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ORGANIZACIÓN Y DEVERSIDAD BIOLOGICA Y GENETICA La diversidad biológica es la variedad de formas de vida y de adaptaciones de los organismos al ambiente que encontramos en la biosfera. Se suele llamar también biodiversidad y constituye la gran riqueza de la vida del planeta. Los organismos que han habitado la Tierra desde la aparición de la vida hasta la actualidad han sido muy variados. Los seres vivos han ido evolucionando continuamente, formándose nuevas especies a la vez que otras iban extinguiéndose. Los distintos tipos de seres vivos que pueblan nuestro planeta en la actualidad son resultado de este proceso de evolución y diversificación unido a la extinción de millones de especies. Se calcula que sólo sobreviven en la actualidad alrededor del 1% de las especies que alguna vez han habitado la Tierra. El proceso de extinción es, por tanto, algo natural, pero los cambios que los humanos estamos provocando en el ambiente en los últimos siglos están acelerando muy peligrosamente el ritmo de extinción de especies. Se está disminuyendo alarmantemente la biodiversidad. La diversidad genética es el número total de características genéticas dentro de una especie. Es el componente básico de la biodiversidad. Representa la capacidad para encontrar individuos que suplan a otros afectados por dolencias congénitas, malformaciones, debilidad ante patógenos y otros problemas hereditarios. Cuanto mayor diversidad genética, mayores probabilidades tienen las especies de sobrevivir los cambios del medio ambiente.

LOS 5 REINOS Y SUS CARACTERÍSTICAS

Hay una variedad de criaturas vivientes que tienen hogar aquí en el planeta Tierra. Para ayudar a encontrar sentido en tan grande variedad, los científicos clasifican cada criatura viviente bajo una gran categoría llamada reino. En general, los científicos están de acuerdo en que hay cinco reinos grandes en los cuales se clasifican las criaturas

vivientes, de acuerdo a las características del organismo. Este sistema data de la década de 1960. Sin embargo, hoy en día muchos científicos usan un sistema de clasificación de seis reinos. Cada reino consiste de características básicas únicas de cada reino que identifica las características en común de miles de organismos. REINO MONERA Este reino presenta los mayores desafíos para que los científicos clasifiquen los organismos con precisión. Las bacterias son las reinas supremas de este reino, pero nuevos hallazgos de diferentes bacterias y la forma en que funcionan han llevado a varios científicos a cuestionarse cómo clasificar estos organismos. Con los años, algunos científicos han dividido este reino en dos reinos diferentes: archa bacteria y eubacteria, llevando a la idea de seis reinos en vez de cinco. Sin embargo, la característica común de todos los organismos de este reino es un simple núcleo que no tiene membrana nuclear, lo que desparrama el ADN, en vez de encapsularlo. Algunas de estas criaturas se mueven, otras son estáticas. Algunas son autotróficas, lo que significa que hacen su propia comida, mientras que otras son heterotróficas y deben valerse de su entorno para el alimento. REINO PROTISTA Este reino está hecho de organismos unicelulares que tienen un núcleo bien definido con una membrana nuclear. Los protista normalmente son encontrados en el agua y algunos son estáticos mientras otros se mueven. Este reino consiste de organismos que también son tanto autotróficos como hectotróficos al igual, y esto incluye organismos como la ameba, la euglena, el paramecio y otras algas unicelulares.

REINO FUNGI Los organismos de esta categoría tienden a mantenerse enraizados en un solo lugar toda su vida y absorben nutrientes para sobrevivir. Tienen núcleo, son multicelulares y heterótrofos. Este reino incorpora organismos como hongos, bejines, moho, levadura y los hongos como los poliporales.

Reino Vegetal El reino vegetal representa las especies que usan la fotosíntesis para convertir luz solar en energía como alimento. Todas las plantas contienen clorofila, un pigmento verde, para que esto funcione. Las plantas son multicelulares, y tienen raíces en un solo lugar. Hay dos grupos de vegetales: aquellos que producen flores y frutas y las que no. Las plantas incluyen ficus, arbustos, pastos, flores, árboles frutales, coníferas, vegetales y musgo.

Reino Animal Los organismos más complejos del planeta Tierra son encontrados en este reino. Los animales tienen sistemas nerviosos centrales, deben consumir alimentos para sobrevivir y se mueven libremente. Los animales son multicelulares y tienen sistemas nerviosos centrales bien desarrollados. Este reino está dividido en dos categorías: invertebrados y vertebrados, que se categorizan además en anfibios, reptiles, mamíferos, peces y aves. CARACTERÍSTICAS DE LOS CINCO REINOS Las características aquí recogidas las cumplen la mayor parte de los organismos englobados en cada Reino Moneras

Protoctistas

Hongos

Plantas

Animales

Procariotas

Eucariotas

Eucariotas

Eucariotas

Eucariotas

ADN

Circular

Lineal

Lineal

Lineal

Lineal

Nº de células

Unicelulares

Unicelulares / Unicelulares / Pluricelulares Pluricelulares Pluricelulares Pluricelulares

