en la reproducción sexual de las angiospermas.

Consideraciones teóricas Las estructuras reproductoras de las angiospermas están en la flor, que consta de las siguientes partes: en el receptáculo, que es la base, se encuentran los sépalos, hojas pequeñas casi siempre de color verde y que en su conjunto forman el cáliz. La parte que más apreciamos de una flor son los pétalos, por sus vistosos colores, que forman la corola, en cuyo interior se encuentran: a) los estambres, que son las estructuras reproductoras masculinas y cada uno consta de filamen­

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Ahora observa y dibuja el estigma (extremo superior del pistilo). ¿Qué característica presenta la superficie del estigma? ¿Qué importancia tiene?

Actividad experimental

Identificación de las estructuras reproductoras de las angiospermas

Dibuja el corte transversal del ovario y contesta.

n

Coloca sobre el portaobjetos una gota de agua y sobre ésta unos granos de polen; obsérvalos al microscopio. ¿Qué forma tienen? ¿Cuál es el proceso por el que los gametos masculinos alcanzan al óvulo?

Dibuja lo que observaste.

El fruto como estrategia adaptativa de dispersión El fruto Una vez que el cigoto por mitosis forma el embrión, protegido y nutrido por la semilla durante su vida latente, el ovario se desarrolla

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y forma el fruto, cuyas funciones son proteger a la semilla y disper­ sarla para originar a un nuevo individuo de su misma especie. El color y sabor de muchas frutas atraen la atención de diversos anima­ les que se alimentan de ellos. En muchos casos, la semilla, después de pasar por el aparato digestivo del animal, es expulsada con el ex­ cremento en otro lugar, diseminando así las semillas en otras áreas. También suele transportarse la semilla en la piel o en las patas del animal, por lo que la dispersión de la semilla ocurre por acción de diversos agentes, que pueden ser biológicos como los animales o físicos como el viento o la lluvia y al encontrar las condiciones pro­ picias germinan, ampliando con ello su distribución geográfica. Los frutos pueden ser de cuatro categorías: simples, agregados, múl­ tiples y accesorios. Proceso de germinación de la semilla. Las partes de la semilla que nutren al embrión en las plantas con flores reciben el nombre

de cotiledones. Las plantas cuyas semillas sólo contienen un cotiledón se llaman monocotiledóneas, y a las que tienen semillas con dos cotiledones se les conoce como dicotiledóneas. El embrión consta de radícula, hipocótilo y epicótilo o plúmula. La radícula da origen a la raíz primaria; el hipocótilo al vástago y el epicótilo, por mitosis del tejido meristemático de su yema apical, permite el crecimiento del tallo. El cotiledón se une al embrión entre la radícula y el hipocóti­ lo, proporcionando los nutrientes necesarios a la plántula (em­ brión) hasta que ésta produce sus propios alimentos. La semilla puede tener un periodo de inactividad por sequía, llamado periodo de latencia, pero una vez que las condiciones ambientales son favo­ rables, se activan sus funciones y germina. El meristemo primario o apical es el tejido localizado en las yemas terminales de tallos y raí­ ces, hace crecer al vegetal longitudinalmente; en las dicotiledóneas es característico el desarrollo de otro tejido meristemático, el se­ cundario o cambium, que permite crecer al tallo en grosor.

Figura 6.12

El embrión y la germinación de una dicotiledónea.

Primeras hojas Cotiledón

Cubierta de semilla Hipocotiledón

Radícula

221

  6 BLOQUE

  Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Cuadro 6.2  Categoría de los frutos.



Categoría

Características

Ejemplo

FRUTOS SIMPLES

Los que se derivan de un solo carpelo o de varios fusionados de una flor.

Carnosos

El pericarpio es grueso y jugoso. Tomate, uvas, plátano.

Baya



Sus tejidos son blandos.

Durazno, ciruelas, aceitunas. Drupa

Secos

Dehiscentes

Indehiscentes

FRUTOS AGREGADOS

La pared interna del fruto (hueso) es dura.

El pericarpio se saca y se hace delgado y leñoso.

La pared del fruto maduro se abre a lo largo y libera las semillas, aunque todavía esté unido a la planta.

El fruto no se abre al madurar.

Se forman de muchos carpelos separados de una misma flor y cuando crecen los ovarios se fusionan y forman un solo fruto.

El fruto de las leguminosas es la vaina, que al madurar se abre y deja escapar sus semillas, como el frijol y el chícharo.

Bellota, girasol, zanahorias, granos (maíz, trigo), nueces.

Frambuesa, zarzamora, guanábana.

Piña, higo, mora.

FRUTOS MÚLTIPLES

Se originan por la combinación de carpelos de varias flores cercanas. Después de la fecundación los ovarios se desarrollan, crecen y se fusionan.

La pera se deriva del tubo floral y del ovario. Otros frutos accesorios son la manzana y la fresa. FRUTOS ACCESORIOS

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Su parte carnosa está formada por otros tejidos además del ovario.



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Actividad de aprendizaje Identificar cada componente de una planta terrestre (raíz, tallo, hoja, flor y fruta), reconociendo la función que desempeña cada uno. Orga­ niza la información en un cartel para explicar la función e importancia de cada componente. Actividad experimental

Germinación de una semilla dicotiledónea Objetivo. Identificar las partes del embrión de una semilla dicotile­ dónea.

Consideraciones teóricas Después de ser fecundado por un núcleo espermático del polen, el óvulo madura y forma la semilla en tanto que el ovario al desarrollarse forma el fruto. En la semilla se encuentra el embrión, que consta de radícula, hipocótilo y plúmula o epicótilo. Las angiospermas pueden ser monocotiledóneas, como el maíz y trigo; o dicotiledóneas, como el frijol y chícharo. Los cotiledones nutren y protegen al embrión.

Material n

Semillas de frijol remojada cinco días previos a la práctica.

n

Microscopio de disección o lupa.

n

Portaobjetos.

Procedimiento 1. Identifica las siguientes partes de la semilla y del embrión. a) El tegumento, que es la envoltura de la semilla. b) Los cotiledones. c) Las partes del embrión: radícula, hipocótilo y plúmula. 2. Haz un esquema de lo observado.

la tierra en forma irreversible y otras consecuencias que conllevan la alteración en el equilibrio ambiental y la destrucción de los recursos bióticos. Las principales causas de la extinción de los animales silves­ tres han sido la destrucción de su hábitat, como la tala de árboles para transformar la zona en pastizal o para terreno agrícola; la caza, la intro­ ducción de especies exóticas y otras acciones humanas. Las selvas tropicales localizadas en el sureste de nuestro país como la lacandona en Chiapas y los Chimalapas en Oaxaca, albergan la mayor diversidad de especies de plantas y animales, muchas de ellas son endémicas —restringidas en ese espacio geográfico— que se han ido perdiendo especialmente por la actividad humana. Para la conservación de plantas y animales de tu comunidad, ¿qué medidas propones y en qué manera puedes participar?

Evaluación Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número de la respuesta correcta. En su conjunto forman el cáliz.

1. La flor

En su conjunto forman la corola.

2. Carpelos

Se componen de filamento y antera.

3. Sépalos

Están formados de ovario, estilo y estigma.

4. Pétalos 5. Estambres

Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el cuadro. 1. Número de granos de polen que se produce en cada célula madre. a) Dos b) Cuatro c) Seis d) Ocho 2. Es el resultado de la doble fertilización de las angios­ permas. a) Una forma el cigoto y la otra el endospermo.

Conclusiones

b) Una forma la planta y otra los órganos sexuales.

Elabora una síntesis acerca de la importancia de las estructuras del embrión en el desarrollo de la nueva planta, haz referencia a la función de los cotiledones, así como a las condiciones que debe reunir el me­ dio para que una semilla germine.

c) Un núcleo espermático fecunda a dos ovocélulas.

Para tu reflexión

Conservación de la biodiversidad Resulta alarmante la forma tan acelerada en que se han acabado exten­ sas zonas de bosque y la extinción de especies que allí habitaban. Por lo general convierten terrenos boscosos en pastizales para la ganadería o con otros fines lucrativos, sin tomar en cuenta el empobrecimiento de

d) Dobles núcleos espermáticos fecundan a una ovo­ célula. 3. Es el tejido que participa en el crecimiento longitudinal del embrión. a) Epidérmico. b) Conductor. c) Meristemo apical. d) Meristemo secundario. 4. Desempeña una importante acción en la dispersión de las semillas. a) El fruto b) La flor c) El tallo d) La raíz

223

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

6.4 Utilización de las diferentes partes de la planta en beneficio del ser humano Los recursos bióticos, particularmente los vegetales, han estado li­ gados a la vida del ser humano, quien en su etapa primitiva vivía de la caza y la recolección de plantas, posiblemente la mayor parte de su tiempo lo dedicaba a la búsqueda de su alimento, aprendiendo a diferenciar las plantas por el beneficio que les proporcionaban. Naturalmente, los recursos que los primeros grupos humanos ob­ tenían de su medio natural eran distintos a los que empleamos en la actualidad para cubrir nuestras necesidades. Sin embargo, se siguen obteniendo beneficios de las plantas como en los casos siguientes. n Como proveedores de madera, alimento y materia prima para la industria. De diversas especies de coníferas como pi­ nos, abetos, oyameles se obtiene la madera blanda que se em­ plea para la fabricación de muebles y en la construcción de viviendas; materia prima extraída de los árboles como resina, aguarrás, taninos y aceites aromáticos tienen una gran impor­ tancia industrial. Las angiospermas (plantas con flores) repre­ sentan una importante fuente de alimentos, los cereales como el arroz, el maíz y el trigo son básicos en la alimentación huma­ na. De las angiospermas se obtiene también la materia prima para fabricar algunos medicamentos, además de fibras, caucho y diversas sustancias químicas que se emplean en la industria. n Plantas medicinales. Diversas partes de algunas plantas con­ tienen sustancias con principios activos que se utilizan para combatir algunas enfermedades, las cuales son aprovechadas por la industria química farmacéutica para producir medica­ mentos. Las culturas antiguas empleaban plantas para curar diversas enfer­ medades. En la actualidad se usan las raíces, hojas y flores de muchas plantas para el tratamiento de distintos malestares, a continuación citamos algunos ejemplos: n Ajo: se le atribuyen muchas propiedades curativas, entre ellas destaca su acción diurética, mejora la circulación sanguínea y alivia los dolores reumáticos. n Eucalipto: sus hojas se utilizan para combatir enfermedades respiratorias. n Epazote: esta hierba se emplea para la expulsión de parásitos intestinales.

n

Ruda: esta planta se emplea para calmar cólicos hepáticos e intestinales.

Actividad de aprendizaje Participa en el diálogo con los alumnos de tu grupo sobre la diversidad de plantas que existen en el entorno y en el país, su uso e importancia. Resaltar la prioridad que las culturas indígenas de México tienen con respecto al cuidado de las plantas y su uso.

Actividad integradora Realiza una investigación documental en equipo acerca de las plantas me­ dicinales presentes en la región, tomando en cuenta los siguientes puntos. n

Ecorregión a la que pertenece.

n

Los tejidos que la componen y su función.

n

Sus adaptaciones al medio.

n

Clasificación.

n

Tipo de reproducción.

n

Usos y beneficios.

Se evalúa en la página 233.

6.5 Importancia biológica, cultural, social y económica de las plantas en México y el mundo México se encuentra entre los 12 países considerados como me­ gadiversos; se calcula que en su conjunto los 12 países (Brasil, Colom­ bia, Indonesia, México, Ecuador, Perú, Zaire, Madagascar, Australia, China, India y Malasia) albergan entre 60 y 70% de la biodiversidad del mundo. La enorme riqueza biológica de nuestro país se debe a la complicada topografía y al complejo mosaico que presenta el territo­ rio nacional, los cuales originan una gran variedad de clima y diversos tipos de hábitats que albergan una enorme diversidad de especies de flora y fauna. Además, nuestro país ocupa un lugar importante por su endemismo, es decir, posee organismos que no hay en otros países, por ejemplo, cuenta con mayor número de especies de pinos, magueyes, cactus y encinos a nivel mundial (Arturo Gómez Pompa, 1985), por eso ocupa el quinto lugar en diversidad de plantas, cuarto en anfibios, segundo en mamíferos y primero en reptiles.

n

Árnica: sus flores se utilizan para curar golpes y heridas, así como la bronquitis.

n

Azahar (flores del naranjo y del limonero): se usa para contra­ rrestar la tensión nerviosa.

México ha dado al mundo especies de interés económico como el maíz, cacao (de donde se obtiene el chocolate), chile y calabaza en­ tre otras.

n

Manzanilla: estimula la digestión y calma los cólicos por indi­ gestión.