Nutrición

Autótrofos / Autótrofos / Heterótrofos Heterótrofos Heterótrofos

Tipo células

Energía utilizan

de

que Química Luminica

/ Química Luminica

/

Autótrofos

Heterótrofos

Química

Luminica

Química

Reproducción Asexual

Asexual /Sexual

Asexual /Sexual

Asexual /Sexual

Sexual

Tejidos No existen diferenciados

No existen

No existen

Existen

Existen

Existencia de Existe pared celular

Existe existe

Existe

Existe

No existe

Movilidad

Sí / No

No

No

Sí

Sí / No

/

No

DIFERENCIAS ENTRE ORGANISMOS UNICELULARES Y PLURICELULARES Organismos Unicelulares: La mayoría son procariotas, como las bacterias, pero existen algunos eucariotas, como los protozoos. Organismos Pluricelulares: Un organismo pluricelular es aquel que está constituido por 2 o más células. Para formar un organismo pluricelular, estas células necesitan identificarse y unirse a las otras células. Estos organismos tienen uniones celulares permanentes. Son el resultado de la unión de individuos unicelulares. La teoría simbiótica Esta teoría sugiere que los primeros organismos pluricelulares fueron producidos a partir de la cooperación de diferentes especies de organismos unicelulares, cada uno con diferentes funciones. La teoría de celularización. Esta teoría establece que un solo organismo unicelular, con múltiples núcleos, podría haber desarrollado particiones en la membrana interna alrededor de cada uno de sus núcleos. Hipótesis Un organismo unicelular está formado por una única célula. Representan la inmensa mayoría de los seres vivos en la Tierra. Todos los organismos pasan en un momento inicial de su existencia por ser una sola célula (cigoto). Son considerados más primitivos que los pluricelulares por su menor complejidad. Antes de poder determinar la diferencia entre organismos unicelulares y pluricelulares, es necesario entender qué es cada uno de estos y por qué se caracterizan. Para comenzar, un organismo unicelular, es aquel que, como su nombre lo indica, está compuesto por una sola célula. Aunque resulte difícil de creer, un gran porcentaje de los seres vivos del planeta, pueden realizar todas las funciones necesarias para vivir con una sola célula. Algunos ejemplos de este tipo de ser son las bacterias, las amebas y ciliados, por mencionar unos cuantos. Otra de las características de este tipo de organismos es que son imperceptibles al ojo humano, aun cuando podemos encontrarlos prácticamente en cada rincón del planeta.

La principal diferencia entre organismos unicelulares y pluricelulares, es que estos últimos se conforman por muchas células, aunque proceden de una sola, hasta evolucionar a un conjunto de estas. En el caso de los organismos unicelulares, su única célula, trabaja duro en el movimiento del citoplasma, para poder lograr mantenerse con vida, aún a pesar del trabajo que esto representa, mientras que un organismo pluricelular, hace que todas sus células trabajen en conjunto para poder formar tejidos, que a su vez formarán órganos, que posteriormente se convertirán en organismos complejos y dignos de estudio. Cada conjunto de células dentro de un organismo pluricelular, tiene una tarea designada en la cual trabajar, para que el funcionamiento del cuerpo sea efectivo. En resumen, la diferencia entre organismos unicelulares y pluricelulares, es la cantidad de células que contiene cada uno y por lo tanto la manera en la que funcionan, un cuerpo con más células, también tiene mayores necesidades y resulta más complejo satisfacerlas y puede depender de otros organismos, mientras que un unicelular, puede sobrevivir por sí solo así como reproducirse y realizar todas las actividades de un ser vivo. Células procariotas Se llama procariota a las células sin núcleo celular definido, es decir cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) algunos de los cuales son denominados laminillas y otro es denominado mesozona y está relacionado con la división de la célula. La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección. El interior de la célula se denomina citoplasma. En el centro es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide, donde se encuentra el material genético o ADN. Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma y está asociado a la mesozona. En el citoplasma también hay ribosomas, que son estructuras que tienen la función de fabricar proteínas. Pueden estar libres o formando conjuntos denominados polirribosomas.

Células eucariotas Se llama célula eucariota a las células que tienen un núcleo definido gracias a una membrana nuclear donde contiene su material hereditario. Las células eucariotas tienen un modelo de organización mucho más complejo que las procariotas. Su tamaño es mucho mayor y en el citoplasma es posible encontrar un conjunto de estructuras celulares que cumplen diversas funciones y en conjunto se denominan organelas celulares. El siguiente esquema representa el corte de una célula a la mitad para poder observar todas sus organelas internas. Entre las células eucariotas podemos distinguir dos tipos de células que presentan algunas diferencias: son células animales y vegetales. A continuación describiremos las estructuras presentes en ambas células y mencionaremos aquellas que le son particulares sólo a alguno de estos tipos. 

Membrana plasmática El límite externo de la célula es la membrana plasmática, encargada de controlar el paso de todas las sustancias y compuestos que ingresan o salen de la célula. La membrana plasmática está formada por una doble capa de fosfolípidos que, cada tanto, está interrumpida por proteínas incrustadas en ella. Algunas proteínas atraviesan la doble capa de lípidos de lado a lado (proteínas de Transmembrana) y otras sólo se encuentran asociadas a una de las capas, la interna o externa. Las proteínas de la membrana tienen diversas funciones, como por ejemplo el transporte de sustancias y el reconocimiento de señales provenientes de otras Células.

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El núcleo celular El núcleo contiene el material genético de la célula o ADN. Es el lugar desde el cual se dirigen todas las funciones celulares. Está separado del citoplasma por una membrana nuclear que es doble. Cada tanto está interrumpida por orificios o poros nucleares que permiten el intercambio de moléculas entre el citoplasma y el interior nuclear. Una zona interna del núcleo, que se distingue del resto, se denomina nucleolo. Está asociado con la fabricación de los componentes que forman parte de los ribosomas.

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Citoplasma Es la parte del protoplasma que se ubica entre las membranas nuclear y plasmática. Es un medio coloidal de aspecto viscoso en el cual se encuentran suspendidas distintas estructuras y organoides.

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Retículo endoplasmático Está formado por un sistema complejo de membranas distribuidas por todo el citoplasma. Se distingue una zona del retículo asociada a los ribosomas que tiene la función de fabricar proteínas denominada retículo endoplasmático rugoso o granular (RER o REG). La porción de retículo libre de ribosomas se denomina retículo endoplasmático liso (REL) y tiene, entre otras, la función de fabricar lípidos.