Cuando los primeros grupos humanos descubrieron la agricultura lo que cultivaban eran plantas silvestres, de las cuales empezaron a

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6.6 Importancia de las plantas que habitan en el planeta Las plantas deben su importancia al papel fundamental que de­ sempeñan en el mantenimiento de la vida en el planeta; de ellas se obtiene el alimento que requieren los organismos para nutrirse y el oxígeno que la mayoría emplea para respirar. Se han identificado cuatro tipos de servicios ecosistémicos, en los cuales desempeña un papel primordial la comunidad vegetal. n

De aprovisionamiento: a través de este tipo de servicios se obtienen: el alimento, la fibra para la fabricación de telas y di­ versos artículos artesanales; la madera, así como materia pri­ ma para la producción de fármacos y para otras industrias como la producción del etanol (alcohol de caña de azúcar) que en algunos países ya sustituye a la gasolina para los auto­ móviles, o en la producción de plásticos biodegradables (a partir del azúcar de maíz o de otras plantas). Otro importante servicio de aprovisionamiento es el genético, material heredi­ tario de la diversidad de plantas que se preservan.

n

De regulación: las plantas proporcionan funciones regula­ doras como la purificación del aire por medio del oxígeno que desechan como consecuencia de la fotosíntesis; amortiguan las sequías a través del vapor de agua que incorporan a la at­ mósfera por transpiración y con ello contribuyen a regular el ciclo del agua; contrarrestan la acción devastadora de las inun­ daciones al propiciar la filtración de las aguas de lluvia al sub­ suelo, ya que un suelo sin la protección de la cobertura vegetal está más expuesto a ser acarreado por las corrientes que for­ man las aguas de lluvias; también regulan el clima por medio de vapor de agua que liberan a la atmósfera.

n

Culturales: ofrecen bienestar espiritual y beneficios que no son materiales.

n

De apoyo: este tipo de servicios contribuye con el suministro de los elementos básicos del ecosistema, como los que partici­ pan en los ciclos biogeoquímicos o en la generación y preser­ vación del suelo y la polinización.

Figura 6.13

México cuenta con mayor número de especies de pinos, magueyes y cactus.

seleccionar el cultivo, practicando lo que se conoce como fitomejo­ ramiento empírico, para obtener mayor utilidad, por ejemplo, mayor número de granos, frutos de mayor tamaño o mejor sabor; de esta manera se seleccionaron y mejoraron una gran diversidad de culti­ vos, como el maíz, el chile, el frijol, la calabaza, los nopales. Por me­ dio de este procedimiento se originaron muchas especies vegetales nativas que aún se conservan y aprovechan. Las plantas han sido las principales proveedoras de muchos elemen­ tos que la población humana emplea para subsistir, productos para su alimentación, materia prima para la elaboración de medicamen­ tos, para la industria del vestido o la fabricación de papel y como ma­ dera para la confección de muebles o la construcción de viviendas. El aprovechamiento de los bosques desde una perspectiva de manejo forestal maderable resulta ser tan rentable como las actividades agropecuarias, siempre y cuando su manejo fuera mediante programas gubernamentales que fortalecieran la con­ servación y el  aprovechamiento sustentable del recurso y que propiciaran la máxima participación de los productores en di­ chos programas. Desafortunadamente esto no siempre sucede, en los últimos años grandes extensiones de bosques han desaparecido debido entre otras causas, a la tala inmoderada e incendios forestales. La función cultural y social de las plantas queda de manifiesto en la relación que la sociedad mantiene con ellas a través de sus costum­ bres, creencias y ante el placer de contemplar con respeto el paisaje de las comunidades vegetales de su entorno. Actividad de aprendizaje Elabora un ensayo acerca de la importancia biológica, cultural, social y económica que tienen las plantas en México. Se evalúa en la página 232.

En la generación y preservación del suelo, participa la raíz de la planta que al penetrar en las rocas incrementa su desintegración, siendo así una de las causas mecánicas de la formación del suelo y la degradación de las hojas que caen al suelo, por acción de los organismos que allí viven, contribuyen a mantener su parte orgá­ nica. Actividad de aprendizaje Elabora un breve ensayo sobre la importancia de las plantas que habi­ tan el planeta. Se evalúa en página 232.

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  Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Actividades complementarias Actividad experimental

Propósito

• Un frasco de boca ancha de 500 ml

Por medio de un sencillo experimento identificar algunas propiedades del agua y relacionar sus funciones en los procesos de transporte as­ cendente en las plantas.

• Agua de la llave

Consideraciones teóricas El agua es el líquido que más abunda en la Tierra, cubre alrededor de tres cuartas partes de su superficie y tiene algunas propiedades que se relacionan con los procesos que ocurren en los seres vivos; por ejem­ plo, la cohesión que se origina por la atracción que se presenta entre sus moléculas, la cual hace que las moléculas de la capa superficial formen una alta tensión: la adhesión, que permite que el agua se una a moléculas de distintas sustancias; la capilaridad, por la cual el agua sube por pequeños tubos de los vasos del xilema, gracias a la cohesión y adhesión de sus moléculas.



• Colorantes artificiales para alimentos verde y rojo

Procedimiento 1. Vierte agua hasta la mitad del frasco. 2. Agrégale un poco de cualquier colorante al agua (para una flor puede ser verde y para la otra, roja) y disuélvelo con ayuda de una cuchara con movimientos circulares. 3. Sumerge una parte del tallo de las dos flores en la solución. 4. Deja las flores en la solución durante cuatro días. 5. Observa y registra los cambios que se presentan en las flores.

Materiales

6. Identifica cada una de las propiedades del agua observadas y relaciona su función con los procesos que se desarrollan en los seres vivos.

• Dos flores blancas, un crisantemo y un clavel

7. Elabora un reporte por escrito de la actividad experimental.

Para tu reflexión La gran diversidad de su flora y fauna y su belleza natural le dan a Ta­ basco el merecido nombre de edén de México, y las nuevas generacio­ nes deben estar comprometidas a participar en proyectos de mejoramiento ambiental si quieren conservar esa riqueza biológica. Para todos es conocida la extinción de muchas especies en distintas regiones del país, por la pérdida de su hábitat extensas zonas de bos­ que se han convertido en pastizales, a consecuencia de un equivocado proyecto de convertirlas en zonas ganaderas o “para implantar el modelo tecnológico especializado que favorece la producción de unas cuantas especies, como los monocultivos agrícolas” como lo refiere Víctor Manuel Toledo en su obra.

226

La ubicación geográfica de Tabasco, clima y suelo han propiciado que sea uno de los estados con mayor diversidad biológi­ ca, con muchas especies endémicas. Sin embargo, es de reconocerse que exis­ten especies cuyas po­ blaciones han decrecido ­ mucho, particularmente de

Mono araña



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mamíferos como el ocelote, el jaguar y el mono araña, así como de diversas es­peciales vegetales, ya sea por su sobreexplotación o por la destrucción de su hábitat.

Importante labor de conservación de­sempeñan las 13 áreas naturales pro­tegidas que funcionan en el estado, son partes representativas de los ecosistemas naturales terrestres o acuáticos que con­servan su diversidad y de esta manera se cuida su preservación y desarrollo.

Jaguar

Ocelote

¿Sabías que…? El hallazgo de hemoglobina en raíces de diversas plantas hace suponer que el gen que las determina tanto en plantas como en animales pro­ cede de un antepasado común Las algas y las plantas contienen diversos pigmentos entre los que se encuentran la clorofila y los carotenos, encargados de captar la energía luminosa del sol durante la fotosíntesis. Sin embargo, resulta sorpren­ dente la presencia de hemoglobina en las raíces de las leguminosas, llamada leghemoglobina (leg de leguminosa), que al igual que la he­ moglobina animal es de color rojo. La leghemoglobina se encuentra en los nódulos que se forman en las raíces de esas plantas y su función es contribuir a la fijación del nitróge­ no a amonio, con la participación de bacterias y otros microorganismos que viven asociados con las raíces (mutualismo). El vegetal emplea el amonio para sintetizar proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos.

Los estudios que se han hecho de los genes de las globinas alfa y beta han demostrado que se encuentran estrechamente relacionados des­ de el punto de vista evolutivo, ya que estructuralmente son muy seme­ jantes. Poseen tres exones (secuencias codificadoras) y dos intrones (secuencias que no codifican), interrupciones localizadas en sitios ho­ mólogos, una corta y otra larga, similares tanto en aves como en ma­ míferos. Esto supone que la estructura génica ya existía desde antes que ambos grupos se separaran de su antepasado común, hace apro­ ximadamente 270 millones de años. Por tanto, que los genes de la leghemoglobina tienen tres intrones. El primero y el tercero corres­ ponden al mismo sitio en la secuencia codificadora de los genes de la globina animal, y el segundo sale al dividirse el exón central en dos.1 1 Lewin B., Genes VII, editorial Marbán, Madrid, España, 2001, pp. 60 y 61. Beca­ na M., Hemoglobinas vegetales, revista: Investigación y ciencia, núm. 221, feb. 1995, pp. 16-23.

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Instrumentos de evaluación Ha llegado la hora de que demuestres realmente cuánto has aprendido, hemos terminado este bloque y ahora ya conoces muchas cosas nue­ vas. En esta sección encontrarás una evaluación que abarca todo el conocimiento adquirido en este bloque, contéstala lo mejor que puedas y después entrégala a tu maestro para heteroevaluación. I. Contesta brevemente las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál es la principal función de la hoja?

2. ¿Qué utilidad le reporta a la planta la cubierta cerosa llamada cutícula?

3. ¿Qué son los estomas y en qué procesos participan?

4. Al introducir el tallo en una solución de agua con anilina, ¿cuál es el tejido vascular que se pinta?

5. ¿Cuáles son las funciones de la raíz?

II. Selecciona la opción que consideres correcta y anótala en el cuadro.  1. Su estructura interna está formada por epidermis, corteza y cilindro central. a) Raíz b)  Tallo c) Hoja d)  Fruto

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 2. Es el tejido fundamental de la hoja cuyas células contienen clorofila. a) Mesófilo b)  Embrionario c) Protector d)  Conductor  3. Tejido fundamental del tallo con dos tipos de células: fibras y esclereidas. a) Parénquima b)  Colénquima c) Esclerénquima d)  Suberoso  4. Prolongaciones finas de las células de la epidermis radical que aumentan la absorción de la raíz. a) Raíces primarias b)  Pelos radicales c) Raíces secundarias d)  Ramas radicales  5. Tejido vascular que transporta compuestos orgánicos producidos por la fotosíntesis a diferentes partes de la planta. a) Xilema b)  Floema c) Traqueidas d)  Vasos  6. Tejido interno de la hoja cuya principal función es la de facilitar la difusión de gases. a) Parénquima en empalizada

b)  Parénquima esponjoso

c) Epidermis superior d)  Epidermis inferior  7. Pérdida de agua a través de las superficies aéreas de la planta. a) Transpiración b)  Absorción c) Circulación d)  Transposición  8. Fuerza que mantiene unidas las moléculas de agua formando una columna delgada en el xilema. a) Presión radical b)  Cohesión c) Capilaridad d)  Adhesión  9. Es la función de la banda de Caspary formada en las paredes de las células de la endodermis. a) Facilita el acceso del agua e iones al cilindro central por cualquier vía. b) Bloquea el acceso del agua y los iones al cilindro central por fuera de las células. c) Impide el paso del agua a través de membrana plasmática. d) Facilita el paso del agua e iones que circulan por paredes celulares. 10.  Contiene las estructuras reproductoras de las angiospermas. a) La flor b)  La semilla c) El fruto d)  La raíz

III. Relaciona ambas columnas y escribe en cada cuadro el número de la respuesta correcta. 1. Doble fecundación de las angiospermas

Cubre y protege la flor cuando ésta todavía es un botón.

2. Carpelos o pistilo

Parte del estambre donde se producen los granos de polen.

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

3. Cotiledones

Estructura reproductora femenina de la flor.

4. Embrión

Da como resultado un cigoto diploide y un endospermo triploide.

5. Cáliz

Es el transporte del polen de la antera al estigma.

6. Fruto

Partes de la semilla de las angiospermas que nutren al embrión.

7. Antera

Está formado por radícula, hipocótilo y plúmula.

8. Grano de polen

Se forma del desarrollo del ovario.

9. Transporte

Uno de sus núcleos produce el tubo polínico y el otro se divide para formar dos gametos. Cuerpo reproductivo de las angiospermas formado por una minúscula planta y tejido nutritivo.