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Complejo de Golgi Es otra organela que tiene forma de sacos membranosos apilados. Aquí llegan y se modifican algunas proteínas fabricadas en el RER. Los productos son dirigidos hacia diferentes destinos: Golgi es el director de tránsito de las proteínas que fabrica la célula. Algunas son dirigidas hacia la membrana plasmática, ciertas proteínas serán exportadas hacia otras células y otras serán empaquetadas en pequeñas bolsitas membranosas (llamadas vesículas).

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Lisosomas. Son un tipo especial de vesículas formadas en el complejo de Golgi que contiene en su interior enzimas que actúan en la degradación de las moléculas orgánicas que ingresan a la célula. A este proceso se lo denomina digestión celular.

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Mitocondrias. Estas organelas están rodeadas de una doble membrana. En las mitocondrias se realizan las reacciones químicas que permiten generar energía química a partir de moléculas orgánicas en presencia de oxígeno. Esta energía es la que mantiene todos los procesos vitales de la célula.

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Cloroplastos. Están presentes solamente en las células vegetales. Tiene una membrana externa, una interna y además un tercer tipo de membrana en forma de bolsitas achatadas, llamadas tilacoides, que contienen un pigmento verde, la clorofila, que permite realizar el proceso de fotosíntesis.

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Vacuolas. Son vesículas membranosos presentes en las células animales y vegetales. Sin embargo son mucho más importantes en las células vegetales y pueden ocupar hasta el 70-90% del citoplasma. En general, su función es la de almacenamiento.

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Ribosomas. Son organelas formadas por dos subunidades (mayor y menor) que se originan en el nucleolo y que, una vez en el citoplasma, se ensamblan para llevar a

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cabo su función. Los ribosomas están a cargo de la fabricación o síntesis de las proteínas. Los hacen libres en el citoplasma o asociados a la superficie del RER. El citoesqueleto. Es un conjunto variado de filamentos que forman un esqueleto celular, necesario para mantener la forma de la célula y sostener a las organelas en sus posiciones. Es una estructura muy dinámica pues constantemente se está organizando y desorganizando y esto le permite a la célula cambiar de forma (por ejemplo para aquellas células que deben desplazarse) o permitir el movimiento de las organelas en el interior del citoplasma.

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Centriolos. Son dos estructuras formadas por filamentos que pueden observarse en el citoplasma de las células animales. Participan durante la división de la célula. En las células vegetales no se encuentran.

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Pared celular. Las células vegetales, por fuera de la membrana plasmática, presentan una pared celular que le brinda protección. Tiene una composición distinta a las paredes que se encuentran en las células procariotas. Diferenciación entre célula procariota y eucariota

CÉLULA PROCARIOTA

CÉLULA EUCARIOTA

Estructura sencilla. Tamaño: 1 a 5 micrones.

Estructura compleja. Tamaño: 10 a 50 micrones.

Tienen pocas formas: esféricas (cocos), de Tienen formas muy variadas. Pueden bastón (bacilos), de coma ortográfica constituir organismos unicelulares o (vibriones), o de espiral (espirilos). Siempre pluricelulares. En éstos hay células son unicelulares, aunque pueden formar muy especializadas y, por ello, con colonias. formas muy diferentes. Membrana de secreción gruesa y constituida de mureína. Algunas poseen además una cápsula mucosa que favorece que las células hijas se mantengan unidas formando colonias.

Las células vegetales tienen una pared gruesa de celulosa. Las células animales pueden presentar una membrana de secreción (matriz extracelular) o carecer de ella.

Los orgánulos membranosos son los mesosomas. Las cianobacterias presentan además, los tilacoides.

Los orgánulos membranosos son: el retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas, lisosomas, mitocondrias, cloroplastos (solo algunas células) y peroxismas.

Las estructuras no membranosas son los Las estructuras no membranosas ribosomas. Algunos presentan vesículas de son los ribosomas, citoesqueleto y paredes proteicas. en las animales, además, centriolos. No tienen núcleo. El ADN está condensado Si tienen núcleo y dentro de él uno o en una región del citoplasma denominada más nucléolos. nucloide. No se distinguen nucléolos. ADN doble circular, con pocos genes. El ADN se empaqueta formando una estructura circular.

ADN doble helicoidal, con muchos genes. El ADN se empaqueta formando cromosomas.

Estructura celular típica de bacterias.

Estructura célular típica de protistas, hongos, plantas y animales.

1. Evolución: Proviene del término latino evolutivo y hace referencia al verbo evolucionar y a sus efectos. Esta acción está vinculada con un cambio de estado o a un despliegue o desenvolvimiento y su resultado es un nuevo aspecto o forma del elemento en cuestión. Evolución es un proceso que debe atravesar etapas para pasar a otra, ya sea de manera gradual o progresiva. Podemos ejemplificar esto en el proceso de publicación de un libro, por citar un caso, donde aparecen etapas sucesivas: una idea surge en la cabeza de un escritor, el mismo comienza a escribir unos borradores, después pasa el texto en limpio y finalmente da por terminado el trabajo de escritura. Llega entonces el momento de buscar un editor para la publicación y comercialización de la obra. A esta altura lo que queda de esa idea surgida en el autor es un recuerdo vago que poco se parece al resultado. La evolución es un proceso universal que consiste en el cambio gradual de los seres vivos y del resto de objetos del mundo natural. En efecto, la evolución es algo general que afecta a los animales y a las plantas, pero también a las rocas, los planetas, las estrellas, y todo cuanto existe en la Naturaleza. Así pues, se podría hablar de una evolución biológica, una evolución geológica e incluso una evolución astronómica. Todos estos procesos requieren normalmente tiempo, mucho tiempo, y por tanto, normalmente no somos capaces de percibirlos.