10. Polinización 11. Filamento 12. Semilla 13. Estigma

Guía de observación

Guía de observación para evaluar las características generales de la planta terrestre. Objeto de aprendizaje 6.1. Actividad integradora a evaluar: Reflexionar y valorar los aspectos ecológico, cultural, social, medicinal y económico de las plantas en el contexto, en México y en el mundo. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

230

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Calidad de información en la investigación

La información está claramente relacionada.

La información da respuesta a las preguntas correspondientes.

La información requerida no La información tiene contiene todos los elementos poco o nada que ver con solicitados. lo solicitado.

Organización

La información está muy bien organizada.

La información está organizada con pocos datos faltantes.

La información está desordenada.

La información no parece estar organizado.

Tiempo de desarrollo de la actividad

La investigación y la información obtenida de ella se desarrollaron oportunamente.

La investigación se realizó en su oportunidad y la información se redactó después.

La investigación y el informe se desarrollaron fuera de tiempo.

No se pudo realizar una investigación adecuada.

Participación del alumno

El alumno o la alumna domina el tema.

El alumno o la alumna demuestra aprendizajes sobre el tema.

El alumno o la alumna no domina el tema en su totalidad.

El alumno o la alumna no domina el tema.

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Lista de cotejo

Bloque 6. Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia para los seres vivos. Lista de cotejo para autoevaluar la elaboración del organizador gráfico. Evalúa el objeto de aprendizaje 6.2. La actividad de aprendizaje que se evalúa: Elabora un organizador gráfico donde se aborde el papel fundamental de cada uno de los tejidos presentes en la planta. Criterio

cumple sí no

Observaciones

1. Se identifica la estructura y función de los meristemos primarios y secundarios.

Contenido

2. Se indica las características estructurales y funcionales de los tejidos: epidérmico y peridérmico. 3. Se señalan la estructura y función de los tejidos fundamentales: parénquima, colénquima y esclerénquima. 4. Se explica la importancia estructural y funcional de los tejidos vasculares: xilema y floema. 5. Se reconoce la importancia de las estructuras desarrolladas por las plantas como adaptación al medio terrestre cuando abandonaron el ambiente acuático. 6. El trabajo contiene el título de la actividad, nombre de la materia, y datos de identificación del elaborador.

Forma

7. La información desarrollada es la adecuada. 8. No tiene o tiene pocos errores ortográficos 9. La información contenida en el material facilita la comprensión del tema. 10. El diseño del material es el apropiado.

Observaciones generales:

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Reconoces a las plantas como organismos complejos de gran importancia...

Coevaluación

Coevaluación para el objeto de aprendizaje 6.5 y 6.6. Nombre del alumno:

Puntuación:

Instrucciones 1. Resuelve el siguiente problema. a) Elaborar un ensayo donde argumentes la importancia de los recursos y servicios que las plantas proporcionan a la sociedad. b) El ensayo debe explicar de manera clara la terminología del tema y carecer de faltas de ortografía. 2. Logística. a) Distribuir la duración de una sesión de clases para ocupar 60% del tiempo en resolver el problema y 40% restante para la coeva­ luación. b) Utiliza el libro de texto y dos hojas de papel tamaño carta, en el encabezado de la primera hoja escribe tus datos y a continuación lo solicitado en el inciso a) del punto 1. c) Intercambien las hojas de solución entre tus compañeros, de manera aleatoria o siguiendo las instrucciones del profesor. d) Efectúa la coevaluación de acuerdo con los criterios que se especifican en el punto 3. 3. Criterios para coevaluar. La coevaluación se desarrolla cuando los alumnos del grupo en su conjunto participan de manera simultánea en la evaluación del apren­ dizaje logrado. Este tipo de evaluación permite lo siguiente. n

Fomentar la participación, la reflexión y la emisión de críticas constructivas en la comparación del nivel de aprendizaje de los com­ pañeros de grupo.

n

Emitir juicios valorativos en el trabajo de todos de manera responsable.

n

Desarrollar actitudes que fomenten los logros personales y de grupo.

Para establecer una puntuación y posteriormente argumentarla en la sección de comentarios se utilizará el siguiente criterio. Niveles

Elementos

Ensayo

Contenido Comparación entre el trabajo evaluado y el del evaluador

10 Cumplió con las especificaciones solicitadas. En el ensayo refleja su punto de vista personal y sus ideas invitan a la reflexión. No tiene faltas de ortografía. Empleó la terminología adecuada. Demostró dominio de los conocimientos básicos del tema. La calidad del trabajo evaluado supera la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

5 Cumplió con algunas de las especificaciones y lo que manifiesta no invita a la reflexión.

1

Puntos

No cumplió con las especificaciones. Tiene faltas de ortografía. No empleó la terminología adecuada.

Demostró conocer el tema.

No conoce el tema.

La calidad del trabajo evaluado es similar a la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

La calidad del trabajo es inferior a la calidad del trabajo desarrollado por el evaluador.

Total

Comentarios: Nombre del evaluador: 232

Fecha:

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Rúbrica

Rúbrica para autoevaluar la investigación documental. Evalúa el objeto de aprendizaje 6.4. Actividad integradora a evaluar: Realizar una investigación documental en equipo acerca de las plantas medicinales presentes en la región, tomando en cuenta: n

Ecorregión a la que pertenece

n

Los tejidos que la componen y su función

n

Sus adaptaciones al medio

n

Clasificación

n

Tipos de reproducción

n

Usos y beneficios. Nombre del alumno:

Aspecto a evaluar

Niveles

Excelente (4)

Bueno (3)

Satisfactorio (2)

Deficiente (1)

Calidad de información

La información está claramente relacionada.

La información da respuesta a las preguntas correspondientes.

La información requerida no La información tiene contiene todos los elementos poco o nada que ver con solicitados. lo solicitado.

Organización

La información está muy bien organizada.

La información está organizada con pocos datos faltantes.

La información está desordenada.

La información no parece estar organizado.

Tiempo de desarrollo de la actividad

La investigación y la información obtenida de ella se desarrollaron oportunamente.

La investigación se realizó en su oportunidad y la información se redactó después.

La investigación y el informe se desarrollaron fuera de tiempo.

No se pudo realizar una investigación adecuada.

Participación del alumno

El alumno o la alumna domina el tema.

El alumno o la alumna demuestra aprendizajes sobre el tema.

El alumno o la alumna no domina el tema en su totalidad.

El alumno o la alumna no domina el tema.