2. LAS PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN. EVOLUCIÓN es el cambio en el material genético de una población de seres vivos con un proceso que culmina con la emergencia de nuevas especies. La base de la evolución está en los genes, responsables de los caracteres heredados por los organismos. Estos caracteres varían entre los organismos y las poblaciones. La evolución es producto de

2.1 Pruebas anatómicas Son pruebas basadas en criterios de morfología y anatomía comparada. Los conceptos de homología y analogía adquieren especial relevancia para la comprensión de las pruebas anatómicas. 2.1.1 Órganos homólogos son aquellos que tienen la misma o parecida estructura interna, pese a que pueden estar adaptados a realizar funciones muy distintas. 2.1.2 Órganos análogos son aquellos que realizan una misma función, pese a que tienen estructuras diferentes. Los órganos vestigiales son órganos cuya función original se ha ido perdiendo durante la evolución evolución.

Pruebas bioquímicas Se basan en la comparación de organismos diferentes a nivel molecular. Consisten en distintos test químicos aplicados a medios biológicos, los cuales, conocida su reacción, nos permiten identificar distintos microorganismos presentes. Son diferentes mecanismos biológico-selectivos que producen en los descendientes cambios radicales y se producen por cinco mecanismos, que son los siguientes: Mecanismos de evolución: Aislamiento geográfico: El aislamiento o geográfico se produce cuando por alguna causa existe una barrera física que impide la unión de diferentes individuos de la misma especie, aislamiento que se puede ejemplificar en una cadena de montañas, una isla o un desierto que impiden el contacto y unión de seres vivos semejantes. Deriva genética: La deriva genética es el cambio producido en el fondo genético, que es causado por el azar y la deriva genética puede producir alteraciones a favor o en contra de la selección natural. Se puede observar en el color de la piel, donde el alelo dominante puede forzar el color de la piel en las subsecuentes generaciones.

Migración: es causada cuando una población se dirige otro lugar en busca de mejores condiciones ambientales, esto produce ciertos cambios dentro del desarrollo o ciertas características específicas. Mutación: Se llama mutación a todo aquel cambio genético que se produce en un individuo, este cambio puede llegar a ser heredado o pasar desapercibido. Cuando la mutación es benéfica puede producirse en cambios o mutaciones como el cambio de color en algunas palomas o no puede sucederse naturalmente. Selección natural: Es un proceso evolutivo que fue explicado por Charles Darwin, en la que explica que existen características que se van alterando por la influencia del medio ambiente, sean por necesidades directas que causan que ese rasgo especifico se herede por los hijos, cambio que es producido con el fin de mejorar la condición de los individuos y su entorno de supervivencia. Mecanismos evolutivos Se conoce como mecanismos de la evolución a varios procesos a través de los cuales se produce el cambio evolutivo, debido a que ocasionan cambios en las frecuencias de los genes de los individuos de las poblaciones. La evolución es responsable tanto de las notables similitudes que observamos en todas las formas de vida como de su sorprendente diversidad — pero, ¿cómo funciona exactamente? La variabilidad genética es una parte fundamental del proceso, ya que la evolución se produce cuando fuerzas selectivas actúan sobre esa variabilidad. Esta sección examina los mecanismos de la evolución, haciendo hincapié en:  • • • •

La descendencia y las diferencias genéticas heredables que se transmiten a la siguiente generación. La mutación, migración (flujo génico), deriva genética y selección natural como mecanismos de cambio. La importancia de la variabilidad genética. La naturaleza aleatoria de la deriva genética y los efectos de la disminución de la variabilidad genética. Cómo la variabilidad, la reproducción diferencial y la herencia dan como resultado la evolución por selección natural; y Cómo especies diferentes pueden influir en su evolución mutua mediante la coevolución.

COEVOLUCIÓN Es el fenómeno de adaptación evolutiva mutua producida entre dos o varias especies de seres vivos como resultado de su influencia recíproca por relaciones como la simbiosis, el parasitismo, la polinización o las interacciones entre presa y depredador Tipos

Específica Relación depredador (murciélago)-presa (polilla) Los murciélagos son capaces de reconocer a las polillas a través de múltiples ecos que reciben de sus propias vocalizaciones y de un característico sonido que hacen las polillas al volar. Las polillas que son capaces de detectar las llamadas de los murciélagos gracias a dos “oídos”, que han desarrollado. Los presentan a ambos lados del tórax. Estos oídos están formados por entre 1 y 4 células receptoras unidas a una membrana que cumple las funciones de tímpano. Los órganos acústicos de las polillas son una adaptación frente a los murciélagos es porque la mayoría de las especies de polillas que los presentan no son capaces. Difusa Es la interacción de diferentes organismos que se da entre dos o más especies. Por ejemplo, el pez payaso protege a la anémona de otros peces comedores de la planta y la anémona lo protege de otros depredadores.

Escape y Radiación Implica fenómenos de especiación más o menos sincrónica en ambos participantes del sistema. Pasos: 1) las presas producen defensas nuevas mediante mutación y recombinación. 2) las nuevas defensas reducen la incidencia de los depredadores. 3) presas con estas defensas nuevas radian en especies dentro de una nueva zona adaptativa libre de depredadores.

4) un nuevo mutante o recombinante aparece en la población de depredadores que es capaz de anular las defensas de las plantas. 5) los depredadores también radian por haber entrado en una zona adaptativa para ellos. Dando como resultado una congruencia filogenética entre ambos grupos de organismos.