Observaciones generales:

233

Glosario

Glosario ATP. Adenosín trifosfato, molécula que almacena la energía en la célula. Ácido desoxirribonucleico (adn). Molécula que porta y transmi­ te la información genética en todas las células y en algunos virus. Ácido ribonucleico (arn). Molécula que participa en los proce­ sos de transcripción y traducción de la síntesis polipeptídica. Adaptación. Es la capacidad que le confieren los cambios hereda­ dos a un organismo para aumentar sus posibilidades de supervi­ vencia y reproducción en las condiciones de su ambiente.

Autofecundación. Es la fertilización del óvulo por el espermato­ zoide en el mismo organismo donde se producen. Bacteriófago o fago. Virus que infecta a las bacterias. Bivalente. Conjunto formado por la unión de dos cromosomas homólogos con dos cromátidas, cada uno en la profase I de la meio­ sis. También se le llama tétrada. Cactus. Plantas dicotiledóneas, adaptadas a la sequía, desarrollan tallos suculentos y hojas reducidas a espinas.

ADNc (adn complementario). Es la cadena sencilla de adn que se sintetiza por transcripción inversa, complementaria a la cadena de arn.

Cápsula de Bowman. Nombre de cierta parte del nefrón encar­ gada de captar el líquido que contiene material de desecho, que se filtra en los capilares del glomérulo en los riñones.

Aferente. Que conduce líquido o impulso nervioso a un órgano.

Carácter dominante. Es el fenotipo determinado por un alelo que se encuentra en heterocigosis con otro recesivo.

Alelo. Cada una de las formas alternativas de un gen. Alelos múltiples. Acción de más de dos alelos alternativos para determinar un rasgo. Anticodón. Secuencia de tres nucleótidos del arnt que aparea sus bases en forma complementaria con el codón del arnm durante la traducción. Anticuerpo. Proteína producida por los linfocitos B de la médula ósea, como respuesta a la presencia de un antígeno. Antígeno. Sustancia, generalmente proteína, que al incorporarse al organismo estimula la producción de anticuerpos. ARN primario. Es el arn que se transcribe con todas las secuen­ cias de nucleótidos de una de las cadenas del adn en el núcleo de las eucariotas. ARNm (arn maduro). Es el arn que ha sufrido una transforma­ ción después de la transcripción, en el núcleo de las eucariotas, por la cual se le han removido los intrones y permanecen sólo los exo­ nes, que son ligados con precisión mediante un mecanismo llama­ do empalme. 234

Carácter recesivo. Es el rasgo que no se manifiesta cuando el alelo que lo determina se encuentra en heterocigosis con otro dominante. Caracteres adquiridos. Rasgos fenotípicos que el organismo ad­ quiere al interactuar con su medio. Caracteres ligados al sexo. Son los rasgos que se heredan por los genes localizados en un cromosoma sexual. Carbohidrato. Compuesto orgánico producido por los autótro­ fos durante la fotosíntesis, formado por varios grupos hidroxilo y por lo menos un grupo aldehídico o cetónico. Es fuente de energía de los organismos. Carpelo. Estructura femenina de la flor formada de ovario, estilo y estigma. Células somáticas. Son las células de los tejidos del organismo, excepto las gaméticas o reproductoras. Cigoto. Célula diploide formada por el óvulo fecundado. Citoplasma. Material contenido en la célula que no incluye al nú­ cleo y en el que se encuentran dispersos los organelos.



Clona. Se emplea para designar a un grupo de células idénticas a la única célula de la que proceden. Cloroplasto. Organelo membranoso de células vegetales y de al­ gas donde ocurre la fotosíntesis. Codón. Secuencia de tres nucleótidos del arnm que codifica para un aminoácido. Colineales. Es la correspondencia lineal de nucleótidos del adn con la secuencia lineal de aminoácidos de la cadena polipeptídica. Compuestos orgánicos. Sustancias caracterizadas por contener carbono en sus moléculas, unido a otro elemento como hidróge­ no, nitrógeno, azufre o fósforo. Cotiledón. Lóbulo que en algunas plantas rodea y nutre al embrión. Cristalografía de rayos X. Técnica empleada en la dispersión de rayos X a través de cristales de proteínas y ácidos nucleicos para conocer la distribución en el espacio de sus moléculas. Cromátida. Miembros idénticos de un cromosoma duplicado, unidos por el centrómero. Cromosoma. Estructura localizada en el núcleo de las células eu­ cariotas y en el citoplasma de las procariotas, donde se localizan los genes. Cromosomas homólogos. Los que tienen la misma forma y po­ seen genes que determinan los mismos rasgos y se aparean durante la meiosis. Desarrollo embrionario. Es el desarrollo del cigoto a través de sucesivas divisiones controladas por los genes que conducen a la formación del nuevo organismo. Sus etapas fundamentales son: segmentación, gastrulación y diferenciación u organogénesis. Desnaturalización. Cambio en la configuración de una macro­ molécula por efectos de calor o por alteración de su pH. Desoxirribosa. Monosacárido de cinco carbonos que participa en la composición del adn. Diafragma. Músculo situado en posición transversal que separa al tórax del abdomen.

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Dímero de timina. Alteración que se presenta por efectos de la radiación ultravioleta en que se unen covalentemente dos timinas adyacentes en la cadena del adn. Diploide. Célula o individuo que posee un juego completo de cromosomas homólogos. Diploide (2n). Célula con dos juegos haploides de cromosomas homólogos. Diversidad. Diferencia de caracteres que los organismos heredan, y que permanecen los que propician su adaptación al medio. Dominancia incompleta. Cuando un alelo no domina sobre el otro y la generación F1 presenta características intermedias de los dos progenitores. Efector. Músculo que ejecuta la respuesta a un es­tímulo. Eferente. Que lleva líquido o impulso nervioso de un órgano a te­ jidos superficiales. Elongación. Aumento en la longitud de la cadena polipeptídica durante la síntesis de proteína o de las cadenas que se forman en la síntesis de los ácidos nucleicos. Endotelio. Tejido que reviste las paredes de las cavidades. Entrecruzamiento o sobrecruzamiento. Es el intercambio de segmentos que corresponden entre cromátidas de cromosomas homólogos durante la meiosis. Esporofito. Generación diploide multicelular en el ciclo biológico de organismos que presentan alternancia de generaciones. Esqueleto axial. Está formado por la columna vertebral y el crá­ neo que protegen al sistema nervioso central. Estambre. Estructura masculina de la flor que produce microspo­ ras o polen. Estambres. Estructura floral productora del polen que contiene el gameto masculino. Esteroides. Sustancias insolubles en agua, formadas de cuatro anillos de carbono entrelazados, algunas son hormonas como el estrógeno.

Dicotiledónea. Plantas cuyas semillas contienen dos cotiledones.

Estímulos. Alteración interna o externa que influye en las funcio­ nes de un organismo y que propicia una respuesta.

Difusión. Movimiento de material hacia un medio de menor con­ centración.

Excreción. Eliminación de los productos de desecho que se obtie­ nen de la actividad metabólica de los organismos.

Dihíbrido. Descendiente de las líneas parentales con dos pares de rasgos diferentes.

Exones. Son las secuencias de nucleótidos que codifican en los ge­ nes de las células eucariotas. 235

Glosario Fanerógamas. Son plantas con flores. Fecundación. Es la fusión del núcleo del espermatozoide con el núcleo del óvulo. Fecundación cruzada. Es lo opuesto a la autofecundación, se reali­ za cuando el óvulo es fecundado por el espermatozoide que proce­ de de otro organismo. Fecundación externa. Es la fertilización del óvulo por el esperma­ tozoide fuera del cuerpo de la hembra. Fenotipo. Son los rasgos físicos observables en el individuo, que resulta de la interacción de su genotipo y del ambiente donde se desarrolla. Flagelos. Filamentos parecidos a un látigo, que emplean los micro­ organismos acuáticos y el espermatozoide como medio de loco­ moción. Floema. Tejido vascular que conduce los compuestos orgánicos en la planta. Gametofito. Fase haploide productora de gametos en el ciclo bio­ lógico de organismos que presentan alternancia de generaciones. Gametogénesis. Proceso por el cual se forman los gametos por meiosis y puede ser ovogénesis o espermatogénesis. Gametos. Células germinales o sexuales: espermatozoide y óvulo. Ganglios. En los invertebrados son centros estructuralmente sen­ cillos del sistema nervioso, en los vertebrados son centros de aspec­ to nudoso formados por los cuerpos de las neuronas y conectan al sistema nervioso central con el sistema nervioso periférico. Gen. Segmento de adn que se transcribe en el arn. Generación filial 1 (F1). Es la generación heterocigótica obte­ nida por el cruce de dos líneas parentales. Generación filial 2 (F2). Es la generación que resulta de la autofe­ cundación de los miembros de la generación F1. Generación parental o progenitora. Es la generación diploide de línea pura. Genotipo. Es la constitución genética de una célula o de un indi­ viduo. Glándulas. Órganos cuya función es la producción y secreción de ciertas sustancias. Glomérulo. Manojo de pequeños vasos sanguíneos; se aplica al referirse a la masa de capilares localizada dentro de la cápsula de 236

Bowman en el riñón, donde se realiza la filtración del material de desecho que transporta la sangre. Glucoproteína. Proteína conjugada que contiene carbohidratos. Haces vasculares. Conjunto de tejidos de conducción (xilema y floema). Haploide. Célula o individuo que sólo dispone de un juego de los pares de cromosomas homólogos. Haploide (n). Célula u organismo que solamente dispone de un miembro de cada par de cromosomas homólogos. Haploides. Célula o individuo que sólo dispone de un miembro de cada par de cromosomas homólogos (n). Hemofilia. Enfermedad que se manifiesta por una deficiente coagu­ lación de la sangre. Puede provocar hemorragias en heridas leves. Herencia poligénica. Ocurre cuando varios pares de genes con­ tribuyen para determinar un mismo rasgo. Hermafrodita. Individuo poseedor de los órganos reproductores masculino y femenino. Heterocigoto. Célula o individuo que dispone de alelos diferentes para un gen determinado (Aa). Híbrido. Individuo que se origina del cruce entre dos líneas puras. Homocigoto. Célula o individuo que en los dos cromosomas ho­ mólogos dispone del mismo alelo para un gen determinado (AA o aa). Horquilla de replicación. Es el sitio en que ambas cadenas de adn se separan para que se efectúe la replicación. Impulso nervioso. Es la serie de potencial de acción que viaja a lo largo del axón conduciendo un estímulo. In vitro. Experimento realizado con algún material vivo en tubos de ensayo. Inhibir. Es la acción de suprimir un proceso. Intercambio de genes. Se refiere a la combinación genética de los dos organismos que se reproducen sexualmente y que por lo gene­ ral le confiere al hijo caracteres favorables para la supervivencia. Interfase. Intervalo entre las divisiones celulares por mitosis o meiosis. Intrones. Son secuencias de nucleótidos intercaladas en los genes de células eucariotas que no codifican y que son removidos duran­ te el proceso de maduración del arn.



Ion. Átomo o conjunto de átomos con carga eléctrica, positiva (ca­ tión) o negativa (anión). Iones. Conjunto de átomos con carga eléctrica por la pérdida o ganancia de algún electrón. Larvaria. Fase del desarrollo de ciertos animales como insectos o crustáceos, que presentan diferencias estructurales y fisiológicas con respecto al estado adulto. Ligamiento. Es la tendencia de algunos genes de permanecer uni­ dos en el mismo cromosoma y heredarse juntos. Lignina. Sustancia impregnada en paredes celulares de algunos tejidos vegetales que la endurecen y le dan rigidez. Limbo. Parte plana y delgada de la hoja. Lóbulo. Porción redonda y saliente de algún cuerpo. Loci. Es el plural de locus: posición del gen dentro del cromosoma. Macrófago. Un tipo de glóbulo blanco grande fagocítico que aporta antígenos microbianos a los linfocitos T.

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Mutaciones. Son las variaciones que se presentan en el material genético, que pueden determinar nueva característica en el ser vivo y que son heredables. Mutaciones espontáneas. Se originan aparentemente sin la parti­ cipación de agentes físicos o químicos externos. Mutaciones neutrales. Son las que no favorecen ni perjudican a la adaptación. Se cree que su acumulación en el adn es la que pro­ mueve la evolución molecular. Neuronas. Son células especializadas del sistema nervioso. Neurotransmisor. Sustancias químicas almacenadas en los bo­ tones terminales de los axones presinápticos y que, al liberarse durante la sinapsis, actúan sobre una neurona postsináptica despo­ larizando su membrana. Oligonucleótidos. Son fragmentos sintéticos de unos cuantos nucleótidos. Oocito. Célula que al dividirse por meiosis da lugar a la formación del óvulo.