TIPOS DE EVOLUCIÓN 1) Evolución Convergente: Especies poco relacionadas pueden desarrollar estructuras más o menos similares. Al hablar el mismo medio y/o tener las mismas necesidades para su supervivencia. Por ejemplo, el desarrollo de alas en animales tan distintos como un murciélago, un ave o un insecto, ilustra el concepto de evolución convergente: todos han desarrollado un órgano que cumple la misma función, la de volar. 2) Evolución Divergente: También se le denomina radiación adaptiva. La evolución parte de una sola especie ancestral que al dispersar origina una variedad de formas. Placentarios: De una criatura primitiva, insectívora, con cinco dedos y patas cortas que caminaban las plantas de los pies sobre el suelo.

2.1) Micro evolución: Se producen pequeños cambios a nivel genético que no se traducen en la aparición de características notorias de los organismos. Ejemplo: La evolución de los microorganismos frente a los antibióticos, de los insectos “caseros” (mosca, cucaracha) frente a los insecticidas. La micro evolución no origina nuevas especies sin embargo las poblaciones son cada vez más diferentes a sus ancestros a los cuales han ido sustituyendo en el espacio geográfico. 2.2) Macro evolución: Determina el desarrollo de nuevas especies, ya sea como consecuencia de la separación de una población y su aislamiento posterior o por cruzamiento. La mega evolución determina la formación de grupos más grandes de organismos; por ejemplo de nuevas familias. 2.3) Especiación: Es el proceso por el cual aparecen nuevas especies a partir de especies previamente existentes. El proceso evolutivo de la especiación, implica un momento crítico de diferenciación morfológica, genética, de distribución geográfica, comportamiento y hábitos que determina la separación de una población en uno o más grupos, incapaces de originar descendencia fértil.

Evolución biológica Es el conjunto de transformaciones o cambios a través del tiempo que ha originado la diversidad de formas de vida que existen sobre la Tierra a partir de un antepasado común. La palabra evolución para describir tales cambios fue aplicada por vez primera en el siglo XVIII por el suizo Charles Bonneten su obra Evolución humana Explica el proceso de evolución biológica de la especie humana, desde sus ancestros hasta el estado actual. El estudio de dicho proceso requiere un análisis interdisciplinario en el que se aúnen conocimientos procedentes de ciencias como la genética, la antropología física, la paleontología, la estratigrafía, la geo cronología, la arqueología y la lingüística.

Ecosistema Un ecosistema es el conjunto formado por los seres vivos y los elementos no vivos del ambiente y la relación vital que se establece entre ellos. La ciencia encargada de

estudiar los ecosistemas y estas relaciones e llamada ecología. Los ecosistemas pueden ser de dos tipos: terrestres (bosques, selvas, sabanas, desiertos, polos, etc.) y acuáticos (comprenden desde un charco hasta los océanos, mares, lagos, lagunas, manglares, arrecifes coralinos, etc.). La mayoría de los ecosistemas de nuestro planeta son acuáticos ya que sus tres cuartas partes están cubiertas por agua. Sin embargo, los ecosistemas terrestres son los más conocidos por nosotros debido a que no requiere un equipo especial para su observación. Todo ecosistema se caracteriza por la presencia de componentes vivos o bióticos (plantas, animales, bacterias, algas y hongos) y de componentes no vivos o abióticos (luz, sombra, temperatura, agua, humedad, aire, suelo, presión, viento y pH).

Componentes del ecosistema Factores abióticos y bióticos En el ecosistema hay un flujo de materia y de energía que estudiaremos más adelante y que se debe a las interacciones organismos-medio ambiente. Al describir un ecosistema es conveniente describir y tabular los siguientes componentes: Componentes abióticos Las sustancias inorgánicas: CO2, H2O, nitrógeno, fosfatos, etc. Los componentes orgánicos sintetizados en la fase biótica: proteínas, glúcidos, lípidos. El clima, la temperatura y otros factores físicos. Componentes bióticos Los productores u organismos autótrofos: capaces de sintetizar materiales orgánicos complejos a partir de sustancias inorgánicas simples. Los macro consumidores o fagotrofos: heterótrofos, sobre todo animales, que ingieren otros organismos o fragmentos de materia orgánica. Los microconsumidores o sapotrofos: también heterótrofos, sobre todo hongos y bacterias, que absorben productos en descomposición de organismos muertos y liberan nutrientes inorgánicos que pueden utilizar nuevamente los productores. El ecosistema es considerado un nivel de organización dentro de los diversos niveles ecológicos que se pueden reconocer. Estos niveles son, desde lo más pequeños: individuo, población, comunidad, ecosistema, bioma, biósfera.

Niveles de organización de organización biológica. El ecosistema es considerado un nivel de organización dentro de los diversos niveles ecológicos que se pueden reconocer. Estos niveles son, desde lo más pequeños: individuo, población, comunidad, ecosistema, bioma, biósfera

• Individuo: Ser único e indivisible con vida propia. Es decir un organismos (unicelular o pluricelular) capaz de sobrevivir por sí mismo en un ambiente determinado. • Población: Conjunto de individuos de la misma especie (conjunto de individuos de características similares, capaces de cruzarse entre sí, dejando descendencia fértil) que viven en un mismo hábitat y en un tiempo dado. • Comunidad: Conjunto de poblaciones que conviven en un mismo hábitat y en un tiempo dado. • Ecosistema: Conjunto de comunidades que conviven en un mismo hábitat y tiempo dado. • Bioma: Conjunto de ecosistemas en un tiempo dado. • Biósfera: Conjunto de biomas en un tiempo dado. Si bien el ecosistema es la unidad en la cual se realizan los estudios ecológicos, esta sigue siendo aún muy compleja, es por eso que se analizan primero las relaciones que se presentan entre los individuos de una población, primero y luego los de una comunidad, para poder llegar recién a establecer ciertos modelos o generalidades de un ecosistema. Debido a esto es que se debe conocer el modo de estudiar a las poblaciones. Para ello los biólogos analizan la estructura y dinámica de las mismas. Tipos de ecosistemas

Ecosistema acuático Un ecosistema que existe en un cuerpo de agua es conocido como ecosistema acuático. En el ecosistema acuático existen comunidades de organismos vivos que dependen unas de otras y de los alrededores acuáticos de su ambiente para su supervivencia. Es muy importante tener conciencia de la importancia del agua y del tipo de relación que han tenido a lo largo de los años tanto el ser humano como el resto de especies para poder entender completamente un ecosistema acuático. Ecosistema marino El ecosistema marino es el más grande, cubre el 71% de la superficie terrestre y contiene aproximadamente el 97% del agua total presente en la tierra.

Animales del ecosistema marino Convencionalmente, los océanos han sido divididos en cuatro océanos principales: el Atlántico, el Pacífico, el Índico y el Ártico. Los ecosistemas marinos están formados por arrecifes de coral, rías, marismas y manglares encontrados a lo largo de todo el mundo, pero característicos de ciertas áreas, dependiendo del clima, la geografía, la temperatura del agua, otros factores físicos. Los hábitats marinos son el hogar de las plantas acuáticas o algas marinas (marrones, verdes, rojas), pastos marinos, son las únicas plantas con flores marinas y, manglares, localizados en lugares tropicales fangosos. Grandes cantidades de minerales y sales están normalmente presentes en el agua de estos ecosistemas.

Ecosistemas de agua dulce Los ecosistemas de agua dulce son muy pequeños en magnitud comparados con los ecosistemas marinos cubren solamente el 0.8% de la superficie terrestre y cuentan con el 0.009% del total del agua presente en la tierra. Hay tres tipos básicos de ecosistemas de agua dulce: Lénticos, Lóticos y los Humedales.

Los ecosistemas Lenticos se mueven muy despacio o permanecen en agua estancada como los estanques o lagos. Los sistemas Loticos son de aguas rápidas como los ríos, mientras que los sistemas Humedales son aquellos sistemas que permanecen saturados de agua durante largos periodos de tiempo. Las aguas rápidas contienen oxígeno más disuelto que los que se mueven despacio, por lo tanto posee más biodiversidad. Contienen muchas especies diferentes de reptiles, anfibios, y alrededor del 41% de las especies de peces del mundo viven en estos ecosistemas. Ecosistema terrestre El ecosistema que se encuentra solamente en accidentes geográficos es conocido como ecosistema terrestre. El factor principal que diferencia a los ecosistemas terrestres de los acuáticos es la relativa escasez de agua en los primeros y como resultado la importancia que el agua alcanza en estos ecosistemas debido a la limitada disponibilidad. Otro factor es la mejor disponibilidad de luz en estos ecosistemas así como el ambiente es mucho más limpio en la tierra que lo es en el agua. Los principales tipos de sistemas terrestres son el forestal, el desierto, el ecosistema de pastizales y el ecosistema montañoso. Vamos a aprender en detalles qué los caracteriza. Ecosistema forestal Este ecosistema está formado por una flora abundante por lo que hay un número elevado de organismos viviendo en el mismo lugar. Esto significa que estos ecosistemas tienen una densidad muy alta de organismos vivos. Los diferentes tipos de ecosistemas forestales son la selva tropical, el bosque seco o caducifolio, el bosque templado de frondosas, el bosque templado caducifolio y taiga. Los bosques son una parte muy importante de nuestro medio ambiente y por ello es necesario que los conservemos y creemos unos nuevos si es posible. Ecosistema desértico Los ecosistemas desérticos son definidos y localizados en las regiones que reciben una precipitación anual menor de 25%. La fauna y flora de estos ecosistemas generalmente no está muy desarrollada debido a las altas temperaturas, a la intensa luz solar y la baja disponibilidad de agua.

Aproximadamente el 17% de toda la tierra de nuestro planeta está ocupada por ecosistemas desérticos. La vegetación principal de estas regiones son los arbustos, matorrales y algunas hierbas y árboles. Los tallos y hojas de estas plantas se han desarrollado para conservar la máxima cantidad de agua posible. Los animales principales de los ecosistemas desérticos son los camellos, dromedarios, reptiles y algunos insectos y pájaros. Animales capaces de sobrevivir en estas condiciones tan extremas. Ecosistema de pastizal Los pastizales son áreas compuestas principalmente por extensiones de terreno con un pequeño número de arbustos y árboles. El ecosistema de pastizal se divide principalmente en dos tipos, la sabana y los prados.

La sabana se encuentra en climas tropicales por lo que sus extensiones se ven sometidas a estaciones secas durante prácticamente todo el año. Además se caracteriza por tener animales depredadores y herbívoros como leones, tigres, gacelas o elefantes. Las praderas. Este ecosistema posee un clima más templado completamente vacío de arbustos o árboles. Las praderas pueden ser de tres tipos diferentes, de hierba mixta, de hierba alta y de hierba corta. Los animales que se pueden encontrar en estas regiones son herbívoros, insectívoros y animales de pastoreo como las ovejas. Ecosistema montañoso El ecosistema montañoso es el más disperso y diverso en términos de los hábitats que proporciona. Un gran número de animales y plantas son encontrados en este ecosistema. No obstante, las condiciones de altitudes muy altas pueden ser perjudiciales permitiendo solamente la supervivencia de vegetación alpina sin árboles. Otra característica importante sobre estos ecosistemas es que los animales que viven aquí tienen abrigos de piel gruesa para protegerse del frío y generalmente tienen largos periodos de hibernación durante el invierno. Las laderas en altitudes más bajas generalmente están cubiertas con bosques

1. EL FLUJO DE LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS CONCEPTO DE MATERIA Y ENERGIA 1.1 LOS SISTEMAS MATERIALES Todos los objetos que nos rodean son materiales: las paredes, los muebles, las plantas, los animales, las piedras, las rocas, el aire, el mar el Sol, la Luna, etc., son materia. 1.1.1 La materia presenta 3 propiedades: 1.1.1.1 Tiene dimensiones. La materia tiene dimensiones; es decir, ocupa un lugar en el espacio, propiedad que se llama Volumen. El volumen es una magnitud que se mide en m3 en el S.I. La masa está relacionada con la cantidad de materia que hay en un volumen determinado. La masa es una magnitud que se mide en kg en el S.I.