Mecanismos postcopulatorios o postcigóticos. Barreras que restringen el desarrollo de los híbridos, provocando que éstos sean estériles o que sus descendientes tengan una fertilidad reducida.

Ósmosis. Es el movimiento de las moléculas de un disolvente, ge­ neralmente agua, de su medio de mayor concentración al medio de menor concentración a través de una membrana semipermeable, hasta alcanzar el estado de equilibrio.

Mecanismos precopulatorios o precigóticos. Son barreras que limitan la cópula o la fecundación entre especies diferentes.

Ovíparos. Son animales como las aves que ponen sus huevos en el medio externo para su desarrollo.

Megaspora. Espora haploide de las plantas que produce el game­ tofito femenino.

Ovovivíparos. Son como el ornitorrinco, que sus embriones tie­ nen una primera etapa de desarrollo dentro del cuerpo materno, para después concluir en el medio externo.

Meiosis. División celular en la que se reduce a la mitad el número de cromosomas formando células haploides.

Óvulo. Es el gameto femenino.

Meristemo apical. Tejido localizado en el extremo de raíz y tallo, donde ocurre una intensa división celular.

Parásitos. Organismos que viven a expensas de otro, causándole daño.

Mesófilo. Tejido fundamental de la hoja con actividad fotosin­ tética.

Pecíolo. Parte similar al tallo que une a la hoja con la rama o el tallo.

Metamorfosis. Transformaciones que se presentan en algunos animales, como la rana en cierta etapa de su vida.

Periodo de latencia. Tiempo de inactividad metabólica en semi­ llas, esporas, quistes, algunas plantas y especies de animales.

Microspora. Espora haploide en las plantas que da origen al ga­ meto masculino.

Pétalo. Estructura floral generalmente de colores vivos que en su conjunto forma la corola.

Monocotiledónea. Planta cuyas semillas contienen un solo coti­ ledón.

Placas cribosas. Paredes de los extremos de los miembros del tubo criboso. Presentan agujeros por donde pasa el citoplasma de un miembro del tubo criboso al contiguo.

Mutación cromosómica. Alteraciones por reordenamiento de los cromosomas. Mutación puntual. Cambios en la secuencia de bases del adn.

Polaridad. Se aplica al potencial eléctrico de la membrana celular, que resulta de una desigual distribución de iones en su medio in­ terno y externo. 237

Glosario Polinización. Llegada de grano de polen al estigma del carpelo de la flor.

gametos durante la meiosis. Cada gameto recibe un cromosoma de cada par homólogo.

Postulado. Principio que es necesario admitir para establecer una demostración.

Sépalos. Hojas modificadas que forman el primer verticilo floral, encargada de envolver y proteger el botón de la flor.

Potencial de acción. Impulso nervioso que se transmite a lo largo del axón.

Sinapsis. Unión entre los extremos del axón de una neurona y las dendritas del cuerpo celular de otra, a través de la cual se transmite el impulso nervioso. Apareamiento de cromosomas homólogos al inicio de la meiosis.

Potómetro. Aparato para comparar la velocidad de absorción de agua por la planta con la de su transpiración. Raíz adventicia. Surge en lugares inusuales de la planta como en una rama o en la hoja.

Sustrato. Superficie sobre la que se fija o se desplaza un organismo. Molécula sobre la cual actúa una enzima modificándola a través de una reacción química.

Raíz lateral. Emerge por ramificación del periciclo de la raíz.

Talo. Cuerpo vegetativo simple, no diferenciado, que puede ser filamentoso o laminar.

Raíz primaria. La primera que se desarrolla a partir de la radícula del embrión.

Termorreceptores. Neuronas aferentes que se encargan de reci­ bir y transmitir el estímulo de la temperatura al hipotálamo.

Rasgo. Es una característica ya sea corporal o fisiológica que pre­ senta el ser vivo.

Tonicidad muscular. Es la ligera y continua tensión muscular por la oposición de los músculos flexores y extensores.

Receptor sensorial. Estructura que recibe información proce­ dente de algún estímulo.

Transcripción inversa. Es la síntesis de una copia del adn a partir del rna por acción de la enzima transcriptasa inversa.

Recombinación. Se identifica más como el intercambio de seg­ mentos entre las cromátidas que se entrecruzan, pero también se aplica a cualquier otra combinación genética que origine descen­ dientes que difieran de los progenitores.

Transpiración. Pérdida de agua a través de la superficie aérea de la planta.

Recombinación génica. Proceso que se realiza en la profase I de la meiosis y por el cual los cromosomas homólogos se entrecruzan, presentándose la rotura y reunión de segmentos de cromátidas ho­ mólogas, que propicia el intercambio de material genético en for­ ma precisa entre secuencia de bases de adn que corresponden. Región cefálica. Extremo anterior (cabeza) de un organismo. Región dorsal. Zona del dorso (espalda), opuesta a la región ventral. Región ventral. Zona del vientre, lado anterior del organismo, opuesta al dorso. Residuos nitrogenados. Restos que contienen nitrógeno, como la urea y el amoniaco. Retrocruzamiento. Cruza entre un híbrido y un organismo de la línea pura o parental. Secreción. Liberación de sustancias químicas elaboradas por las células de las glándulas y que son utilizadas en ciertos procesos de otras células del organismo. Segregación. Con este nombre se designa la separación de los miembros de un par de cromosomas homólogos hacia distintos 238

Traqueidas. Células del xilema, tejido conductor de agua e iones en plantas vasculares. Tubo criboso. Célula que forma el floema, conductor de los pro­ ductos de la fotosíntesis en la planta. Tubo polínico. Conducto que se forma del estigma al ovario del carpelo de la flor por la germinación del grano de polen, a través del cual pasan dos núcleos espermáticos hacia el ovario. Unisexual. De un solo sexo. Urea. Desecho nitrogenado producto metabólico de la conversión del amoniaco. Variación genética. Diferenciación que presentan los genes. Vasoconstricción. Estrechamiento de los vasos sanguíneos. Vasodilatación. Dilatación de los vasos sanguíneos. Vasos. Células ordenadas verticalmente, componentes del tejido vascular xilema. Vivíparos. Su desarrollo embrionario se realiza dentro del cuerpo materno. Xilema. Tejido vascular conductor de agua y sales minerales en solución que la planta absorbe por la raíz.

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