La relación entre masa y volumen se llama Densidad. La densidad es una magnitud que se mide en kg/m3 en el S.I. Densidad = masa / volumen 1.1.1.2 Presenta inercia. La materia presenta Inercia. La inercia es la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o de movimiento. La inercia es mayor conforme un cuerpo tiene mayor masa. por ejemplo, la inercia de una pelota de tenis es muy pequeña, pues cuesta poco ponerla en movimiento; mientras que, por el contrario, la inercia de un camión es grande. A mayor inercia, mayor fuerza habrá que aplicar para conseguir una determinada aceleración en el cuerpo al moverse. 1.1.1.3 Es la causa de la gravedad. La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén separados por grandes distancias. La gravedad es la responsable de que los objetos caigan al suelo, de la existencia de las mareas, de que los planetas se muevan alrededor del Sol y, en definitiva, de la estructura del Universo. 1.2 LA ENERGIA La energía se define como la capacidad para hacer un trabajo; éste puede ser físico, mecánico, biológico o ecológico. Energía Lumínica Química Calorífica Solar 1.2.1 Energía Lumínica: Es la energía fracción percibida de la energía transportada por la luz y que se manifiesta sobre la materia de distintas maneras, una de ellas es arrancar los electrones de los metales, puede comportarse como una onda o como si fuera materia, pero lo más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física. 1.2.2 Energía Química: Es aquella producida por reacciones químicas. Un ejemplo de energía química es la que desprende el carbón al quemarse. Las pilas y las baterías también poseen energía química. En definitiva, es una de las tantas manifestaciones de la energía. Si bien este tipo de energía está siempre presente en la materia, sólo se manifiesta cuando se registra una alteración de ésta. 1.2.3 Energía Calorífica: Es la parte de energía interna de un sistema termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura absoluta y se incrementa o disminuye por transferencia de energía, generalmente en forma de calor o trabajo, en procesos termodinámicos. 1.2.4 Energía Solar: La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.

1.3 FUENTES DE ENERGÍA El funcionamiento del mundo actual se basa fundamentalmente en el consumo de energía. En general, el consumo de energía se centra en satisfacer tres necesidades básicas: electricidad, agua caliente y calefacción. Las distintas fuentes de energía pueden tener, pues dos objetivos: la producción de energía eléctrica o la producción de energía térmica. Las fuentes de las que se obtiene la energía necesaria se clasifican en dos tipos:  Fuentes de energía no renovables.  Fuentes de energía renovables.

1.3.1 FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES Las fuentes de energía no renovables proceden de recursos que existen en la naturaleza de forma limitada y que pueden llegar a agotarse con el tiempo. Las más importantes son: La energía nuclear, que utiliza la La energía obtenida de la combustión de los energía liberada en las reacciones combustibles fósiles (carbón, petróleo y nucleares para la producción de gas natural). energía eléctrica o térmica.

Central nuclear en Francia

Gasolinera en Alemania

1.3.1.1 FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES: HIDROCARBUROS El petróleo es una de las principales fuentes de energía no renovables. En el petróleo se encuentran unos compuestos llamados Hidrocarburos (formados por carbono e

hidrógeno) que, al quemarse con oxígeno, dan lugar a dióxido de carbono y agua y desprenden energía. Esa energía se puede emplear, entre otras cosas, en calentar un líquido. En esta escena puedes estudiar el caso de 4 hidrocarburos que son gaseosos a temperatura ambiente, como son: metano, etano, propano y butano. 1.3.2 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES Las fuentes de energía renovables proceden de recursos naturales inagotables. Destacan entre ellas las siguientes: Energía hidráulica: Aprovecha los saltos de agua de las presas de los pantanos para hacer girar la turbina de un generador de energía eléctrica.

Energía solar: Se basa en el aprovechamiento de la energía que nos llega del Sol para transformarla en energía eléctrica o transferirla a circuitos de calefacción o agua caliente.

Salto de agua

Central de energía solar

Energía eólica: Aprovecha la fuerza de los vientos para hacer girar las aspas que mueven las turbinas de los generadores de energía eléctrica.

Energía de la biomasa: Consiste básicamente en el aprovechamiento energético de los residuos naturales (forestales, agrícolas, ...) o los derivados de la actividad humana (residuos industriales o urbanos).

Central de energía eólica

La caña de azúcar se emplea para producir bioetanol

Para que un ecosistema pueda mantener sus funciones es indispensable la energía solar. De toda la energía liberada una mínima cantidad es enviada a la tierra aproximadamente y la mitad solar logra traspasar la atmósfera y llega a la superficie del planeta la cual es utilizada por los vegetales para llevar acabo la fotosíntesis. Cuando los consumidores herbívoros primarios sirven de alimento a los consumidores carnívoros secundarios y terciarios, entonces la energía de los primeros se transfiere a los segundos, con lo cual ésta se va moviendo con los niveles tróficos. La energía sufre otras transformaciones y transferencias; disipa parcialmente y por último el resto de la energía es liberada por los organismos descomponedores que biodegradan a los vegetales y a los animales muertos de los ecosistemas. 1.4 LEYES DE LA TERMODINAMICA 1.4.1 La primera ley establece que “la energía existente en el universo es una cantidad constante que no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. 1.4.2 La segunda ley indica que la “transferencia de la energía no es suficiente de una manera total al cambiar de una manifestación a otra; es decir, parte de la energía no es aprovechado y se pierde en forma de calor no utilizable”. 1.5 LEY DEL DIEZMO ECOLÓGICO Establece que los organismos solamente pueden capturar aproximadamente el diez por ciento de la energía del nivel, en el nivel trófico inmediato superior, de la pirámide de números. Al aplicar las leyes de la termodinámica al flujo de energía y materia y a la formación de biomasa, se ha considerado que al pasar de un nivel trófico a otro se obtiene sólo el 10% de la energía que se obtuvo en el nivel precedente, lo que significa que, de un 100% de energía capturada, los organismos ocupan el 90% en su metabolismo, movimiento, transporte, etc. almacenando en su estructura un 10% del total consumido para ser aprovechado por el siguiente nivel trófico . Este fenómeno se conoce en Ecología como Ley de Diezmo Ecológico, cuyo enunciado dice en concreto: “Sólo el 10% de la energía fijada en un nivel trófico es utilizado por el siguiente nivel”. Analizando este enunciado observamos que un vegetal aprovecha el 90% de la energía solar que fija para realizar sus funciones de sobrevivencia y en caso de servir de alimento a algún herbívoro esto sólo podrá utilizar el 10% de toda la energía que fijó el vegetal. A su vez el herbívoro utiliza el 90% de esa cantidad que recibió para sobrevivir, y en caso de servir de alimento a algún carnívoro éste, sólo podrá utilizar el 10% de la cantidad que recibió el herbívoro.

Las cadenas tróficas o alimentarias representan las transferencias lineales de energía en las que cada organismo es un eslabón. Distinguimos tres tipos: Cadenas de depredadores. (Productores àherbívoros à carnívoros). Cadenas de parásitos. En ellas el productor y el consumidor están parasitados. Cadenas de detritívoros. Comienzan en la materia orgánica muerta, continuando con diversos eslabones de microorganismos. Ya que, a medida que ascendemos a niveles superiores, las disponibilidades energéticas disminuyen, con frecuencia muchos animales utilizan más de una cadena para alimentarse. En la naturaleza no existen habitualmente cadenas tipo sino que un mismo productor puede ser el alimento de varios herbívoros, y estos ser la presa de diversos carnívoros, que a su vez podrán ser presas de otros. Estas conexiones entre cadenas alimentarias constituyen las redes tróficas que se rigen por la regla del 10 %.

1.6 MODELOS DE FLUJO DE ENERGIA 1.6.1 FLUJOS DE ENERGÍA ENTRE NIVELES TRÓFICOS El sentido de transferencia de energía en la cadena trófica es unidireccional y, por tanto, abierto.

De toda la energía que llega a la superficie terrestre procedente del Sol (47 %), solo el 0,2% es absorbida por las plantas verdes y algunas bacterias, y transformada en materia orgánica. Esta transformación es realizada por los autótrofos (productores), quienes transforman la energía química en materia orgánica (glúcidos, lípidos y proteínas) que ellos mismos fabrican a partir del agua, CO2 y sales minerales. Si representamos en un esquema no solo la energía sino también la materia, de ese esquema podemos deducir dos consecuencias: 1.6.1.1) El flujo de energía es unidireccional, acíclico y abierto. Esto es debido a las pérdidas que se van produciendo a lo largo de las cadenas tróficas (los seres vivos pierden energía en forma de calor). De aquí se deduce que, para que el ecosistema sea estable, es necesario un aporte exterior de energía procedente del Sol. Como resultado de esta disminución en el flujo de la energía, el número de eslabones tróficos ha de ser limitado (cinco como máximo). 1.6.1.2) El flujo de materia es cíclico y cerrado. Gracias a la actividad de los descomponedores, se transforma la materia orgánica (restos orgánicos) en materia inorgánica asimilable de nuevo por el ecosistema a través de los productores.

Suponiendo que el flujo solar sea constante, la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra varía en función de la duración del día a causa de la rotación terrestre, la inclinación del eje de rotación y las estaciones del año debidas al movimiento de traslación alrededor del Sol. El objetivo fundamental de los ecosistemas, no es captar la máxima cantidad de energía, sino utilizar solamente la energía necesaria para el mantenimiento de la máxima cantidad de organismos que permiten el resto de los factores limitantes. 1.7 PIRÁMIDES TRÓFICAS Una pirámide trófica es una representación esquemática de las relaciones alimentarias que se establecen en un ecosistema. Cada uno de los escalones de la pirámide se corresponde con un nivel trófico. En la base se representan los productores; en el escalón más alto, los animales que no forman parte de la dieta de ningún otro. Todos los escalones tienen la misma altura y su anchura es proporcional al valor de la variable que se quiere representar. 1.7.1 TIPOS DE PIRÁMIDES TRÓFICAS Se pueden elaborar distintos tipos de pirámides tróficas en función de las variables que se utilicen: energía, biomasa, número de individuos, etc. 1.7.1.1 PIRÁMIDES DE ENERGÍA Las pirámides de energía son representaciones que muestran el flujo de energía de unos niveles a otros. En cada escalón se muestra la producción neta de cada nivel trófico expresada en unidades de producción. Como en el paso de un eslabón de la cadena trófica al siguiente la eficiencia es de aproximadamente el 10 %, las pirámides de energía nunca pueden ser

invertidas, ya que la energía almacenada en un nivel siempre es superior a la que se almacena en el siguiente.

1.7.1.2 PIRÁMIDES DE NÚMEROS Las pirámides de números representan el número de individuos que hay en cada nivel trófico. Se utilizan poco, ya que muestran una información muy fragmentaria de la estructura trófica del ecosistema.